WRF-EnSRF系统同化多普勒雷达资料在多类型强对流天气过程的数值试验

利用自主构建的基于风暴尺度的WRF—EnSRF（weather research and forecasting ensemble square root filter）系统同化实际多普勒雷达资料,检验该同化系统在包括飑线、超级单体风暴和多单体风暴3个不同结构类型的强对流天气过程的同化效果,并考察了初始场扰动时不同强度的位温和水汽扰动对集合离散度以及同化效果的影响。结果表明,在3个个例中该同化系统均表现出有效的同化能力,各分析结果均比较合理,径向速度和反射率因子分析的增量均方差在经过24min同化后分别下降到3～5m／s和10dBz,并维持至60min同化结束。预报场集合离散度和同化效果对热力场的扰动强度比较敏感,适当增加初始扰动时位温和水汽的扰动强度有利于提高集合离散度和改善径向速度的分析效果。     

Stratiform Cloud—Inversion Characterization During the Arctic Melt Season

Data collected during July and August from the Arctic Ocean Experiment 2001 illustrated a common occurrence of specific-humidity (q) inversions, where moisture increases with height, coinciding with temperature inversions in the central Arctic boundary layer and lower troposphere. Low-level stratiform clouds and their relationship to temperature inversions are examined using radiosonde data and data from a suite of remote sensing instrumentation. Two low-level cloud regimes are identified: the canonical case of stratiform clouds, where the cloud tops are capped by the temperature inversion base (CCI—Clouds Capped by Inversion) and clouds where the cloud tops were found well inside the inversion (CII—Clouds Inside Inversion). The latter case was found to occur more than twice as frequently than the former. The characteristic of the temperature inversion is shown to have an influence on the cloud regime that was supported. Statistical analyses of the cloud regimes using remote sensing instruments suggest that CCI cases tend to be dominated by single-phase liquid cloud droplets; radiative cooling at the cloud top limits the vertical extent of such clouds to the inversion base height. The CII cases, on the other hand, display characteristics that can be divided into two situations—(1) clouds that only slightly penetrate the temperature inversion and exhibit a microphysical signal similar to CCI cases, or (2) clouds that extend higher into the inversion and show evidence of a mixed-phase cloud structure. An important interplay between the mixed-phase structure and an increased potential for turbulent mixing across the inversion base appears to support the lifetime of CII cases existing within the inversion layer.     

南京地区大气边界层晴空回波研究

以2005年6月23日南京多普勒雷达探测的晴空回波演变为例,分析了回波反射率与径向速度从夜间至上午的演变规律,利用实际的气象观测资料,对比了折射指数、地面温度、露点温度、水汽压和气压与回波强度的相关性,进一步探讨了边界层晴空回波与湍流混合特性之间的关系.研究表明:夜间大气的温、压、湿梯度使湍流出现,但湍流未充分混合使梯度维持,并导致折射指数的梯度增加,出现晴空回波;白天升温后湍流的增强使近地层大气充分混合,温、压、湿梯度减弱导致折射指数梯度减小,回波减弱消失.     

用雷达观测资料改进MM5初始场的初步试验研究

采用同时调整热力学和动力学变量，并考虑湿度与温度的变化相协调的初始化方法，引进雷达资料改善MM5模式的初始场。试验结果表明：经过优化处理的初始场，显著提高了模式对降水特别是甚短时(0～6h)降水的落区和量的预报准确率。其中调整热力学变量对改进降水落区预报比动力学变量的调整更为重要。     

集合卡尔曼滤波同化多普勒雷达资料的数值试验

利用集合卡尔曼滤波(EnKF)在云数值模式中同化模拟多普勒雷达资料,并考察了不同条件下EnKF同化方法的性能.结果显示,经过几个同化周期后,EnKF分析结果非常接近真值.单多普勒雷达资料EnKF同化对雷达位置不太敏感,双雷达资料同化结果在同化的初期阶段比单雷达资料同化结果准确.同化由反射率导出的雨水比直接同化反射率资料更有效,联合同化径向速度和雨水有利于提高同化分析效果.协方差对EnKF同化效果起着非常重要的作用,考虑模式全部预报变量与径向速度协方差的同化效果比仅考虑速度场与径向速度协方差的同化效果好.雷达资料缺值降低了同化效果,此时增加地面常规观测资料的同化可以明显提高同化分析效果.EnKF同化技术对雷达观测资料误差不太敏感.初始集合对同化分析有较大影响.EnKF同化受集合大小和观测资料影响半径.同化对模式误差较敏感.利用EnKF同化双多普勒雷达资料,分析了一次梅雨锋暴雨过程的中尺度结构.结果表明,EnKF同化技术能够从双多普勒雷达资料反演暴雨中尺度系统的动力场、热力场和微物理场,反演的风场是较准确的,反演的热力场和微物理场分布也是基本合理的.中低层切变线是此次暴雨的主要动力特征,对流云表现为低层辐合、高层辐散并有垂直上升运动伴随,其热力特征表现为低层是低压区,高层为高压区,中部为暖区而上、下部为冷区,水汽、云水和雨水分别集中在对流云体内、上升气流区和强回波区.     

一次罕见大冰雹天气的新一代天气雷达回波分析

利用常规资料和多普勒雷达资料,分析了2011年6月24日洛阳嵩县冰雹天气过程。结果表明：高空横槽转竖,干冷空气入侵,中低层强的偏东风辐合,暖湿气流辐合上升,为冰雹的发生提供了有利的动力和水汽条件;高空冷平流,低层暖平流,为强对流性天气的发生提供了不稳定层结;适宜于冰雹生成发展的0℃层高度,指示有利于对流发展的各类指数,为冰雹的分析预报提供了较好的依据;早期的雷达回波信号及其所带来的天气,为提前对强对流天气性质正确判断和监测预警提供了较好的参考信息;强度〉55dBz的回波高度高于-20℃层高度,VIL值〉60kg／m^2,回波顶高〉12km,有中气旋出现等,是降雹的可靠信号。     

双线偏振天气雷达天线性能要求及其检测方法

双线偏振天气雷达天线性能的优劣将直接影响雷达探测能力和气象目标定量测量的精度。双线偏振雷达主要采用交替发射和双发双收两种模式,即水平和垂直线偏振波交替发射同时接收和同时发射同时接收两种形式。本文基于双线偏振天气雷达天线误差对气象目标探测精度影响的研究和分析,提出了双线偏振天气雷达天线性能要求及其检测方法,特别对如何在雷达工作现场利用太阳和专用信号源检测评估双线偏振天气雷达天线性能的方法进行了说明。     

CINRAD/CB新一代天气雷达常见硬件故障及维护

通过对鄂尔多斯CINRAD/CB新一代天气雷达运行近6a(2005年11月至2011年11月)中出现的主要硬件故障成因分析,提出排除方法和措施。这些方法和措施在日常雷达运行维护保障应用中取得良好的效果,极大地减少了CINRAD/CB雷达的故障率和维修时间。     

山西春季层状云系数值模拟及与飞机探测对比

采用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云参数化模式对2010年4月20日山西省一次春季层状降水云系的宏微观结构,特别是垂直方向上的微物理结构进行了数值模拟和分析。利用携带云粒子探测设备的飞机对该次层状云系进行了两次云物理探测飞行,并将飞机探测所获取的数据和图像资料与数值模拟结果进行了对比研究。模拟结果显示:该次降水过程以层状冷云降水为主,云中过冷水含量丰富,云系存在明显的3层结构,地面降水主要来自于云中高层冰晶、雪、霰等冰相粒子的融化和低层云水的转化。数值模拟与飞机探测对比分析显示,高空温度、湿度和高度的配置两者基本一致,数值模拟不同高度的云粒子相态、垂直方向云水比含水量与飞机探测获取的云粒子图像和云液态水含量的垂直结构基本吻合,但数值模拟的云中各种水成物粒子出现的高度较飞机探测偏高。     

车载X波段双线偏振多普勒天气雷达及其数据处理系统

文章介绍了车载X波段双线偏振多普勒天气雷达及其数据处理系统,并对其资料质量和应用问题进行了分析和讨论。该雷达采用的单发双收的工作机制,实现对Z_H、Z_(DR)、Φ_(DP)、K_(DP)、ρ_(HV)(0)以及L_(DR)等参数的探测。这些信息反映了云和降水粒子的范围、大小和运动变化等特征,是研究云和降水特别是灾害性天气的形成机制及其物理过程变化的有效工具。基于该雷达的数据处理系统是在利用这些测量参数的基础上,可以实现降水处理和降水粒子相态识别功能,为用户提供有效的气象服务。