台风“碧利斯”的雷达反演及改进

利用两步变分反演方法,研究2006年第4号台风“碧利斯”,对照单部雷达资料和两部雷达资料的反演结果。结果表明：利用单部雷达资料不能很好的反演出台风的风场结构特征,而两部雷达资料在第一步反演背景场时,可以看出台风的涡旋特征。通过检验发现,此次台风过程的水平切向风在最大风速半径内部与Rankine模型相近,外部与Chen 3模型接近。为了更有效地利用单部雷达的观测信息准确定位台风的移动路径,故在单部雷达资料第一步反演背景场时加入模型弱约束。反演结果表明,加入模型弱约束后,反演的背景风场就能看出台风的涡旋特征,通过第二步反演后与两部雷达资料结果相近;加模型弱约束的单部雷达反演结果与两部雷达反演结果间u、v分量的相关系数均在0.8或以上,2-7 km高度层u、v分量的均方根误差明显减小。     

双线偏振多普勒天气雷达遥测降水强度和液态含水量的方法和精度研究

利用雨滴谱的Г分布和散射计算模式,研究了C波段双线偏振多普勒天气雷达遥测降水强度、液态含水量和识别降水粒子相态的方法,给出了利用反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、差传播相移KDP反演降水强度和液态含水量的三种公式以及这三个物理量的关系公式,并从雨滴谱的变化和雷达测量误差两方面比较了几种方法的测雨精度.结果表明:雨滴谱在很大范围变化时,利用ZDR和KDP可以很好地反演出降水强度和液态含水量,它受滴谱分布的影响不大,它的探测精度优于(ZH,ZDR)方法.单参数KDP方法优于传统的Z-R关系方法.同时给出的ZH与ZDR和KDP关系公式也基本不受雨滴谱变化的影响,它可以用于降水粒子相态的识别.双参数方法的测量误差主要来源于雷达测量ZDR和KDP的误差,特别是KDP的误差,改善KDP的测量误差是发挥双线偏振多普勒雷达探测降水强度或液态含水量潜力的关键.     

风廓线雷达资料质量控制及其同化应用

为更好地同化风廓线雷达观测资料开展了相应的质量控制与同化应用研究。针对2013年5月广东地区13部风廓线雷达的观测数据,采用经验正交函数(EOF) 分析方法对其进行质量控制。相比原始观测,经过质量控制的风场提高(降低)了来自时空大(小)尺度的贡献,较好地滤除了小尺度高频脉动,也较好地保留了大尺度平均状态与局地中小尺度系统的共同影响,并且更加接近ECMWF再分析场。此外,还对质量控制后的数据进行了垂直稀疏化。分别计算了质量控制前、后风廓线雷达观测与NCEP 6 h预报场的差值,对比差值的特征发现,经过质量控制的数据的观测增量更好地满足了高斯分布与无偏假设。针对一个实际天气个例,基于GRAPES 3D-Var同化系统,分析了质量控制后的风廓线雷达资料对模式分析与预报的影响。试验表明,在循环同化过程中加入风廓线雷达资料可以更好地描述模式初始场低层风场的特征,从而对强降水的位置与强度做出更好的预报。针对2013年5月的批量试验表明,同化风廓线雷达资料使短期降水预报有明显的改善。     

平面相控阵脉冲压缩的雷达气象方程

在低发射功率条件下,相控阵多普勒天气雷达为了增加探测距离和提高分辨率,需要采用脉冲压缩技术.由于采用相控阵技术,波束扫描过程中,在平面阵非法线方向上会产生波束展宽,引起波束内功率下降,需要在计算雷达气象方程时弥补功率下降的误差.平面相控阵天气雷达在探测远距离目标时,使用宽脉冲发射,经脉冲压缩处理以提高分辨率,因此需要建立适用的雷达气象方程.首先讨论了脉冲压缩低峰值功率的平面相控阵多普勒天气雷达的结构、线性调频脉冲压缩的距离(多普勒测量)、调频波形的耦合问题以及目标距离的测量;然后给出了适用于脉冲压缩的平面相控阵雷达气象方程,此方程同时也适用于一维线性阵的脉冲压缩的天气雷达.     

天气雷达风暴跟踪信息拼图技术设计与应用

基于天气雷达风暴识别跟踪信息STI（Storm Tracking Information）拼图技术设计与应用,对该技术在江西雷电、雷暴大风、冰雹等强天气监测预警能力进行了分析。结果显示：通过对江西8部天气雷达的STI产品进行雷达算法解码,建立STI数据库,按照雷达拼图时间间隔,从数据库中调入STI数据进行15 min、30 min、45 min和60 min路径显示,形成多部雷达的组合STI产品。组合STI产品弥补了单部雷达的不足,对于判断未来1 h回波的移动方向、移动速度有明显的指示意义。而密集指向区对应于回波未来位置的确定效果更好,考虑到整体移向的修正位置更佳,在多次飑线、冰雹等强天气过程中得到了验证。组合STI产品还有助于识别回波系统,对于多个系统并存的天气过程中有很好的对照价值。密集指向区的出现说明回波系统进入发展旺盛期,密集指向区的消失预示着回波系统明显减弱。     

山西省多普勒雷达非降水回波应用研究

本文研究了多普勒天气雷达速度图上非降水回波（不包括地物回波）的空间结构，并对太原雷达站业务运行以来多普勒天气雷达观测到的“非降水回波”的速度特征进行了深入、系统的分析。发现由大气湍流和云滴后向散射所致的非降水回波，虽然强度很弱，但其速度回波却代表了环境风的三维结构，对临近预报有5h～7h的提前量，为临近预报提供了一种新的有效手段。     

青岛地区电场仪资料在一次雷暴天气过程中的应用分析

利用大气电场仪资料,结合天气实况、天气雷达和闪电定位仪等资料,对2013年7月1日青岛地区一次雷暴天气过程进行了综合分析。结果表明,当地面电场强度曲线在几十到几百毫秒量级内发生极性反转,变化幅度在2 kV/m以上,且完成后电场值会迅速回到极性反转前的电场值附近时,可以判断为发生了一次地闪。单站电场强度曲线可以反映出雷暴云与测站间距离的变化,闪电发生前电场强度的增加可为雷电预警提供时间。大气电场仪组网监测资料可以对雷暴云的移动路径做出判断。综合分析大气电场仪组网数据、天气雷达以及闪电定位资料等多源资料,可以更好地判断雷暴云的活动状况,提高雷电的预警准确率和时间提前量。     

一次下击暴流天气特征分析

利用河南濮阳CINRDA/SB多普勒雷达探测资料,结合常规天气图资料、地面自动站资料等,对2011年7月10日发生在河南濮阳的下击暴流天气进行诊断分析。分析表明:此次下击暴流天气以高空快速下滑的低压槽为背景,高空冷空气叠加在低空暖舌之上,使大气具有强烈的层结不稳定。大气环境场呈倒"V"形的垂直温湿分布:云底位于700 h Pa高度,云底以下空气干燥,气温直减率约为9℃/km,接近干绝热气温直减率,有利于干下击暴流的发生。地面辐合线的存在和弱冷空气的侵袭,为强风暴单体的产生提供了动力抬升条件。从多普勒雷达产品上看,风暴初始回波发生在一条稳定的晴空窄带回波上,通过单体间的合并加强,发展成为孤立的多单体强风暴;风暴反射率因子反复在3—6 km高度强烈发展,风暴反射率因子强核高度反复4次快速下降,形成强烈的冷下沉气流,在底层出现强烈的径向辐散风;径向速度图上中层一直存在向着反射率因子核心的辐合特征,这正是下击暴流的风场特征。     

绥中一次暴雪伴雷电天气过程的成因分析

为了探讨绥中一次暴雪伴雷电天气过程的成因,利用常规观测资料、NCEP每6h间隔的1°×1°的再分析资料和营口多普勒雷达的资料,分析此过程的天气形势特点、高低空急流的作用、雷达回波的特征及反映动力、热力和水汽条件的相关物理量场的特征。结果发现:雷电发生在对流层中层的西南风急流和底层偏东风均处在最强的时刻,当对流云团发展到-20℃温度层时,温差起电产生雷电;雷电发生在低层850hPa附近存在的逆温层消失之后,同时配合低层水汽的辐合,产生了暴雪天气;雷电和强降雪发生在大气底层南风和北风转换的过程中,强降雪的时间与冷空气扩散加强的时间比较一致,当冷空气扩散到整个大气底层时强降雪结束;引起雷电和强降雪的对流不稳定层结主要处在对流层中层,并为上升运动的发生提供了动力和热力条件,促使雷电发生和强降雪的维持。     

CINRAD/SA(B)发射机激励放大器芯片级故障诊断流程

激励放大器是发射机射频放大链电路前级功率放大器,对雷达探测资料可靠性具有重要作用。研究芯片级故障诊断流程,一方面可以解决台站技术保障人员无法故障定位到芯片级的技术难题;另一方面,芯片级故障维修可达到大大降低维修成本的目的。雷达故障一般分为参数调整不当导致性能下降故障和器件损坏造成参数异常故障。为此,通过总结出CINRAD/SA(B)发射机激励放大器信号流程、故障树图集,在依据同步信号时序关系及关键点波形参数基础上,研究出规范化的激励放大器调试技术和方法,以及激励放大器芯片级故障诊断定位流程,并列举了依据激励放大器芯片级故障诊断定位流程,修复激励放大器集成块N8损坏,导致+8 V电源不正常,造成激励放大器无功率输出,以及激励放大器的第二级功放模块故障导致激励放大器输出功率低的两个故障的典型个例,以检验维修效果。实际应用结果表明:芯片级激励放大器故障诊断定位流程可以快速定位发射机激励放大器故障点到故障器件,方法简洁、思路清晰、操作规范,基层雷达站技术人员容易掌握;激励放大器调试技术和方法,能解决激励放大器参数调整不当导致激励放大器性能下降故障,可有效提高新一代天气雷达技术保障水平。