Characterization and Application of S-Band Polarimetric Radar and X-Band Phased Array Radar for a Tornadic Storm Event on June 16,2022

The X-band phased array radar offers faster scanning speed and higher spatial resolution compared to the S-band radar, making it capable of enhancing tornado monitoring and early warning capabilities. This study analyzed the char- acteristics and nowcasting signals of a tornado case that occurred on June 16, 2022 in the Guangzhou region. Our findings indicate that the violent contraction of rotation radius and the dramatic increase in rotation speed were important signal characteristics associated with tornado formation. The X-band phased array radar, with its high temporal and spatial resolution, provided an opportunity to capture early warning signals from polarimetric characteristics. The X-band phased array radar demonstrated noteworthy ability to identify apparent tornado vortex signature (TVS) features in a 10-minute lead time, surpassing the capabilities of the CINRAD/SA radar. Additionally, due to its higher scanning frequency, the X- band phased-array radar was capable of consistently identifying TVS with shorter intervals, enabling a more precise tracking of the tornado’s path. The application of professional radars, in this case, provides valuable insights for the monitoring of evolutions of severe local storms and even tornadoes and the issuance of early warning signals.     

广州S波段双线偏振天气雷达双通道一致性测试及分析

双线偏振天气雷达双通道的一致性,是新一代天气雷达双线偏振升级的技术关键。本文分别采用机外仪表和机内测试信号,测试分析了广州CINRAD/SA-D双线偏振雷达接收机双通道的一致性。结果表明:①接收机双通道的动态范围、噪声系数、强度定标等满足设计指标,但测试结果也存在一定的差异,导致偏振参量差分反射率因子ZDR和差分相移ΦDP产生误差,需要对这种差异进行定期检查和修正,以确保双通道一致性;②旋转关节对整个接收链路的信号幅度和相位一致性有影响,这种影响随着方位的变化呈现出一定的周期变化规律,因此随着双线偏振雷达的长期运行,方位旋转关节的影响不可忽略。     

台风山竹(1822)龙卷的双极化相控阵雷达特征

2018年9月17日台风山竹（1822）外围螺旋雨带中发生EF2级龙卷。在高湿度、高不稳定、强垂直风切变的环流背景下,龙卷在台风外围雨带上微型超级单体右后侧钩状回波顶端的弱回波区中发展起来。具有高时空分辨率的广州X波段双极化相控阵雷达,不仅观测到超级单体的发展过程,还呈现出龙卷涡旋演变特征:单体风暴尾端在右后方入流加强作用下,逐渐形成钩状回波形态,此时对流层中低层2~3 km高度附近的中气旋强度率先达到最大,随着旋转强度进一步加强和旋转中心高度逐步下降,低层强旋转特征越来越明显,当低层旋转速度达到峰值（超过21 m·s-1）,旋转直径收缩到1 km范围,地面出现EF2级以上龙卷,旋转速度对区域出现清晰的弱回波龙卷眼区特征。X波段双极化相控阵雷达在龙卷观测中优势显著,弥补了多普勒天气雷达观测的不足。     

两次台风衍生龙卷的环境背景和雷达特征对比分析

利用ECMWF高分辨率再分析资料及广州多普勒天气雷达资料,对1522号台风"彩虹"外围衍生的广州番禺龙卷和1806 号台风"艾云尼"外围衍生的广州南沙龙卷进行对比分析,同时还挑选了一个未发生龙卷的台风做外围环境参数对比.结果表明:两次强龙卷都发生在登陆台风的东北象限,中低空急流明显、低层辐合、高层辐散在珠江三角洲地区叠...     

2017年5月7日广州特大暴雨微物理特征及其触发维持机制分析

2017年5月7日,广州经历了一次罕见的局地特大暴雨事件,刷新了多个雨量历史纪录,造成了严重的国民财产损失。本文利用双偏振雷达、二维雨滴谱仪、微波辐射计和风廓线雷达等多种新型探测资料,分析这次短时暴雨的演变过程和降水特征,并通过大气环境诊断和双多普勒雷达风场反演方法研究其维持机制。结果表明,此次降水过程发生在弱天气系统强迫条件下,大气层结表现为弱对流抑制、低抬升凝结高度、中等对流有效位能、较厚的暖云层,低层受暖湿气流影响但无明显急流。强降水是由中尺度对流系统直接产生的。午夜至凌晨的初始对流主要由偏南暖湿气流与地形相互作用产生,对流单体不断在后部触发并逐渐形成准静止的对流雨带;黎明至早晨,新生对流单体沿着成熟的强降水风暴出流与低层偏南暖湿气流的交界不断激发,后向传播过程更为显著,形成回波列车效应;此后降水以组织化的对流雨带不断南移。此次暴雨过程中的对流云团为典型的低质心降水云团,降水雨滴谱在高湿环境中表现为暖性降水的特征(小雨滴浓度非常高),但同时存在部分大粒子,从而导致更高的降水效率和局地强降水。不断加强的低层偏南暖湿气流对于对流系统的发展和维持具有重要作用。     

基于X波段双偏振相控阵雷达的超级单体风暴观测分析

为了研究X波段双偏振相控阵雷达对超级单体风暴的探测能力,利用X波段双偏振相控阵雷达和S波段双偏振天气雷达资料,分析了一次发生在华南地区的超级单体风暴在成熟阶段的精细结构观测特征,结果表明：X波段双偏振相控阵雷达较高的时空分辨率有利于精细监测超级单体快速演变过程,但同时受衰减影响明显,超级单体核心区后侧出现明显的“V”型缺口;超级单体的低层观测到CC谷和ZDR弧,中层观测到ZDR环和CC环,高层高ZH区对应较小的ZDR和CC,这些都是超级单体发展旺盛的重要特征;垂直方向上观测到ZDR柱,ZDR柱与上升气流密切相关。降雹前ZDR柱迅速增加,冰雹降落后ZDR柱高度迅速降低。冰雹降落到地面后会部分融化,导致含水量显著增加,因此在近地层出现KDP大值区,冰雹与降水的混合相态则使得CC降低,这对冰雹的临近预警和识别冰雹在地面的降落位置具有很好的指示意义。研究结果可为X波段双偏振相控阵雷达在强对流天气监测预警中的应用提供参考。     

广州相控阵天气雷达组网方案设计及其观测试验

通过统计近3年广州强对流的回波结构特征,设计了由4部具有双线偏振功能的X波段相控阵天气雷达组网,覆盖广州中心城区。以期获得本地小尺度对流单体生消完整过程的精细探测资料,为对流单体生消机理分析提供数据基础,同时为分析城市冠层影响飑线等线状对流系统强度变化提供观测依据。观测试验表明:相控阵雷达网获取的高分辨率探测数据,监测本地生消的小尺度对流单体、线状对流系统的强度变化有明显优势,对预警信号发布等业务有很大帮助。不足之处是该相控阵雷达采取单波束扫描模式,加快扫描速度受到一定程度限制。     

广东短时强降水的时空分布特征

选取2010—2014年广东省86个国家气象站和2 300多个区域中尺度气象站的小时雨量数据,分析了广东短时强降水的时空分布特征,结果表明:(1)广东的短时强降水多发区集中在3大暴雨中心以及珠三角城市群和西南部的湛江、茂名地区;短时强降水的空间分布与地形关系密切,多产生于河谷、湖泊和喇叭口地形区。(2)短时强降水有明显的月变化,5月份短时强降水次数爆发性增长,次数可占全年总次数的25%,其次是6和8月。(3)短时强降水的日变化总体表现为双峰型,主峰在午后至傍晚时段(14:00—20:00),次峰在早晨前后(04:00—09:00),而午夜(22:00—02:00)是短时强降水发生最少的时段。     

广州相控阵天气雷达组网站址分析

X波段双偏振相控阵天气雷达在观测中小尺度天气系统方面具有优势,然而在反射率因子超过一定值之后,有效探测距离会急剧下降。利用雷达组网建设,能确保有效探测,提高观测数据质量。根据相关文献资料,结合2018年5月7日广州暴雨过程,得出组网观测系统中的X波段相控阵天气雷达彼此间隔为35～45 km,基于此间距,通过综合分析,明确广州X波段双偏振相控阵天气雷达组网建设站址。