两次森林火灾的双偏振雷达探测特征分析

通过对2020年3月17日山东烟台、4月23日山东青岛发生的两次森林火灾的双偏振雷达探测资料进行分析,结果表明:(1)森林火灾燃烧产生的灰烬上升到空中,随环境风向下风方飘散,形成烟羽,烟羽的雷达反射率因子在20 dBZ左右,火灾点上空很小范围最大值达36 dBZ。(2)两次山火的灰烬飘浮物随环境风向下游扩散的最远距离分别是65 km和94 km,最高上升高度分别达3.7 km和4.8 km。(3)追踪烟羽的前沿可以估算相应高度上环境风的速度;两次火灾都发生在晴天,环境风速不大,除了烟羽边缘位置速度谱宽值较大外,其余部分速度谱宽都很小,大部分为1~2 m·s^(-1)。(4)相关系数(C_(c))、差分反射率(Z_(DR))和差分相移(ΦDP)探测到的范围与雷达反射率因子的演变形态和面积接近,同样随烟羽的扩散而逐渐增大;C_(c)值非常小,大多数区域小于0.9,少数距离库库元的C_(c)值低于0.5;火灾点上空的Z_(DR)值有相对较小的区域,为2~3 dB,而火灾点下风方,大部分Z_(DR)值都很大,大多超过5 dB。(5)两次森林火灾的双偏振探测特征表明,产生回波的反射物主要是干草、松针等燃烧后的灰烬形成的水平尺度较大的非球形粒子反射物。

X波段双偏振雷达不同衰减订正方法对比分析

利用旬邑X波段双偏振雷达数据,采用Z_(h)-K_(DP)综合法、Z_(h)-K_(DP)综合分类法、ZPHI降水廓线法和初始相位法进行衰减订正对比分析,并将订正后数据与西安C波段天气雷达数据进行对比检验。结果表明,4种订正方法均能对反射率因子进行有效订正,订正后强回波中心与K DP强中心基本吻合,可基本还原降水分布特征;采用ZPHI降水廓线法订正后出现条纹状误差回波,订正效果较差;不同订正方法均可使X波段雷达反射率因子与C波段雷达反射率因子间的相关性提高;采用Z_(h)-K_(DP)综合法、Z_(h)-K_(DP)综合分类法和初始相位法订正后,强回波中心位置与C波段雷达较接近,订正后的反射率因子平均值与C波段雷达反射率因子值接近,绝对偏差和相对偏差减小;Z_(h)-K_(DP)综合分类法和初始相位法订正效果相对不稳定,Z_(h)-K_(DP)综合法订正效果较好且稳定。

江苏雷暴大风双偏振雷达特征统计分析

利用双偏振雷达、地面自动站、闪电定位仪、探空等资料对江苏2012—2022年262次雷暴大风过程的环境参数和2020—2022年41个导致雷暴大风的对流风暴演变特征进行分析。结果表明:(1)雷暴大风发生在大气层结不稳定背景下,850 h Pa和500 h Pa温差中位数超过25°C,对流层中层存在干层;春季动力条件较好,0~6km垂直风切变中位数达到18.4 m·s^(-1),是夏季的2倍;夏季能量条件较好,CAPE平均值可达2 491.0 J·kg^(-1),而春季仅为977.5 J·kg^(-1)。(2)凝练和定量验证了基于双偏振特征量的雷暴大风风暴演变的概念模型:对流风暴的生命史分为3个阶段,初生阶段存在较强的Z_(DR)柱,Z和K_(DP)较弱且未及地;发展阶段K_(DP)柱显著增强,Z_(DR)柱稍有减弱;雷暴大风发生阶段Z、Z_(DR)和K_(DP)核心高度均明显降低。因此,较强的Z_(DR)柱,并伴随显著增强的K_(DP)柱是雷暴大风发生的前兆信号。(3)统计获得双偏振特征量预警指标:初生阶段和发展阶段多数分别发生在雷暴大风发生前60 min和前20 min;在0~2 km的高度上,3~4 d B的Z_(DR)大值区提前10~15 min到达雷暴大风站点。

广东省一次飞机暖云催化响应的双偏振雷达观测分析

为研究飞机暖云焰剂催化后云系发生的物理响应,利用汕尾市双偏振雷达观测量及反演的云微物理特征参量,结合大气环境场探测数据,对2020年8月30日在广东省汕尾市北部区域实施的催化过程进行了分析,结果显示:这次过程是盛夏季节副高边缘的一次以暖云降水为主的对流性降水过程,天气尺度系统强迫较弱,大气层结不稳定,但水汽不充沛。在积云发展的暖云阶段引入吸湿性催化剂,16 min之后,暖云云系体积开始增加,差分反射率因子、差分相移率、雨水含量及降水强度的平均值都有明显增长,雨滴尺度增大、浓度明显增加,雨滴质量平均直径(D_(m))和表征雨滴数浓度的标准化参数(lgNW)增长幅度分别达到10.3%和39.5%,云系维持了大约1.5 h。吸湿性核先在催化层附近吸收水汽增长为数量众多的小云滴,与自然对流发展伴随的上升气流加强相互叠加,增强了云滴的碰并过程。众多小雨滴被上升气流带入0℃层之上使过冷雨滴短暂增多,促进了霰粒子的生成。

泰山一次强雹暴微物理特征双偏振雷达和雨滴谱观测分析

为了研究雹暴的微物理特征,利用双偏振雷达和雨滴谱仪探测资料,结合粒子相态分类算法,对2020年6月1日发生在泰山的一次降雹天气进行了分析,获得了雹暴云影响泰山站时附近区域雷达参量、水凝物粒子、降水粒子谱分布特征。研究表明:雹暴云前缘开始影响泰山站时,反射率因子(ZH)梯度大值区紧邻泰山站,与差分反射率(ZDR)弧位置大致重合,此处主要为大滴粒子,由上空霰粒子融化形成;雨滴谱为双峰结构,对降水贡献较大的为2~3 mm粒子。当雹暴云主体影响泰山站时,其前侧径向出现三体散射,上空出现悬垂回波,泰山站附近区域主要识别为雹粒子;泰山站南侧出现有界弱回波,该处辐合升运动增强,被ZDR大值半环绕,主要分布大滴与雹粒子,夹杂霰与湿雪粒子;归一化等高频率(CFAD)显示冰相过程增强;-10℃层以下雹粒子主要由-10~0℃层的霰粒子凇附上升气流携带的大滴与中小雨粒子形成,这些粒子无法下落碰并形成尺寸较大的降水粒子,雨滴谱变为单峰结构,对降水贡献最大的为14~16 mm粒子。雹暴云主体离开泰山站,CFAD显示冰相过程减弱,冰晶凇附过冷云滴转化成霰的效率降低,泰山站上空识别出大量的冰晶与干雪粒子,出现层状云降水特征;雨滴谱再次变为双峰结构,第二峰值为2~3 mm粒子,对降水贡献最大。

X波段双偏振雷达回波实时反演研究

为了确保YLD1-D型X波段双偏振多普勒天气雷达各类型回波能够实时生成并叠加到“威宁县气象综合业务管理系统”的GIS地理信息系统上,有效订正雷达数据。通过数据处理主机与服务器搭建于同一局域网,实现了数据采集与上传等功能,对雷达基数据进行加工处理,形成可叠加的回波图嵌入系统内。经过多次测试表明,系统能实现实时采集雷达数据并更新回波图,为本地气象服务带来极大便利。

双偏振雷达粒子相态识别及验证评估

【目的】为评估双偏振雷达粒子相态识别结果。【方法】该文采用基于模糊逻辑的粒子相态识别算法,将其得出的识别结果与雷达PUP粒子识别产品结果进行对比,结合6个地面自动站降水现象仪数据,提出采用TS评分验证2种识别结果可靠性的方法。并分别挑选降水、降雪、冰雹个例进行分析验证。【结果】2种方法均能较好地反映出降水过程,5月降水有5个台站准确率达到70%以上,5个台站PUP粒子识别产品准确率高于模糊逻辑算法粒子识别产品1%左右。对于冬季降水,PUP粒子识别产品易将降水过程识别为降雪过程。2种产品均能很好地识别降雪过程。对于冰雹过程,PUP粒子识别产品能较好地识别出来,而模糊逻辑算法易将冰雹识别为霰粒子。【结论】该方法能有效评估双偏振雷达粒子相态识别结果,并应用在降水、降雪、降雹过程中。

C波段双偏振雷达资料在河南县一次强对流天气过程中的应用分析

利用黄南C波段双偏振雷达探测资料对2023年8月3日青海省黄南州河南县的短时强降水过程从雷达强度、速度、偏振和定量降水估计产品进行特征分析,结果表明:(1)河南地区在降水开始前CR在50 dBZ以上,配合VIL在10 kg/m^(2)左右,TOPS在10 km左右,HT在2 km左右,降水开始后回波强度有所增强或维持在50 dBZ,可考虑出现短时强降水。(2)径向速度辐合维持时间段对应降水最强时段,速度图上出现零速度线“弓形”特征可以作为降水持续时间较长的标志。(3)VWP产品上风场由不连续变得连续,对短时强降水的出现有很好的指示意义。(4)短时强降水开始前30~60 min,CC值大于0.97表明降水相态为纯雨,大值Z_(c)对应大值Z_(DR)和K_(DP)表明雨滴尺寸和雨滴粒子密度较大,容易产生超过20 mm/h的短时强降水。(5)实况降水地区离雷达距离越近,则OHP产品的降水落区与实况位置越接近,但在降水量的估计上大于实况降水量。THP产品降水落区和降水量均与实况有一定偏差,有待于进一步分析总结,凝练出有参考意义的相应指标。文章分析结果可为类似短时临近天气预报提供参考依据,具有较好的业务应用价值。

湖南两次暴雪过程的双偏振雷达云相态垂直特征观测分析

针对2021年和2022年湖南两次大范围暴雪过程,该文利用ERA5全球再分析数据和长沙探空雷达、长沙S波段双偏振雷达等探测资料,深入分析了该过程的发生发展条件和云微物理特征。研究环境条件发现,正涡度区厚度伸展至450 hPa,中高层存在强烈的垂直运动,西南气流输送大量水汽,为强降雪提供了有利的动力、热力和水汽条件。进一步利用长沙双偏振雷达资料分析了两次降雪的微物理特征,结果显示:①暴雪与雪霰的基本反射率和极化参量纹理特征存在明显差异,可以有效识别两种降水粒子;②相态垂直廓线表明,雪的低层层云对应着相态转变;高层速度显著大于低层,且近地面降雪回波的下落速度低于层云降雨;③雷达极化参量的垂直演变特征表明两次降雪过程均有冰晶淞附层,其特征表现为高的差分反射率(Z_(DR))、差分相移率(K_(DP))和低的相关系数(CC)。研究证实双偏振雷达能够捕捉降雪云团的精细结构演变,可为强降雪的短临预报提供科学依据。

青岛机场一次冰雹过程的双偏振雷达分析

利用常规气象观测站点资料、探空资料、青岛S波段多普勒和双偏振雷达资料对2023年7月8日下午青岛机场一次对流单体冰雹过程天气背景以及雷达回波特征进行分析。结果表明:此次冰雹过程是在500 hPa强西风带、冷涡槽的共同作用下发生的,具有很强的局地性。整层大气具有强的不稳定性,上干下湿特征明显,低层垂直风切变强度中等,深层垂直风切变较强,0~6 km风矢量差达到21 m/s,高低空温差较大,湿球温度0℃高度为4 km。雷达回波具有高耸的强回波、有界弱回波区、回波悬垂和三体散射结构,同时中层4~8 km的高度处有明显中气旋结构,气旋直径约4 km,辐合层厚度约为3.2 km,高层出现速度辐散,这些均为典型雹暴的雷达特征。单体的垂直液态水含量(C-VIL)和垂直液态水含量(VIL)密度的大值能够很好对应冰雹粒子,C-VIL突变还能作为预报冰雹和大风参考指标,C-VIL跃增出现比青岛机场降雹提前30 min,骤降出现比青岛机场大风出现提前7 min。这次冰雹过程,双偏振雷达差分反射率因子Z_(DR)和相关系数ρhv能有效区分冰雹和强降水,而差分相位常数K_(DP)大值区对应大雨或融化的冰雹,需要结合其他参量进一步判断粒子形态。这次冰雹过程出现了明显的Z_(DR)和K_(DP)柱结构,Z_(DR)柱高于K_(DP)柱,Z_(DR)柱对应较强的上升运动,与速度图上的中气旋位置相对应,K_(DP)柱对应着较明显的下沉气流。分析的结果能为青岛机场的冰雹短临预报提供一定的参考,也对于实际应用双偏振雷达产品有一定的指示意义。

汕头S波段双偏振雷达降水估测效果分析

为提高雷达定量降水估测的精度,本文选取2018—2022年汕头地区3次西南季风和3次台风降水过程,利用S波段双偏振雷达和自动站雨量计资料进行雷达降水估测效果分析。通过5个误差指标,分析了传统的PPS法、Ryzhkov的Ryzhkov法、郭佳的CSU-HIDRO_I法和汪舵的HCA-LIQ法,共4种雷达降水估测算法在6次降水过程中的降水估测效果,得出以下结论:在不分降水量级和降水类型的情况下,采用CSU-HIDRO_I进行雷达降水估测效果最优;在分雨强的情况下,小雨类采用Ryzhkov最优,中雨类和强降水类采用CSU-HIDRO_I最优;在分降水类型的情况下,西南季风降水过程中采用CSU-HIDRO_I最优,而台风降水过程中采用HCA-LIQ最优。在实际应用中,可综合考虑雨强和降水类型,采用相应的降水估测算法以提高雷达在定量降水估测的精度。

广东省中部一次强降水超级单体的双偏振雷达观测分析

为揭示广东省强降水超级单体风暴的偏振特征及其动力结构,利用广州市双偏振雷达数据及常规气象观测资料,对2020年6月7日造成广东省中部一次特大暴雨过程的强降水超级单体风暴进行分析研究,结果表明:(1)此次强降水过程中切变线南侧西南低空急流提供了充足的水汽供应和不稳定能量,中层多波动短波槽带来的干冷空气增大层结不稳定,地面辐合线有利于触发对流的发生发展。强降水前超低空偏南气流加强并向高层传播,随低空急流的形成和扩展,降水强度明显增强。(2)过程期间佛山市和清远市不断有回波生成发展并在东移过程中合并增强,发展为强降水超级单体。在超级单体的低层,相关系数小值区可用于指示低层上升气流的位置与有界弱回波区和钩状回波位置,而中气旋形成前的差分反射率(ZDR)环、相关系数(CC)环则指示中层上升气流的位置,以及涡旋发展成中气旋的潜势。强反射率因子值差异不大时,差分相移率(KDP)值越大,说明降水越强。

基于S波段双偏振雷达的成都初春冰雹特征分析

为更好地开展成都冰雹天气的监测预报预警工作,利用成都S波段双偏振雷达探测资料,结合区域自动气象站以及常规观测资料,对成都初春冰雹的双偏振参量特征进行研究,重点分析冰雹云的精细结构,并与同年初春发生的短时强降水进行对比分析。结果表明:在高低空急流耦合形成强上升运动的动力条件下,高层冷平流结合地面冷空气共同触发了成都“3·16”冰雹天气。发展成熟的冰雹云,其中心反射率因子(ZH)超过70 dBZ且存在明显的悬垂强回波,差分反射率(ZDR)和相关系数(Correlation Coefficient,CC)分别集中在-2~1 dB和0.8~0.95,并伴有差分相移率(KDP)空洞和云体前侧的CC谷结构,同时在强上升气流附近存在典型的ZDR柱。伴随上升运动减弱,冰雹云前侧出现随距离递减的ZDR大值区,相反CC则呈现递增趋势。相较冰雹云,强降水对流云的ZH较小,而ZDR、CC明显偏大,且其前侧未出现悬垂强回波及明显的ZDR柱。

“6.24”宁波强冰雹过程的双偏振雷达观测分析

本文通过利用气象观测站资料,NCEP(National Centers for Environmental Predicition)再分析资料以及宁波S波段双偏振雷达资料,分析了2022年6月24日宁波地区的一次强冰雹过程。结果表明:本次强冰雹过程在弱冷空气和地面辐合共同作用下产生,风暴A和B先以强的对流单体形态移动,在自西向东移动过程中风暴B加强为超级单体,雷达资料具有典型冰雹特征。风暴单体中低层出现三体散射、有界弱回波区,风场辐合,中气旋;中高层回波悬垂,伴随辐散风场。BWER(bounded weak echo region)对应明显ZDR柱(>4 db),对应相关系数低于0.9;风暴中高层有Z_(DR)“冰雹信号”和KDP空洞,低层形成K_(DP)柱(>4.0(°)/km)。根据双偏振特征,归纳出本次强冰雹过程的概念模型,给出各种典型特征的水平和垂直位置关系,分析其形成的物理基础。

X波段双偏振雷达冰雹偏振参量特征分析

利用MaXPol双偏振雷达观测的26个雹云单体和冰雹资料进行反演,分析降雹前偏振参量特征和强中心回波顶高变化,并对雹灾最严重的一次过程进行个例分析。结果表明:(1)雷达的冰雹指标为反射率因子Zh>50 dBZ、相关系数ρHV≤0.8、-2 dB<Zdr(差分反射率)约1 dB且强中心回波顶高超过-10℃层。降雹前6-12 min,大冰雹的平均时间是小冰雹的1.6倍。(2)降雹前大、小冰雹强中心回波顶高走势一致但在4-5 min大冰雹强中心回波顶高增长率明显大于小冰雹。(3)只有大冰雹强中心回波顶高能突破-30℃层。(4)个例分析发现强中心与冰雹区不对应,生成发展阶段冰雹区集中位于强中心后侧相关系数环内,悬垂于0--20℃层;成熟阶段冰雹区扩散包含强中心,悬垂的冰雹区坍塌接地,降雹开始。

营口双偏振雷达定标数据质控方法研究

文章探究营口双偏振天气雷达接收双通道一致性指标下降的原因,总结雷达双偏振升级改造至2021年末出现的所有故障报警信息,分析影响雷达稳定运行与雷达产品质量的主要因素。结合雷达保障工作解决发射机风道内温度过高、冬季雷达设备机房温度过低问题,通过采取各项机房温度提升措施,提高雷达运行指标,进而提升双偏振天气雷达的产品质量。

西安一次短时暴雨的双偏振雷达特征

利用高空、地面气象观测资料和相控阵双偏振天气雷达探测资料,对2022年7月15日夜间发生在西安地区一次短时暴雨天气过程进行分析。结果表明:(1)短波槽东移、中低层切变线和地面辐合线是此次短时暴雨的主要影响系统。(2)强降水回波为快速移动的带状和和片状强回波,均以积状云降水回波为主,50 dBz以上的强回波上升到7 km高度,为大陆型对流降水。速度图上有中尺度辐合区,有利于强降水的加强及维持。(3)强降水期间差分反射率因子(ZDR)值为1.5~2.8 dB,差分传播相移率(KDP)值为1.0~9.0(°)/km,且在强回波前沿KDP集中在2~7(°)/km,说明雨滴直径大且数密度相当大。当KDP维持在2.8(°)/km时,1 min降水量将达到1 mm以上。

基于双偏振雷达产品人工防雹作业指标研究

利用红河多普勒双偏振雷达资料,分析2020—2022年红河州14个冰雹个例,反演出冰雹发生前雷达的各类参数及变化特征,提取降雹前30 min、18 min雷达特征指标,为人工防雹作业精准指挥提供科学支撑。结果表明:常规雷达参量指标出现ZH≥51 dBz,TOPS≥8.3 km,VIL跃增量≥12 kg/m2,“TBSS”等特征时,可作为出现冰雹的判别指标;当双偏振雷达参量ZDR值接近于0 dB,且符合高Zh、低ZDR特征,KDP值小于1°/㎞,CC值在0.85~0.95之间,可作为冰雹预报的指标。对HDR检验结果表明,降雹前30 min、18 min预报的准确率均很高,可作为冰雹重要判别指标来使用。

黔北一次冰雹天气过程C波段双偏振雷达资料分析

【目的】为进一步探索C波段双偏振雷达参数指标的本地化运用。【方法】利用习水C波段双偏振雷达资料、地面自动站资料、探空资料,对2022年3月16日发生在黔北的一次冰雹天气过程成因以及双偏振雷达回波特征进行分析。【结果】(1)此次强对流天气发生在500 hPa前倾槽前、低层低涡切变东南侧,中低空急流的北侧及地面低压倒槽内,同时午后升温及中高层干冷平流入侵,使得层结更趋于上干冷下暖湿的不稳定层结,冷锋前沿的地面辐合线为过程提供了触发机制。(2)过程由多单体风暴引发,最大反射率因子达65 dBz, 40 mm冰雹出现了三体散射,剖面图中出现了悬垂结构和有界弱回波区,低层观测到辐合速度对。(3)对比30 mm和40 mm的冰雹双偏振参数发现:融化层以上冰雹ZDR在-1~0.2 dB,CC值在0.90~0.99之间,KDP均为0;从融化层以下,30 mm冰雹CC值在0.70~0.90,40 mm冰雹CC值在0.80~0.97,两者有所区别,ZDR也有明显增加,在0~4 dB之间;由于融化层以下大雨滴的混合,KDP在0~3.1°·km^(-1)之间。(4)大冰雹偏振参数出现明显ZDR柱、KDP柱,CC谷,CC图中出现明显的非均匀波束充塞,ZDR和CC图中有明显的三体散射现象。【结论】该文仅是对一次多单体天气过程个例的偏振参数特征粗略分析,未来仍需分析更多个例用以完善C波段双偏振天气雷达在强对流天气中各种偏振参数的标准,为实际业务提供更精准的参考。

基于雨滴谱参数反演的C波段双偏振雷达降水类型分类方法

降水类型分类对分析区域降水微物理特征、多源降水融合误差模型的构建以及雷达定量测量降水估计等都很重要。本文基于2015~2016年南京信息工程大学C波段双偏振雷达数据和南京地区滴谱仪观测资料,提出一种适用于南京地区的雷达降水类型分类方法,并对降水类型分类结果进行对比验证。首先,基于滴谱仪降雨率时序数据、地基雷达反射率因子平面位置显示数据和地基雷达反射率因子时间—高度显示数据,筛选出36次典型层状和对流降水过程。随后,统计3个滴谱仪站点典型层状(对流)降水的雨滴谱(DSD)参数,拟合得到适用于南京地区的降水类型分类线。将基于滴谱数据统计拟合的分类线应用于基于变分法反演的地基雷达DSD参数,进行地基雷达降水类型分类。根据典型层状(对流)过程降水类型分离指数的时间—高度分布,并对比星载双频测雨雷达(DPR)降水分类产品,对分类效果进行验证。最后,将分类结果应用于雷达分类定量降水估计,进一步说明降水分类的应用效果。结果表明,南京地区3个滴谱仪站点的拟合分类线非常一致,3个站点的典型层状(对流)过程均能够很好地分离在分类线两侧;与DPR降水分类产品进行对比分析,发现南京地区分类线的分类效果相对于其他典型降水分类方法,对层状和对流降水的识别率整体最高,分别为84.56%和72.64%;基于降水分类的雷达定量降水估计的测雨精度均优于未分类的测雨公式,且基于差分传播相移率的测雨公式[R(KDP)]在四种分类测雨公式中整体性能最优,基于水平反射率因子的测雨公式[R(ZH)]在层状云降水反演中性能最优,基于差分传播相移率的测雨公式[R(KDP)]在对流云降水反演中性能最优,基于水平反射率因子和差分反射率的测雨公式[R(ZH,ZDR)]对原有总体测雨公式降水精度的提升最为明显。