基于Surfer的天气雷达基本反射率产品的绘制

利用Surfer专业的插值、地理信息和绘图功能,可生成具有细腻图像和高精度位置的新一代天气雷达基本反射率产品。使用2019年7月13日02时32分衡阳天气雷达基数据,采用克里金插值方法生成天气雷达基本反射率产品数据,通过水平面投影算法和直角坐标到经纬度坐标转换,生成高精度、可导出的天气雷达基本反射率产品格点数据。结果表明:当Surfer格点数据使用2000×1760网格,采用克里金插值的方法,Surfer绘制的基本反射率回波图效果最好。应用插值算法导出的XYZ三维格点化数据,可为天气雷达探测业务和研究人员,研究不同天气雷达一致性比较和进行设备标定,提供良好的基础。

天气雷达基本反射率产品的地学可视化

对基本反射率产品进行可视化,是准确分析区域天气的基础。本文以梅州市CINRAD/SA型雷达该类产品为例,对该类数据的存储结构做了详尽的剖析,设计了产品径向数据向二维矩阵转换的算法,研究了该类数据转为极坐标系下矢量类型和直角坐标系下栅格类型存储的绘制模式,并采用ArcGIS Engine进行了实现。最后对两种生成显示回波的方法进行对比分析,结果表明:两种方法都能准确显示回波,应用时需根据实际情况采用相应的方法显示与分析雷达回波。

基于EMD和小波包变换的天气雷达回波去噪方法

C波段多普勒天气雷达回波数据由雷达回波信号和噪声构成,噪声严重影响雷达基本反射率的准确性。利用EMD方法对雷达回波信号进行分解后,将含有噪声的高频IMF分量去除,可实现去噪,但是容易损失有用信号。针对有降水特征的雷达基本反射率数据,提出基于EMD和小波包变换的多普勒天气雷达回波去噪方法,并与EMD方法去噪结果进行比较。研究结果表明,该方法能更加有效地去除雷达回波信号中的噪声,并降低了信号特征损失。

强烈雹暴三体散射的多普勒天气雷达分析

该文从干冰球和水球的散射特征出发,分析了强烈雹暴三体散射的多普勒天气雷达基本反射率因子的形成机制,讨论了影响三体散射观测的主要因素;利用连云港CINRAD/SA天气雷达资料,对2004年6月26日发生在连云港市境内的一次大冰雹过程的三体散射特征进行了详细分析,并对三体散射在业务上的应用进行了探讨。结果表明:产生三体散射的反射率因子区强度超过60 dBz,三体散射的反射率因子值小于18 dBz,长度通常小于14 km;径向速度整体上为朝向雷达的低值,谱宽很大,可达13 m/s以上;首次观测到三体散射后,可立即预报有大冰雹将降落到下游地区,提前量在20 min以上,这些结果为利用三体散射预报冰雹提供了新的线索。

多普勒天气雷达资料在一次雨雪天气过程中的应用分析

利用多普勒天气雷达资料,对2004年12月21—23日发生在江苏的一次雨雪天气过程进行了研究,分析了雨雪发展的不同阶段,基本反射率场、基本速度场及降水系统风场和散度场垂直结构的演变特征,结果显示:降水云体中风场的调整往往预示着降水未来的演变,系统内部动力场结构的变化与降水的发生发展及消亡相联系。

一次副热带高压边缘上大暴雨的中尺度特征分析

文章利用常规和自动气象站观测资料、卫星、闪电定位、雷达资料及NCEP分析资料,对2014年5月24—25日赣西地区致灾大暴雨的中尺度对流条件和对流系统的演变特征进行了分析。结果表明:(1)高空槽东移、副热带高压边缘暖湿气流加强,以及冷空气影响,构成了此次大暴雨的天气背景条件。(2)地面中尺度辐合线是导致MβCS发展及加强的重要因子;多个结构密实、边界光滑的MβCS在赣西地区长时间维持,导致相应地区出现持续强降水天气;此次大暴雨过程中TBB≤-62℃的冷云云团位置和强度对地面降水有很好的指示作用,尤以TBB≤-72℃的中心区与强降水中心区吻合最好。(3)此次暴雨过程5 min雨量分布与地闪数的分布较重合,地闪跃增时刻在地面降水增大前出现,提前时间约10 min左右。(4)雷达径向速度图上的中尺度涡旋是导致此次暴雨发生的重要因素之一;在赣西地区存在显著的径向风辐合特征,且低空强西南风急流上叠加深厚径向风辐合区,有利于降水的加强和维持;另外在动力辐合和山地地形共同作用下,强劲的偏南风急流携带充沛水汽在赣西地区汇合,导致该地区出现连续性强降水。(5)最大雷达回波强度的变化对地面5 min雨强的变化有辅助参考,但预示性不明显;雷达风廓线产品对地面强降水的发生有较好的预报辅助作用,在此次大暴雨过程中该产品对赣西地区强降水预报辅助作用的"提前量"达2 h。

上海98.7.23大暴雨环境场及多普勒雷达资料的分析

应用天气图、卫星云图、探空资料，并重点应用多普勒雷达资料综合分析了１９９８年７月２３日上海大暴雨过程，指出在有利的大尺度环境条件下ＭＣＣ下风方诱生出ＭＣＳ，导致上海产生大暴雨，多普勒雷达基本反射率、径向风场及垂直风廓线（ＶＷＰ）资料在暴雨发生前数小时就监测到中尺度切变、中尺度涡旋等触发机制的发生、发展，它们与强降水回波的发展、加强、移动和合并息息相关。

基于新一代天气雷达的人工防雹指标研究

利用宁夏2014—2016年典型冰雹个例的新一代天气雷达资料,对比分析了冰雹发生前后雷达回波各特征参量的变化特征。结果发现,在冰雹云生命期内,雷达回波各特征参量(基本反射率、组合反射率、液态水含量、回波顶高等)随时间均有比较明显的变化,在冰雹发展及酝酿期内的变化尤为明显。通过总结雷达回波各特征参量的变化特征,并结合人工影响天气指挥作业经验,初步总结制定了基于银川、固原雷达回波各特征参量的人工防雹指标,以帮助人工影响天气指挥人员及时做出防雹预警,有效把握防雹作业时机,提高人工防雹效率。

2005年川西“7.3”暴雨多普勒雷达回波个例分析

利用多普勒雷达的基本反射率图、径向速度图及相关资料,分析了7.3四川西部区域性暴雨天气过程,发现:就基本反射率而言,多普勒雷达与713数字化雷达所监测到的川西暴雨回波演变规律一致;径向速度图上,强降水区域存在明显的风向、风速的切变。

济源市暴雪天气过程多普勒雷达产品特征分析

利用常规资料、卫星云图和新一代雷达产品对2009年11月10-11日发生在济源地区的暴雪天气过程进行综合分析得知:中低层急流的形成和维持为这次强降雪提供了充沛的水汽,切变和强风速辐合的存在造成本地强烈的上升运动,是降雪增大的关键;强降雪的新一代雷达组合反射率因子回波强度维持在20dBZ以上、回波顶高在3km以上;速度场上,降雪前期环境风场为暖平流特征,后为冷平流特征,风切变、风速辐合以及低层急流的存在和维持,是造成暴雪持续的关键; VWP风廓线场上,前期中低层有明显的南风急流和风垂直切变,冷空气影响时,东南风逆转为东北风,有利的水汽辐合,促使了上升运动的再次发展。

多普勒天气雷达在沙尘天气监测中的应用

应用CINRAD/CC新一代天气雷达监测资料分析了天山北部一次强沙尘天气过程,对沙尘天气的分布、回波强度和面积的变化以及相应天气背景、气象要素变化作了初步研究。

春季一次强降水过程的多普勒天气雷达回波分析

利用多普勒天气雷达产品结合其他气象资料,对2008年4月28日准葛尔盆地南缘石河子垦区和新湖总场的一次强降水的个例回波特征及成因进行了较为细致的分析。结果表明:造成这次较大范围的强降水的反射率因子一般为30～45dBz,而且在同一地区维持较长的时间;发现在强降水的发生、发展和消亡的不同阶段垂直风廓线产品和径向速度图像都有非常明显地体现,为今后的春季强降水预报提供了一定的参考和依据。

我国新一代多普勒天气雷达及其在山西的系统建设

本文介绍了多普勒天气雷达的探测原理和我国“新一代多普勒天气雷达”的基本情况，并进一步对“太原新一代多普勒天气雷达”建设的总体设计、布局配置进行了系统分析，对该雷达的基本气象产品及其主要用途进行了分析。

山西两类暴雪过程的雷达产品特征比较及降雪量估测

利用山西大同站常规观测资料和多普勒天气雷达基数据,对山西两类暴雪天气过程(倒槽冷锋型和锢囚锋型,分别简称为“Ⅰ类”和“Ⅱ类”)进行对比分析。结果表明,两类暴雪天气存在相似点:(1)当降水相态为雨或雨夹雪时,低层零速度线均呈现较明显的“S”型弯曲特征,零速度线形状的变化和0℃层亮带位置变化对相态转换具有明显指示意义;(2)由9点平均法绘制的两类暴雪的平均基本反射率因子垂直廓线也具有相似特征,即平均基本反射率因子垂直廓线强度在30~40 dBZ之间,因此可利用平均基本反射率因子垂直廓线定量估测降雪量级,并可判断0℃层亮带。但两类暴雪天气也存在明显差异:(1)Ⅰ类暴雪属于冷云降水,冷垫深厚,虽然低层强冷空气将水汽通道切断,但由中层偏南急流和西北气流径向辐合产生的动力抬升作用使得降雪维持并达到暴雪量级;Ⅱ类暴雪属于暖云降水,由暖切变线触发,冷垫不明显,锢囚锋和南风急流长时间维持是造成暴雪的主要原因。(2)Ⅰ类暴雪过程中出现明显的0℃层亮带且长时间维持,而Ⅱ类则没有明显的0℃层亮带。(3)Ⅰ类暴雪过程中,“S”型零速度线逆转成南北分布的直线时,表明低层暖平流减弱的同时有东风湿冷垫形成,此时降水相态由雨转雪;Ⅱ类暴雪过程中,零速度线由“S”型转为反“S”型时,表示冷平流入侵明显,此时降水相态由雨夹雪转为雪,零速度线再次明显顺转则指示降雪减弱趋于结束。

基于机器学习技术的黄山风景区及周围雷电临近预报方法

为探究影响山岳型景区雷电发展的关键因素,实时掌握黄山风景区及周围雷电发展趋势,采用多普勒天气雷达、气象探空、闪电定位等多种监测数据,根据雷电发生基本物理原理,从系统强度、旺盛程度和移动趋势3个方面提取雷达回波特征作为关键预报因子,基于多种机器学习算法建立了雷电临近预报模型,结果表明:随机森林(RF)、逻辑回归(LR)、K-临近(KNN)、贝叶斯(GNB)、支持向量机(SVM)5种机器学习算法均对雷电具有一定临近预报能力,RF的TS最高,SVM漏报率最低,LR空报率最低;在RF算法中雷暴系统强度和发展旺盛程度两类因子起主要作用,其中作用最大的是雷暴系统强度中-20℃层高度雷达基本反射率,其次是0℃层以上回波厚度。

2012年7月21日北京地区特大暴雨中尺度对流条件和特征初步分析

本文利用常规、自动气象站观测资料,卫星、雷达、风廓线探测资料和NCEP再分析资料(1°×1°逐6小时),对2012年7月21日北京地区特大暴雨的中尺度对流条件和对流系统特征进行了初步探讨,结果表明:本次极端强降雨成因主要包括非常充沛的水汽,一定的对流不稳定性,对流系统持续的"列车效应",以及低质心高效率的降雨对流系统。低层的切变线和地面辐合线相交的地区,是对流单体初生和强烈发展的区域;根据中层风的风向风速及地面辐合线的位置和走向,可以大致判断对流单体的移动方向及是否存在列车效应。基于静止卫星红外云图和雷达反射率因子资料的中尺度对流系统分析表明该次降水过程存在三个阶段:第一阶段为对流系统强烈发展的前期阶段;第二阶段对流系统发展最为强烈,北京大部分地区出现极端强降雨;第三阶段为北京地区对流和降雨显著减弱阶段。

一次暴雨天气过程的雷达回波分析

应用新一代天气雷达的基本反射率、径向速度、垂直风廓线产品,对2015年5月19日出现在贵州黔南的一次短时暴雨天气过程进行分析,结果显示雷达回波产品在降水不同时期呈现出不同特征:(1)降水开始时特征:混合型回波、逆风区、风切变;(2)降水发展时特征:单单体混合型回波、暖平流、低空急流、低空辐合、高空辐散;(3)降水维持时特征:零度层亮带、暖平流、冷平流;(4)降水结束时特征:层状云为主的混合型回波、冷平流、低空辐散、高空辐合.这些特征可为短时暴雨的临近预报提供一定的参考.

贵阳地区春季一次暖切变型飑线回波分析

利用多普勒雷达反射率和径向速度图对2005年4月28日贵阳地区发生的一次典型暖切变型飑线过程分析,发现对流发生初始地点在贵州西部山区。飑线的形成类似于断线型和后部扩展型的结合。组织完好的飑线呈弓状,移速快,低层前部有V形入流槽口,后部有弱反射率因子区。低层存在弱回波区,中高层存在回波悬垂结构。最强回波顶位于中低层反射率因子高梯度区之上。发展强盛的飑线右前方有细长的弱对流带。系统零速度线随时间演变的特征可以判断飑线是否过测站。移动过程中径向速度图上径向辐合增加,后部负径向速度高值区范围扩大,且低层(仰角1.5°)基本反射率因子图上飑线前侧有V形入流槽口,可能是未来近地层发生下击暴流的重要标志。

舟山地区台风降水Z-R关系研究及其应用

利用2004—2005年舟山多普勒天气雷达台风基数据资料和浙江省自动雨量站网资料,拟合适合于舟山地区台风降水的Z-R关系:Z=70R1.38,并对其进行有效性确认。应用此关系对台风"南玛都"和"卡努"的降水进行雨量估测并与美国WSR-88D默认Z-R关系及实时雨量资料进行对比。结果表明:对于小雨量地区,应用美国WSR-88D默认Z-R关系估测台风降水比较接近于实际。但是,对于大雨量地区来说,应用此关系估测台风降水更接近实际雨量,而应用默认Z-R关系估测台风降水,大雨雨量被严重低估。文中并进一步分析了产生误差的主要原因。

吉林省中南部强降雪过程的雷达特征统计分析

利用常规观测资料及多普勒雷达强度、径向速度、风速垂直廓线等衍生产品对2007-2012年发生在吉林省中南部的16次强降雪天气进行统计分析,结果表明：强降雪过程中基本反射率因子维持在15~30d Bz,RHI剖面无明显核区;径向速度场强降雪回波无逆风区特征,＂牛眼＂结构出现比例为70%,速度模糊出现比例为80%,＂S＂或反＂S＂结构比例为80%;降雪过程前中期暖区势力强势,随冷空气下沉-20℃层高度迅速降低;径向速度场上任意高度出现西北或偏北风,可以作为强降雪过程减弱或趋于结束的短时临近预报指标。