暴雨多普勒天气雷达资料的分析

利用多普勒天气雷达资料 ,对安徽省 2 0 0 0年 6月 1日至 3日的连续性大暴雨过程进行了分析。结果表明 :多普勒零速度线在测站近距离两侧顺转程度不一致 ,近距离存在大尺度辐合与暖平流的迭加 ,而在较远距离处存在冷平流 ,为暴雨产生和维持提供有利的水汽垂直输送和辐合上升运动 ,逆风区和中小尺度气旋性切变及垂直切变是强降水中心在多普勒速度图上的另一特征 ,强回波中心朝着辐合区方向移动。

降水过程中多普勒天气雷达风廓线产品特征

利用南京多普勒天气雷达资料,在对VWP风廓线产品可靠性研究和表征"湿度"变化能力研究基础上,对南京地区春季大面积积层混合云降水过程中风廓线产品的特征进行了细致研究。研究表明,在降水前夕、维持增强和降水消亡的不同时段风廓线产品都呈现出相应的图像特征:在图像上ND区域呈现一楔形,快速减少,预示着降水在2个小时内发生;暖平流、切变层和大风区的存在有利于降水的维持和加强;VWP最高位置风向标的突降和中层ND区域的出现预示着降水即将结束。

低空急流的单多普勒速度特征

对低空急流的单多普勒天气雷达径向速度图像进行数值模拟 ,并利用合肥多普勒天气雷达的观测资料 ,对 2 0 0 0年 6月 2 4— 2 7日安徽省境内发生的暴雨过程进行了分析。结果表明 :不论风向如何变化 ,低空急流的多普勒正负速度区关于显示中心成对称分布 ,从多普勒速度的零速度线分布可以得到实际风场的风向廓线。在多普勒速度图上 ,安徽淮北地区暴雨过程主要发生在正负速度中心的中心轴的左侧2 0 0 km范围内。低空西南急流的维持 ,为暴雨的产生和维持提供了充足的水汽。

复合风场的单多普勒速度特征

本文对复合风场的单多普勒天气雷达径向速度图象进行模拟 ,复合风场包括不同风速情况下的大尺度运动的辐合辐散风场与冷暖平流的迭加。不同的风场在单多普勒径向速度场上有着不同的特征 ,本文的一组模拟 。

南京地区初夏一次阵风锋过程的分析与识别

阵风锋过程一般伴随中尺度强对流系统发生,在近地层形成很大的阵风及风切变,容易造成风灾,特别是对航空部门有很大的影响。本文对2006年6月29日发生在南京的一次由强中尺度对流系统引发的阵风锋过程进行分析,通过多普勒天气雷达资料以及地面中尺度观测网观测到的实况,可以清楚地看出这个阵风锋系统的结构。当阵风锋经过时,地面测站观测到明显的风向变化、风速增大、气压增强、温度下降,而后出现强降水等特点,这些都符合阵风锋的结构特征。利用地面测站实时观测到的气压、相对湿度、温度等计算得到折射指数,它在阵风锋刚经过时迅速增大,而后随阵风锋外移逐渐减小,但是因为阵风锋后对流系统的影响,折射指数还要维持很长时间的高值。从雷达观测的反射率强度上能看到阵风锋位置的回波强度、高度都比两侧要大,与后方强对流系统之间的距离有5～10 km。对雷达观测到的径向速度进行反演,可看到上层的速度大于近地层速度,并且强速度中心靠前,在近地层形成向后的气流（回流）。阵风锋在多普勒速度场中表现出明显的线状组合切变,利用阵风锋的这个特点设计自动识别算法,能够有效地对阵风锋进行识别,组合切变也能有效地对阵风锋的发展以及移动作预报。

多普勒天气雷达探测中气旋分析

利用南京多普勒天气雷达资料,对南京地区2003年7月8日出现的一次雷雨大风和短时强降水过程进行了分析,结果表明:这次强天气过程与多普勒天气雷达观测到的中气旋相联系,文中结合环境风场分析了中气旋的特征,计算了中气旋的主要参数。

一次夏季雷暴天气过程中闪电活动特征分析

利用探空资料、多普勒天气雷达和闪电定位仪数据,分析了2009年7月30日发生在南京地区一次雷暴天气过程的雷达及闪电数据时空演变特征。结果表明:对流有效位能Ecap比起K指数(IK)等对于对流潜势预报具有更明显的指示作用,0℃层和-10℃层高度的降低有利于雷暴云的雷电活动;整个过程以负闪为主导,闪电强度越大,闪电频数也越高,每次闪电峰值后,都对应一次谷值;闪电数据与多普勒天气雷达回波叠加后分析发现,回波的生消演变对应着闪电频数和强度的生消演变,负闪主要落在强回波中心区域,正闪零星分布于回波强度梯度较大的区域;雷达径向速度图像特征变化更能揭示闪电发生发展的机制,逆风区对应雷暴中心区域,不仅是强降水的中心区也是闪电的中心区,对逆风区的识别监测能够更好的指导雷暴预警报工作;利用雷达数据计算的云底动能施力参量,能够很好的描述支持闪电起电的热动力特征,云底动能施力对雷电增长的贡献有一段持续传输过程,该参量峰值比频闪峰值和强度峰值都约有0.5 h的提前量。

V型缺口在C波段多普勒雷达中的应用研究

利用普洱CIND3830-CC天气雷达资料、地面观测资料进行统计分析,研究2004—2013年普洱C波段天气雷达中V型缺口的统计特征、V型缺口与地面降雹的对应关系,并对V型缺口在冰雹预警方面的应用及其对短时临近预报预警的影响进行探讨,结果表明：（1）V型缺口的最佳观测仰角为0.5°~2.4°,垂直高度上,V型缺口的高度出现在2.1~6.5 km。（2）将V型缺口分为2种类型,第一类为块状强回波单体径向后侧的V型缺口,第二类为片状或块状多单体回波径向后侧的V型缺口。（3）第一类V型缺口的组合反射率（CR）为50~66 dBz,普遍≥55 dBz,出现冰雹的几率为69%。（4）第二类V型缺口的CR为47~64 dBz,普遍为50~55 dBz,出现冰雹的几率为29%。（5）当出现V型缺口、H_（45 dBz）≥7.5 km、CR≥55 dBz时,可预报有冰雹出现,准确率达100%,V型缺口对冰雹预警的时间提前量为5~102 min。此外,得出了V型缺口内冰雹回波的识别方法。

基于VAD技术的迭代法在实测多普勒速度缺测区域的填补研究

多普勒天气雷达径向速度场缺测区域的存在是影响速度二次产品算法精确度的重要因素,在实际风场为线性分布的假设条件下,文中详细介绍了一种基于VAD技术的迭代填补技术。在合理考虑迭代约束条件的情况下,应用实测多普勒速度数据,根据缺测区域类型随机制造非连续累积10°-180°缺口的缺测区域和连续累积10°180°缺口的缺测区域进行填补试验。与原数据进行对比分析表明,该方法适用于非连续累积缺口180°以内的缺测区域以及连续累积缺口110°以内的缺测区域,平均绝对误差约在2 m/s以内,填补效果良好。另外,在同时满足线性插值填补法和迭代填补法的前提条件下,对比结果表明两种方法精度可信度均较高,相对于插值法对速度数据正负交替的敏感性,迭代法适用范围更广。

江西副高边缘雷暴大风雷达拼图回波特征分析

利用MICAPS常规天气图资料、地面自动气象站资料、雷电资料和雷达拼图等资料,采用天气图中分析方法、统计方法、回波图像、回波廓线等分析方法,对2020年7月11日江西副热带高压边缘中尺度雷暴大风回波特征进行分析,结果表明:1)副热带高压控制或边缘上,江西上空100 hPa是东北风,500 hPa是西南风,高空呈现逆时针环流,T-lnP图上层结不稳定,对流有效位能CAPE(Convective Available Potential Energy)面积较大,对产生强对流天气有利;由于上下两层的风向不同,使得雷暴回波系统的移动与回波系统的云砧伸展方向不一致,从而加剧了对流上升运动,使得雷暴回波系统发展、加强、维持。2)回波产生初期是局地对流单体回波,通过不断新生单体和单体合并等方式,形成南北走向的回波短带,这种合并形成的回波短带发展旺盛时,会产生多站雷暴大风天气。3)南北走向的回波短带是产生雷暴大风的主要回波特征,虽然回波强度只有55 dBZ,但移动速度较快(60~70 km/h),造成地面大风。江西WebGIS雷达拼图上叠加多部雷达风暴跟踪信息STI(Storm Tracking Information),可以明确风暴的移动方向和移动速度,根据STI密集区判断,增加了STI的可用性。4)“前伸”或“延伸”回波反映了回波系统上方的高空风走向和积雨云的云砧飘离方向。“延伸”回波一定程度上表现出副高边缘雷暴回波系统的强弱程度。为改进副热带高压边缘中尺度雷暴大风的预警预报准确率提供依据。

一次阵风锋过程的数值模拟与分析

利用中尺度数值模式ARPS,模拟了2006年6月29日发生在南京的一次由强中尺度对流系统引发的阵风锋过程,并分析了该过程的天气形势。结果表明,在对流系统经过南京站之前,近地层出现了明显的逆温,当对流系统经过南京站时中低层湿度一直在加深;背景形势显示有中低层急流和垂直风切变。在这次数值模拟中,虽然未模拟出阵风锋的细线回波,但是较成功地模拟出雷暴单体前侧的下沉出流、冷出流与环境气流形成的辐合上升气流,以及辐合上升气流处对应阵风锋发生的位置。

江淮地区龙卷超级单体风暴及其环境参数分析

利用多普勒雷达探测资料和NCEP再分析资料,对2003—2010年发生在江淮地区的6个龙卷超级单体风暴及其环境参数进行了分析。研究表明:(1)龙卷超级单体风暴H_(BASE)平均为1.7 km,H_(TOP)平均为9.1 km;H多在风暴的下部,近于下部的1/4处。H_(BASE)平均值比江淮地区各种超级单体的平均值低得多,H_(TOP)则略低。(2)龙卷超级单体I_(VIL)平均为25.6 kg/m^2,Z_(MX)平均为54.8 dBz。和江淮地区超级单体相比,龙卷I_(VIL)要小得多,而龙卷Z_(MX)略低。(3)龙卷超级单体的中气旋M_(BASE)、M_(TOP)和M_(SHR)平均值分别为1.2 km、3.9 km和14.4×10^(-3)s^(-1),和江淮地区超级单体相比,龙卷M_(BASE、M_(TOP)明显低,而M_(SHR)略高。(4)TVS参数最强时的VAD在12—45 m/s,V_(LLD)多大于30 m/s,V_(MXD)多超过30 m/s,V_(MXD)的高度不低于0.8 km,T_(DPT),在2.4—6.4 km,T_(BASE)在0.7—1.5 km,T_(TOP)在2.3—6.4 km,T_(MXSHR)超过22×10^(-3)s^(-1)。TVS参数最强时间与龙卷实际时间基本吻合,平均相差4.2 min;平均而言,TVS出现后6 min有龙卷发生。(5)雷达推算的龙卷超级单体的0—6 km风垂直切变比江淮地区超级单体的风垂直切变平均值高15.2%;龙卷发生前ICAPE平均为1752 J/kg,I_k为38℃,850 hPa到地面风切变平均超过12 m/s,850—500 hPa温差平均为23.7℃。龙卷发生前能量处在中等到强的状态,大气不稳定性较强,风垂直切变大。

台风龙卷的环境背景和雷达回波结构分析

利用NCEP再分析资料、常规观测和地面加密观测资料及多普勒雷达资料,对10次台风龙卷过程的环境背景和其中F2~F3级以上龙卷过程的回波结构演变特征进行了详细分析,主要结果如下:(1)台风龙卷所处环境基本为弱对流有效位能(200~1000 J·kg^(-1))和风随高度强烈顺转的强低空风的垂直切变环境,0~1 km风的垂直切变超过10^(-2)s^(-1),风暴的相对螺旋度很大,台前龙卷环境的粗理查孙数很小,平均在40以下。台风龙卷大多数出现在台风前进方向的东北侧,位于0~1km风切变和相对风暴螺旋度大值区。龙卷主要产生于台风外围螺旋雨带上,台前龙卷往往产生前地面已存在风向切变和风速的辐合,但温度梯度不大。(2)在台风影响环境下导致龙卷的风暴属于微超级单体风暴,有水平尺度2~4 km的中气旋;垂直涡度限制在4 km以下;风暴单体的质心在2 km左右,风暴伸展高度在5~7 km。

天气雷达回波运动场估测及在降水临近预报中的应用

在常用的基于天气雷达反射率因子图像的相关方法跟踪回波运动的TREC(Tracking Radar Echo by Correla-tion)技术基础上,文中发展了一种基于差分图像(时间梯度图像)的相关方法追踪雷达回波运动(Difference Image-based Tracking Radar Echo by Correlations)技术,简称DITREC,并与TREC技术进行比较。个例分析表明,DITREC矢量场消除了TREC矢量场中由于回波型的迅速变化导致的一些无序矢量,使得DITREC矢量场的时间连续性和空间连续性好于TREC矢量场。在TREC矢量场中不存在无序矢量的地方,DITREC矢量场与TREC矢量场基本一致。分别用DITREC矢量场和700 hPa风场作为回波运动估测场外推合肥CINRAD/SA雷达反射率因子复合扫描图,得到1 h外推降水场。以地面雨量计为标准,对外推降水场进行评估,结果表明,DITREC外推小时降水优于700 hPa外推小时降水,但其精度还与所采用的Z-R关系有关。

用改善的EVAD技术和变分法计算大气垂直速度

提出利用修正的Gram-Schmidt算法(MGS法)解决EVAD技术的求解问题,并通过2个实例。根据这2种改善的EVAD方法,分别计算出大气平均散度,再用变分法对散度值进行调整,然后利用连续方程,计算大气的垂直速度,并对各种结果进行了比较分析。

雷达定量估测区域降水波束阻挡系数的计算

提出了计算波束阻挡系数的平均值距离库填充法。利用以合肥雷达站为中心的数字高程模式资料 ,对平均值法与最大值法进行了比较。结果表明 :平均值法计算的波束阻挡系数小于最大值法的计算结果 ,且使波束受阻补偿值每距离库最大减小2 d BZ、使复合扫描结构中 (67km以外 )采用 1 .5°仰角的距离库数减少了 44%、对输入资料精度的要求从 1 :2 5万降低到 1 :50万。

多普勒雷达速度图像识别及散度提取方法研究

大尺度风场往往是冷暖平流与大尺度辐合辐散运动相结合的结果,因此将大尺度风场的多普勒雷达速度特征提炼成以下4种类型:(1)暖平流与辐合迭加;(2)冷平流与辐合迭加;(3)暖平流与辐散迭加;(4)冷平流与辐散迭加。不同类型的风场引起零速度线不同的弯曲特征,对判断大尺度风场的辐合辐散有着指示作用。根据零速度线的弯曲程度以及一定距离圈上零速度点与雷达中心连线的夹角等,首先推导出定量计算大气辐合辐散值的算法,然后提出利用逐个调整法识别零速度点的方法。根据该算法,结合零速度点的识别技术,提出了图像识别原理与方法步骤。据此,能够从多普勒雷达基数据中提取出大气平均散度,得到大尺度天气系统不同高度的散度值,并进一步提出了散度平面位置显示(divergence PPI)的概念。通过实例,根据散度PPI与速度PPI的对比,分析了图像识别的效果,并将图像识别法提取的散度值与EVAD技术提取的散度值进行了对比分析。

一次暴雨的湿位涡分析及EVAD技术应用

利用NCEP/NCAR再分析资料和实测资料对2004年6月24—25日的一次江苏暴雨过程进行了分析,并且根据湿位涡守恒原理和倾斜涡度发展理论,对这次暴雨过程中的湿位涡进行了诊断分析,结果表明:此次暴雨由中尺度低涡、切变线直接触发产生;西南低空急流的稳定维持为这次暴雨的发生提供了重要的水汽条件;当负湿位涡向上的扰动高度增加、强度增强,高低空正负湿位涡区配合较好时常会出现强降水。另外,利用EVAD技术由多普勒雷达基数据定量计算了这次过程的平均散度场,通过分析其演变情况,发现:低层散度场由辐散逐渐向辐合过渡、高层散度场由辐合逐渐向辐散过渡时,预示着强降水将要发生,如果出现相反的变化趋势,则降水减弱或停止;低层由辐散向辐合、高层由辐合向辐散的转折出现时间早于强降水出现的时间,对强降水产生有预示作用,对预报员准确作出短时临近预报预警具有重要实际应用价值。

多普勒天气雷达风场产品在螺旋度计算中的应用

本文介绍了一种利用新一代天气雷达风场产品VWP计算螺旋度的方法,通过对两次大面积降水个例的螺旋度诊断分析发现,利用VWP风场产品计算的螺旋度具有较高的时间分辨率,大面积降水的螺旋度变化趋势与降水变化趋势比较吻合,螺旋度变化一般提前于降水变化,有2—3 h的提前预报量;螺旋度数值的大小与降水量的大小一般没有明显线性关系;螺旋度可以作为观测雷达站上空风场随高度变化的一个敏感因子;利用VWP风场产品来作为计算螺旋度的风场资料是可行的,比起其它风场资料更适于短时(临近)预报的业务化工作。

VIL中心区自动识别、跟踪和临近预报

利用多普勒天气雷达体扫数据资料计算垂直累积液态含水量(VIL),用逐步增大初始阈值法识别VIL中心区;利用动态预测面积比法、分类跟踪法以及中心区面积守恒原则相结合的方法对中心区进行跟踪;运用线性最小二乘法、线性集成法和线性外推法对中心区的重心位置进行临近预报。实例结果表明:所使用的方法能很好地识别、跟踪和预报VIL中心区。