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两种雨滴谱仪观测对比及对雷达降水估测精度影响研究
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作者 陈超 刘黎平 +2 位作者 罗聪 刘显通 张阿思 《气象》 CSCD 北大核心 2023年第10期1157-1170,共14页
利用广东龙门、新丰和佛冈布设的二维视频雨滴谱仪(2D-video-disdrometer,2DVD)和HY-P1000激光雨滴谱仪观测资料,分析了相同地点和相同时间两类雨滴谱仪降水滴谱观测和降水反演精度的差异。根据收集的2018年和2019年的雨滴谱观测数据,... 利用广东龙门、新丰和佛冈布设的二维视频雨滴谱仪(2D-video-disdrometer,2DVD)和HY-P1000激光雨滴谱仪观测资料,分析了相同地点和相同时间两类雨滴谱仪降水滴谱观测和降水反演精度的差异。根据收集的2018年和2019年的雨滴谱观测数据,拟合了双偏振雷达定量降水估测基本关系式,并应用于S波段双偏振雷达(CINRAD/SAD)定量降水估测(quantitive precipitation estimation,QPE)优化组合方案中。结果表明:较HY-P1000雨滴谱仪而言,2DVD可观测到更多的1 mm以下的小粒子降水,但观测到的大于3.5 mm的雨滴数明显少于HY-P1000雨滴谱仪;对比由2DVD和HY-P1000观测数据计算得到的双偏振参数与CINRAD-SAD 0.5°仰角观测得到的双偏振参数,发现参数间均存在一定的差别,其中差分反射率因子差别相对较大;此外,利用2DVD观测数据可整体提升双偏振雷达QPE精度,对中雨及以下量级精度提升尤为明显。 展开更多
关键词 雨滴谱仪 双偏振雷达 定量降水估测(QPE)
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改进的精细分辨率雷达探测强对流效果评估
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作者 王睿 伍志方 +6 位作者 林青 张阿思 陈超 王明筠 孙召平 邢飞 侯中阳 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期323-336,共14页
简要介绍了改进精细分辨率雷达所涉及的提高空间分辨率和智能化、快速扫描等技术。利用改进后的雷达精细分辨率数据和原始分辨率数据,对不同强天气类型的探测效果进行了对比分析,结果表明:精细分辨率数据可获得比原始分辨率数据更大的... 简要介绍了改进精细分辨率雷达所涉及的提高空间分辨率和智能化、快速扫描等技术。利用改进后的雷达精细分辨率数据和原始分辨率数据,对不同强天气类型的探测效果进行了对比分析,结果表明:精细分辨率数据可获得比原始分辨率数据更大的相对径向速度,辐合辐散和速度极值也更明显;获取更为清晰的超级单体结构以及龙卷涡旋特征和龙卷碎片特征等,更早识别出对流单体和雷暴云团;采用精细分辨率数据进行定量降水估计的精度与原始分辨率数据相当或略有提升。改进后精细分辨率数据具有更高的空间分辨率(双偏振)雷达观测特征,在对中小尺度强对流回波监测和识别的实际业务中具有较明显优势。 展开更多
关键词 精细分辨率雷达 对流单体 中气旋 TVS QPE
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Statistical Characteristics of Raindrop Size Distribution in the South China Monsoon Region(Guangdong Province) 被引量:1
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作者 陈超 张阿思 +3 位作者 吴乃庚 刘显通 孙晓光 王洪 《Journal of Tropical Meteorology》 SCIE 2023年第1期55-67,共13页
While heavy rainfall frequently takes place in southern China during summer monsoon seasons,quantitative precipitation forecast skills are relatively poor.Therefore,detailed knowledge about the raindrop size distribut... While heavy rainfall frequently takes place in southern China during summer monsoon seasons,quantitative precipitation forecast skills are relatively poor.Therefore,detailed knowledge about the raindrop size distribution(DSD)is useful in improving the quantitative precipitation estimation and forecast.Based on the data during 2018-2022 from 86stations in a ground-based optical disdrometer measurement network,the characteristics of the DSD in Guangdong province are investigated in terms of the particle size distribution(N(D)),mass-weighted mean diameter(Dm) and other integral DSD parameters such as radar reflectivity(Z),rainfall rate(R) and liquid water content(LWC).In addition,the effects of geographical locations,weather systems(tropical cyclones,frontal systems and the summer monsoon) and precipitation types on DSD characteristics are also considered.The results are shown as follows.1) Convective precipitation has a broader N(D) and larger mean particle diameter than the stratiform precipitation,and the DSD observations in Guangdong are consistent with the three-parameter gamma distribution.The relationships between the Z and R for stratiform and convective precipitation are also derived for the province,i.e.,Z=332.34 R1.32and Z=366.26R1.42which is distinctly different from that of the Next-generation Weather Radar(NEXRAD) Z-R relationship in United States.2) In the rainy season(April-September),the Dm, R and LWC are larger than those in the dry season(OctoberMarch).Moreover the above parameters are larger,especially in mid-May,which is the onset of the South China Sea summer monsoon.3) The spatial analysis of DSD shows that the coastal station observations indicate a smaller Dmand a larger normalized intercept parameter(log10Nw),suggestive of maritime-like rainfall.Dmis larger and log10Nwis smaller in the inland area,suggestive of continental-like rainfall.4) Affected by such weather systems as the tropical cyclone,frontal system and summer monsoon,the DSD shows characteristics with distinct differences.Furthermore,frontal system rainfall tends to present a continental-like rainfall,tropical cyclone rainfall tends to have a maritime-like rainfall,and summer monsoon rainfall characteristic are between maritime-and continental-like cluster(raindrop concentration and diameter are higher than continental cluster and maritime cluster,respectively.) 展开更多
关键词 raindrop size distribution spectral parameters Z-R relationship weather types
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X波段双偏振相控阵雷达的衰减订正算法研究 被引量:10
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作者 肖柳斯 胡东明 +3 位作者 陈生 张华龙 田聪聪 张阿思 《气象》 CSCD 北大核心 2021年第6期703-716,共14页
粤港澳大湾区正在组建X波段双偏振相控阵雷达(XPAR)网,以提高观测精度并增强低空观测的能力。为了解决X波段雷达的雨滴衰减问题,以适应观测和组网的要求,引入自适应约束算法,针对降水目标造成的衰减加以本地化研究。评估结果表明,强降... 粤港澳大湾区正在组建X波段双偏振相控阵雷达(XPAR)网,以提高观测精度并增强低空观测的能力。为了解决X波段雷达的雨滴衰减问题,以适应观测和组网的要求,引入自适应约束算法,针对降水目标造成的衰减加以本地化研究。评估结果表明,强降水个例反射率因子的订正幅度达6 dB,差分反射率因子的负值也得到有效约束。经过质量控制后,相邻XPAR的空间和强度分布具有更高的一致性。与S波段雷达资料对比,订正前XPAR的强度偏弱,订正后增强至S波段雷达相当强度,局部更强,准确性明显提高。差分反射率因子也得到一定程度的订正,订正后与反射率因子的散点分布更集中,相关系数提高。由此可见,此算法较好地解决了X波段相控阵雷达的雨区衰减问题,为粤港澳大湾区X波段相控阵雷达网资料推广应用和产品开发提供前期数据质量保障。 展开更多
关键词 X波段 相控阵雷达 自适应约束算法 衰减订正
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Utilization of Specific Attenuation for Rainfall Estimation in Southern China
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作者 张阿思 黄朝盈 +3 位作者 陈生 ZHANG Peng-fei 胡东明 肖柳斯 《Journal of Tropical Meteorology》 SCIE 2021年第1期48-61,共14页
This study uses rain gauge observations to assess the performance of different radar estimators R(ZH),R(KDP)and R(A)in estimating precipitation based on the observations of an S-band polarimetric radar over southern C... This study uses rain gauge observations to assess the performance of different radar estimators R(ZH),R(KDP)and R(A)in estimating precipitation based on the observations of an S-band polarimetric radar over southern China during a typical convective storm and an extremely severe typhoon,i.e.,Typhoon Manghkut.These radar estimators were derived from observations of a local autonomous particle size and velocity(Parsivel)unit(APU)disdrometer.A key parameter,alpha(α),which is the ratio of specific attenuation A to specific differential phase KDP with three fixed values(α=0.015 dB deg^(-1),α=0.0185 dB deg^(-1)andα=0.03 dB deg^(-1))was examined to test the sensitivity of the R(A)rain retrievals.The results show that:(1)All radar estimators can capture the spatio-temporal patterns of two precipitation events,R(A)withα=0.0185 dB deg^(-1)is well correlated with gauge measurement via higher Pearson’s correlation coefficient(CC)of 0.87,lower relative bias(RB)of 16%,and lower root mean square error(RMSE)of 17.09 mm in the convective storm while it underestimates the typhoon event with RB of 35%;(2)R(A)withα=0.03 dB deg^(-1)shows the best statistical scores with the highest CC(0.92),lowest RB(7%)and RMSE(25.74 mm)corresponding to Typhoon Manghkut;(3)R(A)estimates are more efficient in mitigating the impact of partial beam blockage.The results indicate thatαis remarkably influenced by the variation of drop size distribution.Thus,more work is needed to establish an automated and optimizedαfor the R(A)relation during different rainfall events over different regions. 展开更多
关键词 QPE S-band dual polarization weather radar southern China
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GPM卫星降水产品在台风极端降水过程的误差评估 被引量:18
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作者 肖柳斯 张阿思 +1 位作者 闵超 陈生 《高原气象》 CSCD 北大核心 2019年第5期993-1003,共11页
以雨量站观测数据为基准,利用相关系数(CC)、相对偏差(RB)、均方根误差(RMSE)以及分级评分指标(探测率POD、误报率FAR、临界成功指数CSI),对全球降水计划GPM多卫星融合产品4.4版本准实时产品IMERG_ER(简称IMERG)在2017年接连登陆广东的... 以雨量站观测数据为基准,利用相关系数(CC)、相对偏差(RB)、均方根误差(RMSE)以及分级评分指标(探测率POD、误报率FAR、临界成功指数CSI),对全球降水计划GPM多卫星融合产品4.4版本准实时产品IMERG_ER(简称IMERG)在2017年接连登陆广东的3个台风"天鸽"、"帕卡"和"玛娃"极端降水过程性能进行评估。广东省内"天鸽"、"帕卡"和"玛娃"的CC分别为0.80,0.68和0.47,RB为-12.00%,-47.06%和-29.10%,RMSE达33.00,40.03和26.40 mm。雨区的CC分别为0.59,0.48和0.33,RB为2.21%,-43.58%和-25.94%,RMSE为44.34,51.04和40.64 mm。IMERG低估了"天鸽"、"帕卡"、"玛娃"的总体降水强度,主要源自于对雨区的低估。从散点分布来看,IMERG高估了强降水,低估了弱降水的强度,对极端强降水的估测能力存在较大的不稳定性。降水量时序变化特征表明,IMERG较好体现了降水峰值和谷值的数量及变化趋势,但时间和强度有偏差。误差来源于复杂地形、PMW观测时间分辨率不足和IR反演降水准确度不足对卫星估测降水的影响。分级检验结果显示,相同量级内,雨区的POD更大,FAR更小,CSI评分更高,IMERG对雨区的反演能力更强。IMERG对"天鸽"估测效果最好,POD较高,FAR较小,CSI较高;"帕卡"POD较低,暴雨及以上的FAR较高,CSI下降显著;"玛娃"POD比"帕卡"高,但FAR也高,CSI中等。可见IMERG对小量级降水具有较好的估测能力,强降水估测显著偏高,暴雨及以上的降水误差起了主要贡献。 展开更多
关键词 GPM IMERG 极端降水 台风 检验评估
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GPM卫星和地面雷达对江苏盐城龙卷风强降水估测的对比 被引量:7
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作者 黄朝盈 张阿思 +1 位作者 陈生 胡宝清 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2020年第2期370-380,共11页
为综合评估卫星和天气雷达在2016年6月23日盐城龙卷风期间的强降水过程的降水估测精度,以国家级雨量站观测数据为基准,结合相关系数(CC)、相对误差(RB)、均方根误差(RMSE)以及分级评分指标,利用S波段的天气雷达定量降雨估测产品(RQPE)... 为综合评估卫星和天气雷达在2016年6月23日盐城龙卷风期间的强降水过程的降水估测精度,以国家级雨量站观测数据为基准,结合相关系数(CC)、相对误差(RB)、均方根误差(RMSE)以及分级评分指标,利用S波段的天气雷达定量降雨估测产品(RQPE)和全球降水观测计划多卫星融合产品(IMERG_FRCal,IMERG_FRUncal,IMERG_ERCal)进行比较。结果表明,雷达和卫星的累积降水量与雨量站的空间相关性很强(相关系数大于0.9),基本上能捕捉到整个降水过程的空间分布。降水主要分布在江苏省北部,但卫星高估了江苏省东北部强降水中心的降水量;对于小时时序区域平均降水,卫星高估了降水,而雷达低估了累积降水量。综合降水中心区域分析,IMERG的强降水区域降水量与雨量站的时间序列的偏差显著;RQPE在降水峰值达到之前及峰值之后与地面雨量站的变化趋势基本一致,但对降雨量峰值有明显的偏低。RQPE能较为准确地在时间上捕捉到降雨强度的变化趋势,但对于大雨及暴雨的估测能力不佳;RQPE的POD、SCI值都远远高于IMERG, FAR也较小。IMERG几乎未能监测到强降水的发生。总体上,RQPE对此次龙卷风强降水量的估测表现优于3种IMERG产品,特别是在捕捉强降水区域的空间分布方面,但对于强降水的估测能力仍需进一步改善。 展开更多
关键词 盐城龙卷风 天气雷达 IMERG 定量降水估测 精度分析
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基于S波段双极化雷达的变分法的定量降水估计算法 被引量:3
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作者 刘陈帅 张阿思 陈生 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期422-432,共11页
基于比差分传播相移(K_(DP))的降水估计算法 R( K_(DP)) 相较于传统基于水平反射率因子 ( Z_(H)) 的算法R( Z_(H))的表现更优。在雷达实际运行中,由于随机误差和后向散射相位(backscattering phase)的影响,可能出现负的 K_(DP)。运用一... 基于比差分传播相移(K_(DP))的降水估计算法 R( K_(DP)) 相较于传统基于水平反射率因子 ( Z_(H)) 的算法R( Z_(H))的表现更优。在雷达实际运行中,由于随机误差和后向散射相位(backscattering phase)的影响,可能出现负的 K_(DP)。运用一种基于变分的雷达定量降水估计混合算法(V-RQPE)。该算法用变分拟合方法重构差分相位(Φ_(DP)),用一种新的稳健的边界条件求解方法,在消除随机误差的同时获得非负的 K_(DP),进而进行降水估计。随后我们使用 2017年 5月 7日广州 S波段雷达的回波数据和地面雨量站观测数据进行验证,同时使用了六种不同的算法进行对比,结果显示,在 1 小时累计降水估计中,V-RQPE 表现最好,在 24 小时累计降水估计中,V-RQPE 和基于变分拟合的 K_(DP)的降水估计算法(R-VKDP)表现最好,实验结果表明变分拟合方法对雷达降水估计能力有显著提升。 展开更多
关键词 变分拟合 雷达定量降水估计 比差分传播相移 边界条件
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基于KZ滤波法的韶关市O_(3)不同时间尺度变化特征分析研究 被引量:4
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作者 黎煜满 李磊 +5 位作者 谢洁岚 赵伟 张阿思 郑昱 汪海恒 范绍佳 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期128-139,共12页
利用2015—2019年韶关市3个地面环境空气质量站逐时臭氧(O_(3))观测资料、同期的气象资料和2017—2019年广东南岭站逐时O_(3)观测资料及同期气象资料,采用Kolmogorov-Zurbenko(KZ)滤波、多元回归和后向轨迹潜在来源贡献分析等统计方法,... 利用2015—2019年韶关市3个地面环境空气质量站逐时臭氧(O_(3))观测资料、同期的气象资料和2017—2019年广东南岭站逐时O_(3)观测资料及同期气象资料,采用Kolmogorov-Zurbenko(KZ)滤波、多元回归和后向轨迹潜在来源贡献分析等统计方法,分析了韶关市O_(3)浓度不同尺度变化特征与气象要素的关系.结果表明:(1)不同时间段气象因素对韶关市盆地区域O_(3)浓度变化的影响不同:2015年1月—2016年6月及2018年6月—2019年6月,气象因素有利于降低近地面O_(3)浓度;而2016年6月—2018年6月及2019年下半年,气象因素有利于增加地面O_(3)浓度.2018年6月前,气象因素影响导致近地面O_(3)浓度的增加或降低幅度范围在2μg·m^(-3);2018年6月后,气象因素影响造成地面O_(3)浓度的增加或降低幅度范围上升到4μg·m^(-3),说明韶关市O_(3)受气象因素影响存在增大趋势.(2)南岭山区O_(3)浓度长期维持100μg·m^(-3),气象因素对南岭山区的O_(3)浓度影响小,在西风和山谷风环流影响下,会对韶关市区盆地区域O_(3)长期变化趋势起调节作用.(3)O_(3)短期分量受太阳辐射因子影响较大.污染过程前两天,降水增多,经一天湿清除作用后,污染过程前一天,相对湿度降低,云量减少,日照时间加长,太阳辐射增多,温度上升,降水减少,风速下降等,有利于O_(3)的生成,并经一天O_(3)累积后超出污染阈值. 展开更多
关键词 臭氧(O_(3)) KZ滤波 气象调整 南岭 韶关市
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2015年干季佛山一次重空气污染过程形成机理研究 被引量:15
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作者 李浩文 张阿思 +4 位作者 步巧利 董国业 炎利军 祝薇 范绍佳 《环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第8期3044-3053,共10页
2015年12月21—23日,广东珠三角佛山地区出现了一次PM_(2.5)重污染过程.利用佛山地区顺德、禅城、三水3个站点风廓线雷达、激光雷达和微波辐射计观测资料,结合地面气象观测数据和污染物浓度数据,分析研究了这次重污染过程的形成机理.结... 2015年12月21—23日,广东珠三角佛山地区出现了一次PM_(2.5)重污染过程.利用佛山地区顺德、禅城、三水3个站点风廓线雷达、激光雷达和微波辐射计观测资料,结合地面气象观测数据和污染物浓度数据,分析研究了这次重污染过程的形成机理.结果表明:(1)形成这次污染过程的主要原因是近地层偏南风和偏北风对峙导致水平风速减小,大气水平输送能力变差;持续时间长且强度达到3℃·km^(-1)的强逆温抑制了污染物的垂直扩散;800 m以下超过90%的高相对湿度造成气溶胶粒子吸湿增长显著.(2)持续时间长且比较深厚的小风层是造成这次污染过程的直接原因,小风层厚度是预报空气质量变化的较好工具.与地面风速相比,PM_(2.5)浓度与小风层厚度的相关系数最多能提高0.36,且具有较长的预报时效.佛山地区小风层的风速阈值为3.8 m·s^(-1).(3)这次污染过程存在两种不同的污染形成机制,污染前期(21—23日中午)主要以本地污染物累积为主,污染后期(23日下午)下风向地区(三水)的污染主要是受上风向地区(顺德和禅城)的污染输送影响. 展开更多
关键词 边界层结构 小风层厚度 风廓线雷达 激光雷达 微波辐射计 佛山
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基于SRTM数据的广东新一代天气雷达覆盖研究 被引量:6
11
作者 李明凤 闵超 +4 位作者 张阿思 肖柳斯 黄朝盈 詹棠 陈生 《地球信息科学学报》 CSCD 北大核心 2018年第8期1201-1208,共8页
本文利用SRTM3高分辨率的数字高程模型(DEM)对广东省已建成的12部新一代天气雷达分别进行地形阻挡分析。结果表明,在低仰角(0.5°)的观测结果中,韶关、连州以及肇庆雷达受地形阻挡较严重,深圳、阳江、梅州和汕尾的雷达也有大面积阻... 本文利用SRTM3高分辨率的数字高程模型(DEM)对广东省已建成的12部新一代天气雷达分别进行地形阻挡分析。结果表明,在低仰角(0.5°)的观测结果中,韶关、连州以及肇庆雷达受地形阻挡较严重,深圳、阳江、梅州和汕尾的雷达也有大面积阻挡区域,其余雷达的覆盖效果均很好。随着扫描仰角的抬高,地形对雷达波束的阻挡有所减弱。从第4个仰角(3.4°)开始,所有雷达均无地形阻挡。在海拔5 km范围内12部雷达可以完全覆盖广东全省,大部分地区至少有4部雷达重叠。离地3 km和海拔3 km的雷达覆盖情况均显示,除广东省北部和西北部极少部分地区没有雷达覆盖外,大部分地区均有2部以上雷达覆盖,珠江三角洲入海口一带甚至有4~6部雷达重叠。在离地2 km范围内,广东省雷达组网能够有效覆盖广东省大部分区域。在离地1 km范围内,广东省北部和西北部雷达覆盖效果不太理想,存在较大的空白区。在离地高度2 km和海拔高度3 km以上,雷达组网基本可以覆盖广东全境,因此可以认为广东省雷达的总体布局较好。 展开更多
关键词 新一代天气雷达 数字高程模型 地形阻挡 雷达覆盖 扫描方式
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