Analysis on Radar Characteristics of a Short-time Heavy Rainfall Event in Wuchuan County

Using minute rainfall data of automatic ground station and a variety of products from new generation Doppler weather radar in Wuchuan, the characteristics of a short-time heavy precipitation process on April 23, 2022 were analyzed. The results showed that the appearance of differential reflectivity(ZDR) column and big-value zone of high-elevation ZDR had better indication on short-term heavy rainfall process in Shichao station. Ice phase process played a very important role in particle growth. The storm tracking information product can predict the path of the storm 15 min in advance. The storm stayed and moved less or even turned back to more than two to three scanning volumes in one place, indicating the occurrence of short-term heavy rainfall. One-hour accumulated precipitation(OHP) had a good effect on the estimation of continuous precipitation in a large area where the hourly rainfall exceeded 50 mm for more than two stations. It had the ability to estimate short-term heavy precipitation in areas lacking automatic stations.

光流法雷达外推产品在突发强降水预报中的应用

地形条件复杂的山丘区中小河流洪水突发性强、汇流时间短,高准确率和长时效性降水短时临近预报产品对提高突发洪水预报精度尤为关键。以2021年9月河南省鸭河口水库出现的千年一遇特大洪水为例,利用国家气象信息中心提供的三源融合格点实况降水资料,检验基于改进光流法的雷达外推降水预报产品在本次洪水过程中0~1 h和0~3 h降水预报的TS评分和预报偏差。结果表明:(1)改进光流法在0~1 h的逐小时降水预报上较为精准,累计雨量在50 mm以下时,TS评分在0.45~0.85之间;雨量在50~70 mm之间时,TS评分在0.35~0.70之间;雨量在70 mm以上时,TS评分在0.25~0.35之间。50 mm以上雨量有较高TS评分表现出改进光流法在极端强降水预报中的优势性。(2)改进光流法在0~3 h的降水预报上,累计雨量在50 mm以下时,TS评分在0.55~0.85之间;在50 mm以上时,TS评分在0.35~0.75之间。该降水预报产品不仅对极端性降水预报效果较好,且预报时效长达3 h,可为防洪调度提供更长的决策时间。(3)改进光流法在0~3 h的降水预报产品与融合实况格点降水相比,雨量在20 mm以下的预报结果比较接近,平均绝对误差在10 mm以内;雨量在20 mm以上时,随雨量增大,平均误差、平均绝对误差、均方根误差均逐渐增大。(4)改进光流法在0~3 h的降水预报产品对影响范围小、降水强度大、维持时间长、累计雨量大的极端强降水有较好的预报表现。研究成果可为洪水预报模型提供一种较为可靠的降水输入预报。

对“水利测雨雷达”的新质生产力研究

高精准降雨监测预报对于支撑水旱灾害防御等水利业务预报、预警、预演、预案“四预”工作至关重要。水利测雨雷达系统主要观测近地面2 km高度范围内大气中的液态水,能够实现无缝隙、精细化监测并生成高精度实况定量降雨产品,具有较为精准的外推1~3 h降雨临近预报能力,是水利新质生产力的典型代表。系统梳理了我国降雨监测发展历程,包括无器具测量、雨量器萌芽、标准化人工雨量器、自动记录式雨量器和现代自动测雨五个阶段。在此基础上,从雨量站业务应用、天气雷达业务应用、气象卫星业务应用角度,分析当前“四预”业务中降雨监测现状与问题,进而梳理了水利测雨雷达发展进程并分析其技术优势,包括:能够实时生成超精细化的网格降雨实况数据,能够实现精细化网格化降雨预报,以及系统运行稳定高效。结合水利测雨雷达在河北省大清河流域以及湖南省捞刀河、浏阳河流域的良好应用成效,指出其作为水利新质生产力在赋能“四预”方面具有应用前景。

基于风廓线雷达产品的冰雹过程分析

利用贵州省威宁县气象局的风廓线雷达基础数据及其二次开发产品、雨量站和MICAPS的实况数据,对2019年6月11日发生在威宁本站的一次冰雹大风天气过程进行综合分析。结果表明:水平廓线产品可反映出冷暖平流的时空变化及垂直分布,更早探测冷空气入侵、风场切变情况及低空急流强度;大气折射率结构常数和垂直速度可以指示降水的发生、持续时间及降水强度情况;强降水发生前有较强风垂直切变,降水过程中风垂直切变值整体大于0.2 s^(-1),风垂直切变的增强会引起垂直速度和地面大风的增大;若以大于15 dBZ和小于10 dBZ为降水的起止标志,风廓线雷达反射率因子较其他产品可以更清晰地指示降水的开始和结束。

2023年6月1日辽宁省多龙卷风灾害调查及特征分析

选用现场灾害调查、视频资料、正射影像图和卫星图像等资料,分析2023年6月1日辽宁省阜新市、法库县、康平县、开原市发生的多龙卷风的强度、路径长度、外观特征及演变过程。结果表明:阜新市龙卷风为中等龙卷(EF1),路径约3 km,其漏斗云颜色变化反映了下垫面变化和龙卷风的演变过程;法库县出现双龙卷风,均为弱龙卷(EF0),路径长度分别为0.8 km和0.6 km;康平县龙卷风为弱龙卷(EF0),路径长度约1.0 km;开原市龙卷风为强龙卷(EF2),路径长度约11.0 km,卫星和正射影像图均有明显的龙卷灾害痕迹,并观测到近似圆形的摆线。此次辽宁省多龙卷风发生的雷达龙卷风产品仅对开原龙卷风报警,其他龙卷风无明显雷达特征。

标准格式天气雷达PUP产品可视化应用系统研究与实现

为充分发挥标准格式雷达PUP产品的业务应用能力,设计并研发了天气雷达标准格式PUP产品可视化应用系统。研究设计了系统的总体架构,标准格式雷达PUP产品收集、解码、加工、共享应用方案,针对标准格式雷达PUP产品数据量大的特点,提出一种改进的RLE压缩算法和一种优化的雷达图像绘制方法,有效提升产品图像展示效率,实现标准格式雷达PUP产品高效可视化应用。基于B/S架构,采用SpringMVC框架、HTML5、CSS、WebGIS等成熟技术对系统功能进行了实现,面向全省用户提供了丰富的雷达PUP产品同GIS数据叠加展示和共享应用,同时提供地面观测数据、闪电数据同雷达PUP产品分层叠加应用,投入使用后得到气象业务用户的好评,有效提升对强对流天气预报预测和灾害性天气的预警能力。该系统在全国范围内较早实现了标准格式雷达PUP产品在气象部门的业务应用,对其他各省对标准格式雷达PUP产品可视化应用有较好参考作用,具有广泛的推广应用价值。

新一代天气雷达PUP产品共享应用系统设计与实现

针对四川省气象预测预报业务对雷达PUP产品的需求,基于气象大数据云平台“天擎·四川”系统和气象数据统一服务接口(MUSIC)设计并实现了新一代天气雷达PUP产品共享应用系统。研究设计了四川省在内西南区域的新一代天气雷达PUP产品原始数据的实时收集、解码分析、加工处理,把雷达PUP产品同国家基础地理信息数据进行实时叠加显示方案,最终基于WebGIS技术实现雷达PUP产品在Web页面上的共享应用,为精细化天气预报、人工影响天气、专业气象服务等气象业务提供更准确、直观的雷达单站和拼图的展示。

鹰潭一次雷暴大风“天衍”雷达产品特征分析

文章利用MICAPS天气图资料、地面自动气象站资料和“天衍”雷达拼图等资料,采用天气图、统计方法、回波图像、回波廓线等分析方法,对2024-03-25鹰潭雷暴大风天气过程进行分析。结果表明:“3.25”鹰潭雷暴大风天气过程是由500 hPa高空槽、850 hPa切变线、850hPa急流及地面冷锋共同作用造成的;强对流回波在地面冷锋东移南压的过程中被触发,并沿着地面冷锋的移动方向移动;飑线形强对流回波造成鹰潭出现大片雷暴大风,由于回波移动较快,影响时间短,此次过程未造成鹰潭出现强降水。这次过程提示在预警预报中要时刻紧盯上游实况及对流回波移向,为雷暴大风天气的预报预警增加提前量。

一种红外反射式倒车极速声光报警电路研究

为确保汽车倒车安全,在车内搭载一种声光报警装置,以便在车辆倒车时根据实际环境给出安全提示。文章设计一种红外反射式倒车极速声光报警电路,该电路由红外发射、红外接收、信号处理、比较输出及报警指示等构成。其中军用级SE555组成振荡器实现红外信号发射,工业级LM224运放组成放大及比较电路,实现声光报警功能。测试结果表明,电路性能稳定、可靠性高、反应灵敏,能实现极速报警。

S波段双偏振天气雷达降水产品评估与分析

为了发挥双偏振天气雷达中一小时降水产品对下一时次降水预报的指导性作用,文章匹配分析山东省2020年94次降水过程的2091个整点时次的一小时降水产品与自动气象站一小时降水量,以自动气象站降水量为真值,发现一小时降水产品存在较明显的误差。一小时降水产品远距离的小雨估测准确性较低,对近距离局地强对流降水估测准确性较差,存在明显的空报现象。造成误差的因素主要有高空风速及风向使降水落区具有不确定性、降水估测算法没有经过本地化处理以及晴空回波与弱降水回波非常相似。因此,降水估测产品的准确性需要进一步改善和提升。

CINRAD/SA中气旋产品与强对流天气

分析了济南新一代天气雷达 2 0 0 2年观测到的 1 4次中气旋产品和滨州新一代天气雷达 2 0 0 1年 1次风暴过程的中气旋产品。产生这些中气旋的风暴中有一次超级单体风暴和一次小型超级单体风暴 ,中气旋在这两次风暴中都维持了较长的时间 ,风暴产生了冰雹和雷雨大风天气。其余几次中气旋维持时间很短 ,产生这些中气旋的风暴不一定产生冰雹等强天气 ,预报时可在中气旋强度的基础上 ,结合环境条件和雷达的其它产品分析判断。

一次局地短时大暴雨中-γ尺度分析

利用多普勒天气雷达和地面降水资料,应用四维变分风场反演方法,对2008年8月14日发生在石家庄城区西北部的局地短时大暴雨进行了深入分析,结果表明:(1)短时暴雨发生时,一般会出现反射率因子超过60 dBz的回波,而且径向速度图上会产生明显的辐合区。(2)依据回波顶高和垂直累积液态含水量产品能够提前18 min预报短时暴雨的发生。(3)四维变分风场反演产品能够清晰地展现短时暴雨发生前后低层的风场结构:首先在3 km以下有气旋性涡旋生成,再由涡旋前部的西南气流激发产生强对流回波,之后涡旋移动;但强回波附近始终存在风向的辐合,致使回波稳定维持,造成当地短时强暴雨。风场反演揭示的中-γ涡旋和风场辐合等小尺度系统,对短时强降水的落区及生消预报有较大的作用,跟踪风场的发展演变可以进一步认清局地短时暴雨发生的机理。

山东省新一代天气雷达组网业务应用

为挖掘雷达应用潜力、充分发挥雷达的整体建设效益,山东省气象局进行了雷达产品的实时拼图和实时远程调用研发工作。通过宽带网实时收集、存贮雷达产品,增置省级雷达产品服务器、建立辅PUP,实现了山东全省5部新一代天气雷达及邻省周边雷达每6分钟一次实时拼图产品和雷达产品远程调用。对于省级气象台所关注的范围,拼图产品能有效地监测预警辖区内各种尺度天气系统的移动和演变;对于局地性强的中小尺度对流天气,雷达产品远程调用能实现CINRAD/SA雷达PUP上的重定中心、局部放大、动画显示、光标联接、地图和产品叠加等功能,对于远距离下级台站的精细预报的指导是十分有用并且可行的。从国家信息中心获取周边邻近雷达的产品信息,对于及时了解上游及周边天气情况非常有用。

两次致灾雷电天气过程对比分析

为了不断提高雷电预报预警业务水平,对2007年6月24—25日和7月10—11日两次致灾雷电天气过程,分别从闪电定位资料、环流背景、环境场的热力和动力特征、不稳定度以及多普勒雷达回波特征等方面进行了对比分析。分析结果表明:两次过程闪电密度分别为0.613个·km-2和0.085个·km-2,密度比7.2/1;雷击死亡人数与闪电密度密切相关。相似的环流背景是副高快速东退南落,且有短波槽携带的弱冷空气沿副高西北侧东移。在雷暴发生前,两者影响系统和位置非常相似,前者为弱下沉和弱上升运动,有利于不稳定能量的积累,后者上升运动较明显。热力特征主要表现为:中层为负变温;湿度呈下湿上干的"喇叭口"分布;CAPE、K指数、SI等不稳定度指数均达到了产生雷电的阈值,但前者中层冷空气更强、低层湿度更大或近地面有逆温、更不稳定。前次雷电过程组合反射率CR、回波顶高ET、垂直积分液态水VIL明显大于后一次雷电过程,且前者长时间维持在极高值。地面中尺度辐合系统活动区域是雷电的频发区,在时间上也早于强雷电发展时间。

宁夏一次突发性暴雨中小尺度系统分析

从天气事实出发,利用常规气象资料、多普勒雷达探测资料,对2004年8月3日上午发生在宁夏中宁县、吴忠市、红寺堡开发区等地的突发暴雨天气过程进行了深入分析,对此次突发性暴雨发生前后气象要素变化、环流背景、影响系统、大气层结稳定度及中小尺度系统发生发展特征等进行了分析与探讨.结果表明,这次突发性暴雨具有明显的中小尺度系统特征,主要影响系统为河西两高之间的横切变及低涡;较为深厚的中低层辐合为暖湿不稳定能量的贮存和短时强降水的产生与维持提供了有利的动力条件.在气象预报中有效地应用反射率因子、径向速度、风廓线、垂直液态含水量等多普勒雷达产品资料,有助于揭示中小尺度天气系统结构及演变趋势.

西北干旱区一次阵风锋天气过程分析

利用银川新一代天气雷达观测资料和自动站实况资料,结合本地化非静力平衡中尺度数值预报MM5模式产品,对2004年6月7日银川地区一次区域大风天气过程进行了雷达气象学和中小尺度天气学背景分析。结果表明:这次突发短时大风天气由雷暴强烈下沉气流形成阵风锋引发。阵风锋导致风速增加、气温下降、相对湿度上升。阵风锋在对流云团减弱后仍向前推进,并继续维持30 min左右。阵风锋的长度超过40 km,宽3 km,主体顶高达1 500 m。当时空气层结不稳定,有利于对流运动发展。500 hPa冷空气因重力原因下泻,并与对流垂直环流的下沉气流相结合,是导致强烈下沉气流的根本原因。阵风锋东移过程中,冷气流受下垫面加热作用增暖变性,受地表磨擦而丧失动量;到达贺兰山麓后,环境大气温度随地形升高而下降,阵风锋前后的气温达到平衡而消失。宁夏本地化非静力平衡中尺度数值预报模式对此次阵风锋过程具有较好的模拟能力。

基于LightGBM算法的强对流天气分类识别研究

强对流天气将导致多种灾害性天气,但由于其突发性强且尺度较小,在气象业务工作中仍难以准确地预警和预报。本文基于LightGBM(Light Gradient Boosting Machine)算法,利用甘肃三个地区的C波段雷达回波产品以及地面观测数据,构建了LightGBM模型,并分类判识了三类主要的强对流天气[冰雹、雷暴大风、短时强降水(短强)]。结果表明,在2011-2017年训练集中,LightGBM模型表现较好,整体误判率仅为4.9%。在2018年的独立样本测试中,模型对三类强对流和非强对流天气的整体误判率为7.0%,对三类强对流天气的平均命中率(Probability of Detection,POD)为86.4%,平均临界成功指数(Critical Success Index,CSI)为64.3%,平均空报比率(False Alarm Ratio,FAR)为29.0%。其中,短强的误判率最低,POD和CSI最高,FAR也最小,而雷暴大风和冰雹的误判率和评分比较接近。因此,本文构建的LightGBM模型对强对流天气的分类识别较为理想,首次对三类主要的强对流天气实现了自动化预警,在未来的气象业务自动化工作中有广阔的应用前景。

石河子地区三次冰雹天气过程的综合分析

选取春季发生在新疆石河子地区沙漠边缘的3次冰雹天气过程,应用常规观测资料并结合雷达回波资料,从天气形势、物理量场和雷达回波演变特征等几方面进行了综合分析。结果表明:3次降雹过程都发生在典型的高空槽型的冰雹环流背景形势下,较好的对流不稳定条件、水汽条件和较强的垂直风切变促使冰雹等强对流天气过程发生发展。多普勒雷达能很好地监测中尺度天气系统的发展演变过程,回波强度和回波顶高度的变化、速度对和逆风区的出现、垂直累积液态含水量(VIL)增加以及风暴跟踪信息(STI)预警等都对冰雹天气的出现具有指示意义,对今后的防雹减灾工作有较好的应用价值。

台风海棠远距离暴雨中尺度系统特征

利用常规探空、加密地面资料、卫星云图和新一代天气雷达产品资料,对2005年7月22日台风海棠倒槽形成的大暴雨天气进行诊断分析。结果表明:(1)台风北伸倒槽与西风带弱冷空气结合造成了这次大暴雨过程,是典型的中低纬系统相互作用过程。(2)倒槽东侧东南低空急流从低纬海上为大暴雨区输送了丰富的热量和水汽,同时,在它的左前方成为强中尺度对流系统发生的源地。(3)高层反气旋的增强,加强了高空的抽气效应,使辐合上升加强,暴雨增幅。(4)卫星云图上,团状的、密实的强中β尺度对流系统的形成和维持是造成短时强暴雨的直接原因。(5)多普勒雷达反射率因子场上,多条中尺度回波带的汇合使回波增强,暴雨增幅。(6)暴雨发生期间,多普勒雷达径向速度场表现明显的水平风场的非均匀性,表现为中低层大范围强辐合风场;风向的垂直方向不连续性,主要表现在风的垂直切变大,风的垂直切变可以为对流云的发展提供动能,有利于大雷暴云的发展和暴雨的形成;逆风区多次出现在风速较大的入流区中并做气旋性旋转北上与正速度区合并,逆风区附近及所经途中出现强回波,暴雨增幅。

冰雹天气过程的综合分析

选取发生在邯郸辖区内的5次冰雹天气过程,应用常规观测资料并结合雷达回波资料,从天气形势、物理量场和雷达回波演变特征等几方面进行了综合分析。结果表明:冰雹天气出现在对流性不稳定层结条件下,中高层干冷低层暖湿,地面有中尺度辐合切变线配合,0℃层、-20℃层和强垂直风切变的高度适宜。多普勒雷达能很好地监测中尺度天气系统的发展演变过程,回波强度和回波顶高度的变化、速度对和逆风区的出现、1 h降水累积值和垂直积分液态水含量的急剧增加等都对冰雹的出现具有指示意义。