基于ROSE2.0的普洱地区CINRAD/CC雷达冰雹探测算法评估及参数本地化

为提高冰雹探测算法(Hail Detection Algorithm, HDA)产品的可用性,针对2015—2020年普洱地区监测到的22次冰雹个例,利用新一代雷达业务应用软件ROSE2.0对相关雷达基数据进行回放及产品分析,以命中率、虚警率、临界成功指数为指标对HDA算法在普洱地区的识别效果进行评估并给出本地化参数配置方案。结果表明:HDA算法在普洱地区命中率接近100%,但虚警现象非常普遍,使用强冰雹概率(Probability of Severe Hail, POSH)的预警效果优于任意大小冰雹概率(Probability of Hail, POH),且冰雹尺寸越大POSH虚警的概率越低。进一步使用模拟测评法对POSH算法的适配参数进行分析,发现正确输入降雹日当天的0℃层和-20℃层高度能有效减少POSH的虚警率及提高临界成功指数;同时使算法预测的最大冰雹直径普遍偏大的情况得到控制,其中,中小冰雹直径偏离百分比减小76.07%,改善效果显著高于大冰雹。此外,增大反射率因子及POSH阈值能有效控制虚警,但也导致漏报次数快速增加,当阈值太大时命中率明显降低,为了保证较高的命中率和临界成功指数,选择Z=50 dBz或POSH=70%为阈值能明显改善HDA算法的识别效果。

基于SWAN的冰雹探测算法研究

为了提高冰雹短时临近预报的准确性,首先介绍了WSR-88D冰雹算法原理,提出了在SWAN中使用垂直高度阈值进行改造的方法,通过和PUP产品数据进行对比,验证了算法的正确性。其次,针对业务中出现的冰雹尺寸计算值过大问题,通过与有冰雹尺寸记录的实例进行比较,使用最佳的幂函数拟合进行了修正。最后,对业务中常见的由超折射引起的虚警进行了分析。结果表明,设定风暴中心附近的反射率垂直梯度阈值>3,可以消除大部分的超折射。对于由冰雹产生的阈值<3的风暴,继续使用二维风暴个数>7的阈值进行识别,可以减少误判率,取得较理想的效果。

CINRAD/SA雷达冰雹探测算法效果检验及参数本地化

2004年CINRAD／SA雷达新的冰雹探测算法（HDA）代替了原来的算法，新的冰雹探测算法（HDA）估测任意尺寸的冰雹概率（POH）、直径大于等于19mm的强冰雹概率（POSH）和最大冰雹直径预测（MEHS）。结合济南雷达探测资料对冰雹探测算法预测效果进行了检验，虽然有较高的探测准确率，但同时错误率较高，临界成功率较低，最大冰雹尺寸预测值与实况的平均差值约为14．6mm。对2002～2005年济南雷达站的历史资料进行了统计分析，降雹单体和非降雹单体在最大反射率因子上存在较大差异，5、6、7月的降雹单体最大反射率因子平均值分别为59．7、61．8、63．9dBz，非降雹单体最大反射率因子平均值分别为53．8、54．9、55．6dBz。依据统计数据，对冰雹探测算法中的反射率因子等门限值调整为53dBz后，冰雹预测仍具有较高的探测准确率，错误率和临界成功率得到了明显改善；对最大冰雹尺寸预测中的算法因子门限值调整后，预测值与实况有较好的对应关系。

WSR-88D冰雹探测算法在贵州地区的评估检验

通过制定一定的规则,使用贵州504个防雹炮点的冰雹观测资料及2005,2006年贵阳雷达站8次冰雹过程观测资料,使用时间窗方法间接地将风暴单体与降雹记录相联系,建立了冰雹算法校验数据库,并对降雹校验数据库的数据进行统计分析,应用探测概率、虚警率、临界成功指数来检验冰雹探测算法。强冰雹概率(POSH)的强冰雹探测算法的总体评估结果表明:当POSH算法的强冰雹预警阈值为30%时,在贵州地区获得最高的临界成功指数评分,但这个阈值在每次强冰雹预警时并不是都获得最佳结果。强冰雹预警阈值选择模式(WTSM,即根据冻结层高度动态选择每天强冰雹指数的预警阈值)在不同地区气候状况下的差异,是导致缺省的POSH算法在贵州地区应用不佳的最主要原因,这也说明对冰雹探测算法的局地性适用评估非常必要。通过对WTSM的调整,改进了原来的POSH算法。

多普勒雷达探测冰雹的算法发展与业务应用讨论

目前我国CINRAD WSR-98D SA/SB及部分C波段多普勒雷达内置的算法参数是美国WSR-88D的缺省算法参数,我国业务人员发现由冰雹探测算法得到的冰雹指数产品在实际业务应用中存在过高预报冰雹尤其是强雹发生概率及冰雹尺寸偏大问题。针对此认识,本文首先从算法演变过程说明目前WSR-98D算法中强雹发生概率及冰雹尺寸的缺省参数来自于美国1992年俄克拉荷马和弗罗里达的10个强雹个例资料集。基于此强雹数据集得到的算法参数本身就高估了强雹概率及冰雹尺寸,即过高预报强雹概率是由算法本身局限性所造成;在不改变当前冰雹探测算法参数设置的情况下,结合前期的冰雹算法,业务上可以使用其他一些环境参数及多普勒雷达探测特征作为强雹预报的辅助判据,如VIL、VIL密度、TBSS等;根据强雹形成物理过程,提出在不失一般性的假设下,-20℃层CAPPI产品上55 dBz范围超过100 km^2可以作为快速判断单体降强雹的补充闾值使用。

云南多普勒天气雷达网探测冰雹的覆盖能力

冰雹是常见的天气现象之一,天气雷达是探测冰雹的一种强有力工具。多普勒天气雷达网除体扫模式的局限外,复杂的山地地形对雷达波束造成的遮挡,对于雷达探测冰雹天气现象的不利影响非常大。针对雹云回波的垂直结构特征,考虑0℃、-20℃层高度和回波强中心高度几个关键参数,分析雷达探测雹云的区域覆盖能力。以位于低纬度高原的云南省C波段多普勒天气雷达网为对象,分析其探测雹云的覆盖情况,并按探测效果进行了区域分型。与实际降雹天气的对比表明,该评估方法衡量雹云探测范围较合理;云南多普勒天气雷达网雹云适合探测区约占全省面积的75%,约2%的面积部分遮挡,0.2%被完全遮挡,遮挡比较严重的区域主要位于昭通东北部和临沧东北部。云南省规划的9部雷达全部业务化运行后,理论上90%的地面降雹区能被雷达有效监测和识别,约有3%的地面冰雹区只有当雹云发展到8 km以上才能被识别,约6%只能探测8 km高度以下的回波,可能导致漏判、误判,约8.5%面积为冰雹识别的盲区。

基于多雷达三维插值格点强冰雹诊断因子的强冰雹识别方法

为解决单部雷达强冰雹识别产品在雷达的探测范围、雷达的静锥区以及与基于格点的近风暴环境因子的融合上存在局限性的问题,本文建立了雷达反射率因子的三维局部空间插值及多部雷达拼图方法;类似于SCIT算法的风暴单体的VIL及SHI等冰雹识别参数的计算,基于多部雷达三维插值拼图数据集,实现了格点VIL、SHI、POH和POSH等算法,建立了基于三维格点的多部雷达强冰雹识别参数因子、风暴数值模拟的近风暴环境因子(0°层及-20°层高度)为识别参数的冰雹识别算法。为确定适合于贵州地区的冰雹识别阈值,使用贵州504个防雹炮点的冰雹观测资料及贵州2005年和2006年8次贵阳、遵义雷达站冰雹个例观测资料,建立了冰雹算法校验数据库;通过对降雹校验数据库的统计分析,建立了适于贵州地区VOD与冻结层高度统计关系式,确立了VIL密度产品的强冰雹判别阈值,并通过对WTSM的调整,改进了原来的POSH算法,在贵州西北部到中部一线的一次强冰雹过程中对强降雹区的识别效果较好。

哈尔滨强冰雹雷达回波特征

利用哈尔滨新一代天气雷达CINRAD／CC回波资料，对2003年6月18日发生在哈尔滨阿城市、五常县一次强对流天气的冰雹云雷达回波特征进行分析。采用强度场CAPPI资料作VCS和强度场与速度场作对比分析、在RHI径向速度场上对垂直风场的宏观推断等方法分析。发现虚假回波的出现与冰雹云相关，将虚假回波中的旁瓣回波在PPI上体现为“尖端回波”，在RHI上体现为“尖顶回波”和“三体散射”回波，可作为识别冰雹云的判据；另外可根据RHI径向速度场变化宏观推断垂直风切变。得到使用新一代天气雷达探测强冰雹云和识别虚假回波的方法，对0～2小时的冰雹临近预报有指导意义。

双线偏振雷达在一次强降雹过程中的初步应用

利用北京首都国际机场C波段双线偏振多普勒天气雷达和NECP再分析资料,分析了北京地区2008年6月23日降雹天气过程背景及双线偏振多普勒雷达产品的演变特征。通过对雷达差分反射率因子ZDR、单位差分传播相移KDP、相关系数ρHV等偏振参数的具体分析,总结出偏振雷达观测冰雹云的一些特征:雷达强度图中出现较强回波且高度较高,ZDR趋于零,ρHV、KDP比其周围数值忽然减小。此外,还分析了KDP、ρHV在辨别虚假回波和判断回波发展中的作用。上述研究对于提高双线偏振天气雷达在强对流灾害天气监测预警、防雹减灾以及航空安全等方面应用具有一定参考意义。

青藏高原东北部HDA算法检验评估及参数本地化

利用2006—2011年CINRAD/CD雷达在青藏高原东北部(以下简称高原)探测到的110次强对流风暴过程,运用WSR-88D冰雹探测算法(HDA)计算强冰雹指数(SHI)和最大预期冰雹直径(MEHS)并进行探测效果检验。提出对HDA原默认参数进行本地化并给出本地化方案,明显地改善了探测效果,正确率由85%提高到89%,虚警率由41%降低到21%,临界成功指数由53%升高到75%,MEHS大于观测尺寸的百分比由74%降到33%。结果对CINRAD/CD雷达探测冰雹有重要参考价值。