雷达VAD风廓线资料质量控制研究

多普勒天气雷达VAD(Velocity Azimuth Display)风廓线资料可以提供高时间分辨率的高空风场信息。本文针对中国雷达VAD风廓线资料,设计发展了面向资料同化应用的NMIC(国家气象信息中心)质量控制方案,该方案改进了NCEP(国家环境预报中心)方案中存在的问题。利用2020年2—8月的L波段秒级探空风场资料,分别对比质量控制前、经过NCEP质量控制方案、以及经过NMIC质量控制方案的VAD风廓线资料,统计分析结果表明经过NMIC质量控制方案的VAD风廓线资料最接近观测,准确度最高,并且在各个高度上其偏差和均方根误差最小,充分说明了NMIC质量控制方案的有效性。相对背景场偏差分析表明,经过NMIC质量控制方案的VAD资料偏差和均方根误差最小,与背景场的偏差更接近高斯分布,更能满足资料同化的要求。本文的研究有助于推进VAD风廓线资料在数值预报科研和业务中的应用。

非线性VAD反演低层风廓线拟合阶数优化方法

结合理论和SoWMEX试验(西南气流试验,Southwest Monsoon Experiment)的连续多普勒天气雷达观测资料和广东省阳江雷达资料,对非线性速度方位显示(非线性VAD)方法反演低层低于2 km垂直风廓线精度和能力进行定量分析。结果表明:非线性VAD基本能反演出低层风廓线在空间和时间上的演变。但当雷达径向速度数据在方位存在较大的连续性缺测、体积扫描仰角较少时,因传统非线性VAD采用的速度方位显示(VAD)方法拟合阶数和垂直拟合阶数过高,反演的低层风廓线会存在较大误差,造成不合理高风速区和风廓线不连续。通过实际观测资料统计分析反演参数对非线性VAD的影响,提出基于连续性数据缺测间隔和不同仰角的多少的VAD和垂直拟合阶数动态调整方法。同锋面降水和台风降水两典型个例的实际探空比对显示,调整后的非线性VAD显著改进低层风廓线反演精度,反演的风廓线结构和变化与实况相符,反演平均误差小于2 m·s^(-1)。

登陆台风边界层风廓线特征的地基雷达观测

为了分析登陆台风边界层风廓线特征,利用2004—2013年中国东南沿海新一代多普勒天气雷达收集的17个登陆台风资料,采用飓风速度体积分析方法,反演登陆台风的边界层风场结构特征。与探空观测对比表明,利用雷达径向风场可以准确地反演登陆台风的边界层风场结构,其风速误差小于2 m/s,风向误差小于5°。所有登陆台风合成的边界层风廓线显示,在近地层(100 m)以上,边界层风廓线存在类似急流的最大切向风,其高度均在1 km以上,显著高于大西洋观测到的飓风边界层急流高度(低于1 km)。陆地边界层内低层入流强度也明显大于过去海上观测,这主要是由陆地上摩擦增大引起。越靠近台风中心,边界层风廓线离散度越大,其中,径向风廓线比全风速以及切向风廓线离散度更大。将风廓线相对台风移动方向分为4个象限,分析边界层风廓线非对称特征显示,台风移动前侧入流层明显高于移动后侧。最大切向风位于台风移动左后侧,而台风右后侧没有显著的急流特征,与过去理想模拟的海陆差异导致的台风非对称分布特征一致。

OIQC技术在雷达反演VAD廓线资料退模糊中的应用研究

多普勒天气雷达在强风速天气条件下经常出现的速度模糊误差,严重限制了风场信息的广泛应用,如反演VAD廓线等。本文将最优插值客观分析质量控制技术(OIQC),应用于雷达反演VAD廓线资料中速度模糊的质量控制。对用于反演VAD风廓线的那些格点圈层上的资料,以简化的多变量统计插值技术(Cressman插值),为被检查的资料提供一个对比分析的参考值,从而确定折叠次数,修正模糊速度。根据多普勒雷达径向速度资料的特点,水平方向采用非各向同性的单变量背景场误差协方差函数,垂直方向协方差函数取为高斯型。修正模糊速度后运用VAD技术得到水平风的垂直廓线。对强龙卷天气过程的数值试验结果表明,OIQC技术应用于雷达资料质量控制,无需引入外界风场,有能力修正模糊速度。结合VAD方法,可以从存在严重折叠的雷达资料中反演出较为准确的风廓线。

南京地区一次短时强降水风廓线雷达资料特征分析

利用边界层风廓线雷达探测的三个基本数据产品(垂直速度、大气折射率结构常数和速度谱宽)对2006年8月1日发生在江苏南京的一次短时强降水过程进行分析。结果表明:当垂直速度明显增大(从无降水时小于1m/s到降水临近前大于4m/s)、折射率结构常数(lg C2n)大于—11时,预示着降水的发生;且降水过程中,垂直速度、速度谱宽与降水量的变化趋势较一致,能够在一定程度上反映降水强度的变化。

边界层风廓线雷达资料在浙中强对流天气中的应用

利用义乌CFL-03边界层风廓线雷达资料,对浙中地区15次强对流天气过程进行了分析。结果表明:(1)水平风不仅能提前于天气图数小时获知冷空气入侵,预判强对流的发生,而且通过对低空西南急流尤其是超低空西南急流或偏南急流的研究发现,其对短时暴雨或降雹能提供非常有利的信息,同时任何风向的超低空急流都可以作为判断雷雨大风的依据;(2)垂直速度和大气折射率结构常数(CN^(2))的大小能较好地反映降水开始和结束,而降水发生时,功率谱密度表现为正径向速度,谱宽变宽,且各信号形状较为相似;(3)当径向速度图出现速度模糊现象,尤其是在低层时,地面对应有大风。风廓线雷达资料对强对流天气的发生发展有较可靠的指示意义。结合多普勒雷达资料,可有效加强本地短临预报能力。

多普勒雷达低空大风轴线自动识别方法的探讨

运用Matlab软件模拟低空大风区的径向速度,提取速度场的结构特征,再根据这些特征研究低空大风轴线自动识别方法,并完成相应的探测识别模块的工程设计。对2003年7月10日安徽省一次伴随低空急流的强降水的多普勒天气雷达资料进行自动识别试验,并与经验判断结果进行对比分析,结果表明该模块有较好的识别能力,可以直观地得到低空大风轴线的位置。

一次对流系统引起奥帆赛场风速突然减小的多普勒雷达特征

根据青岛黄岛新一代天气雷达和浮标站等观测资料,对2006年8月青岛国际帆船赛期间一次赛场风速突然减小的多普勒雷达特征进行了分析,以探讨雷达产品对地面风变化的指示意义。结果发现,对流系统周围的环境风场存在较强的风垂直切变,在对流系统移动和发展过程中,风切变层的高度发生了变化。当赛场附近近地面风切变层高度降低、切变层风速减小时,赛场附近风速也减小;切变层升高后,赛场附近的风速又重新增大,表明近地面风切变层的高度和切变层风速的大小对地面风速有影响。新一代天气雷达VAD风廓线产品可以较好地反映出雷达站附近风切变层以及风速的垂直变化,对地面风速的变化有指示意义。

铜仁一次暴雪过程多普勒天气雷达回波分析

针对2022年1月30~31日贵州铜仁暴雪天气过程,通过使用ERA5再分析数据、micaps地面填图数据、铜仁多普勒天气雷达数据等资料,分析此次过程中天气形势及雷达回波强度、径向速度、雷达垂直风廓线等产品的变化情况。结果表明:1) 本次暴雪过程受冷空气、500 hPa高空槽前西南气流、700 hPa急流及850 hPa偏东风和倒槽的共同影响;大气整层低于0℃、中层较强西南暖湿气流在强冷垫上爬升导致铜仁出现暴雪。2) 降雪过程中,最大反射率因子与小时降雪量有正相关关系,在降雪回波达到30~35 dBZ时降水量较大。由于冰晶、雪粒子反射率要小于雨滴粒子,所以出现40 dBZ以上的回波可能是雨夹雪或者雨。3) 降雪发展时,径向速度图上出现冷暖平流交汇、辐合特征加强,预示着本地区的降水强度加强,当暖平流明显减弱、辐合型风场减弱,降水强度也有所减弱。4) 风廓线产品反应了暖湿气流在冷垫上的爬升情况,也可以直观反应出垂直风切变情况,能较好反应降雪强度的增长趋势,同时也可以通过近地面层偏东风的厚度及风向随高度旋转程度判断冷空气的强度变化。

VAD技术在3830多普勒天气雷达中的应用

介绍了VAD技术的基本原理以及VAD技术在3830多普勒天气雷达中的具体应用,并对利用此技术得到的实际结果进行理论分析和讨论。

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。

一次局地暴雨过程的多普勒雷达特征分析

利用库尔勒多普勒天气雷达资料,对2008年5月发生在新疆巴州焉耆盆地的一次局地暴雨过程的回波特征进行分析。降水过程中,在库尔勒到焉耆盆地一带先后有两次飑线发展东移,是造成局地暴雨的中小尺度系统。径向速度所反映的在库尔勒到焉耆盆地一带低空存在明显的垂直风切变,雷达西南方向长时间维持西南气流,为暴雨提供了水汽辐合及垂直向上输送的动力条件。

春季强降水过程的多普勒天气雷达图像特征剖析

对2004年4月25日出现在华北的一次大范围较强降雨过程进行了分析,介绍了多普勒天气雷达径向速度PPI图像和垂直风廓线(VWP)产品的应用技术,根据这两种产品可以判断冷、暖平流,以及各个高度层风的辐合、辐散,综合这些特征进一步判断气流上升或下沉,从而可以推断降水的生消。通过对此次降水个例的分析,探讨了春季强降雨过程的雷达图像特征,发现在降水发生、发展和消亡的不同时段垂直风廓线产品和径向速度图像都有非常明显地体现,为今后预报春季大面积降水提供一定的参考和依据。

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。

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。

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.

长沙一次暴雪天气过程的多普勒雷达回波特征

针对2021年12月25—26日湖南长沙暴雪天气过程,以长沙多普勒天气雷达资料为主,分析此次过程回波强度、径向速度、雷达风廓线等的变化。结果表明:1)本次暴雪过程受冷空气、短波槽过境、700 hPa急流的共同影响;深厚的湿层、大气整层低于0℃、中层强的西南暖湿气流在强冷垫上爬升导致长沙出现暴雪。2)长沙暴雪时段,持续不断有25—30 dBz反射率因子生成,同时,垂直液态水含量和回波顶高偏低。3)降雪时段,径向速度表现出风场辐合、急流核增强、零速度线成直线等特征;预示着动力条件增强,为降雪的维持和增强提供了临近预报信息。4)垂直风廓线产品上,3.4—4.9 km高度风场由西北风为主转为偏西风再转为西南风,表征短波槽过境,动力条件有所增强;随着西南风强度和厚度的持续增加,降雪强度增强;后期风场再次转为西北风为主,对应的降雪逐渐减弱。

多普勒雷达资料在强对流天气中的应用

本文通过对2004年8月18日强对流天气的天气形势及雷达强度回波、径向速度、垂直液态含水量、垂直风廓线等资料的分析,总结出在一定环流背景下,多普勒雷达资料的一些定量指标及其规律,从而为以后分析这类天气打下基础。

一次涡后局地冰雹天气过程分析

利用MICAPS常规资料、灾情调查资料、雷达回拨资料等,综合分析了2017年6月22日出现在巴彦淖尔市的冰雹天气。结果表明:500h Pa温度槽与850h Pa小温度脊的叠加造成的上干冷下暖湿层结是此次局地冰雹天气形成的主要原因;地面低压倒槽内的辐合线和冷高压前的辐合线是前后两个时间段降雹的直接触发系统;虽然探空资料中对流层整体受西北气流控制,但VAD风廓线表明700h Pa附近有明显的扰动经过。

敦煌沙漠、绿洲和戈壁地表风动力环境特征同步对比

基于敦煌沙漠、绿洲和戈壁典型地表的20 m高同步梯度气象观测资料,对比分析其风动力环境特征参数,为敦煌绿洲生态治理和外围风沙综合防治提供理论依据和技术支撑。结果表明:3种典型地表的年输沙势存在明显差异,戈壁输沙势(DP)为754.2 VU,合成输沙势(RDP)为582.99 VU,合成输沙方向(RDD)为220.88°;绿洲DP为21.95 VU,RDP为7.67 VU,RDD为259.53°;沙漠输沙势介于二者之间,为92.49 VU,RDP为19.29 VU,RDD为16.79°。3种地表的季节输沙势均为春季最大,戈壁为268.2 VU,绿洲为10.97 VU,沙漠为44.08 VU。戈壁主导风向为东北方向,沙漠主导风向为偏东、偏南和偏西方向,绿洲主导风向为东和偏西方向。结合区域沙源分布情况,在绿洲南缘和鸣沙山北侧交界处应加强风沙防治,阻止鸣沙山向绿洲推进。