集合卡尔曼滤波同化多普勒雷达资料的数值试验

利用集合卡尔曼滤波(EnKF)在云数值模式中同化模拟多普勒雷达资料,并考察了不同条件下EnKF同化方法的性能。结果显示,经过几个同化周期后,EnKF分析结果非常接近真值。单多普勒雷达资料EnKF同化对雷达位置不太敏感,双雷达资料同化结果在同化的初期阶段比单雷达资料同化结果准确。同化由反射率导出的雨水比直接同化反射率资料更有效,联合同化径向速度和雨水有利于提高同化分析效果。协方差对EnKF同化效果起着非常重要的作用,考虑模式全部预报变量与径向速度协方差的同化效果比仅考虑速度场与径向速度协方差的同化效果好。雷达资料缺值降低了同化效果,此时增加地面常规观测资料的同化可以明显提高同化分析效果。EnKF同化技术对雷达观测资料误差不太敏感。初始集合对同化分析有较大影响。EnKF同化受集合大小和观测资料影响半径。同化对模式误差较敏感。利用EnKF同化双多普勒雷达资料,分析了一次梅雨锋暴雨过程的中尺度结构。结果表明,EnKF同化技术能够从双多普勒雷达资料反演暴雨中尺度系统的动力场、热力场和微物理场,反演的风场是较准确的,反演的热力场和微物理场分布也是基本合理的。中低层切变线是此次暴雨的主要动力特征,对流云表现为低层辐合、高层辐散并有垂直上升运动伴随,其热力特征表现为低层是低压区,高层为高压区,中部为暖区而上、下部为冷区,水汽、云水和雨水分别集中在对流云体内、上升气流区和强回波区。

WRF-EnSRF系统同化多普勒雷达资料在多类型强对流天气过程的数值试验

利用自主构建的基于风暴尺度的WRF-EnSRF(weather research and forecasting ensemble square root filter)系统同化实际多普勒雷达资料,检验该同化系统在包括飑线、超级单体风暴和多单体风暴3个不同结构类型的强对流天气过程的同化效果,并考察了初始场扰动时不同强度的位温和水汽扰动对集合离散度以及同化效果的影响。结果表明,在3个个例中该同化系统均表现出有效的同化能力,各分析结果均比较合理,径向速度和反射率因子分析的增量均方差在经过24min同化后分别下降到3～5m/s和10dBz,并维持至60min同化结束。预报场集合离散度和同化效果对热力场的扰动强度比较敏感,适当增加初始扰动时位温和水汽的扰动强度有利于提高集合离散度和改善径向速度的分析效果。

风暴尺度天气下利用集合卡尔曼滤波模拟多普勒雷达资料同化试验Ⅰ. 不考虑模式误差的情形

本文在假定模式无偏差的情况下,利用一次风暴过程的模拟多普勒雷达资料进行一系列风暴天气尺度的集合卡尔曼滤波资料同化试验,检验集合卡尔曼滤波在风暴天气尺度资料同化方面的效果,并验证各集合卡尔曼滤波参数对同化效果的影响。试验结果表明,集合卡尔曼滤波能有效地应用于风暴尺度的资料同化;40个集合成员以及6km的局地化尺度能较好地滤除采样误差造成的虚假相关,同时可以将观测信息传递到无观测的模式格点;利用背景场加上空间平滑的高斯型随机扰动生成初始成员的方式较未经过平滑的方式有更好的分析效果;背景场扰动方法能够提高样本的离散度;只同化反射率的同化试验表明,反射率的同化效果较明显,也证明了集合卡尔曼滤波在非常规资料同化中的作用;增加径向风资料同化的效果优于只进行反射率同化的结果。

风暴尺度天气下利用集合卡尔曼滤波模拟多普勒雷达资料同化试验 Ⅱ.考虑模式误差的情形

文章的第I部分(兰伟仁等,2010),利用模拟雷达资料在假定模式无误差的情况下进行了一系列的集合卡尔曼滤波(EnKF)敏感性试验,验证了EnKF方法在风暴尺度天气资料同化中的作用。本文继续探讨EnKF在有显著模式误差的情况下同化模拟多普勒雷达资料的效果问题。试验中假定模式误差主要来源于微物理过程参数化的不确定性。结果表明:模式误差在不同程度上影响了EnKF分析的效果,对微物理量的影响尤其明显;在EnKF分析中,利用微物理过程参数化集合的方法来考虑模式误差,对速度场、位温场以及比湿场有较明显的正作用,但对于微物理量场分析效果较差;若包含控制试验的微物理过程参数化方案,则EnKF对所有变量都有正效果,随着同化循环次数的增加,分析结果更加合理;只考虑冰相过程的微物理过程参数化方案的集合,分析效果进一步提高。

多普勒雷达资料同化在“7.21”北京特大暴雨个例中的应用

基于WRF(Weather Research Forecast)模式和GSI(Gridpoint Statistical Interpolation)同化系统,研究了同化4部多普勒雷达探测资料对"7.21"北京特大暴雨过程中降水预报的改善作用。GSI系统直接同化径向风,而采用云分析的方式间接同化反射率。2012年7月20日21时—21日00时(世界时)雷达探测资料同化试验采用30 min循环同化径向风和反射率资料。结果表明,循环同化雷达探测资料改善了短时(0—6 h)和短期(0—24 h)降水预报,ETS评分提高了约0.2。同化反射率资料增加了初始场的水凝物,改善了温度场分布,直接影响了降水的形成,同时还使650—250 hPa位势高度的均方根误差平均降低了8 gpm。直接同化径向风资料对中尺度风场产生了一定影响。ETS评分结果表明:同化反射率资料的效果要优于同化径向风。

北京地区一次降水过程的多普勒雷达资料分析

通过对一次稳定性降水过程的多普勒雷达资料的强度场、速度场及VAD产品的分析 ,得出对降水过程不同阶段临近预报有指导意义的结论。

东北冷涡的多普勒雷达资料特征分析

多普勒雷达探测东北冷涡具有一定的径向速度特征;应用蓝金(Rankine)模式进行数值模拟,结果表明,其模拟的多普勒速度分布特征与多普勒雷达实际探测冷涡的特征极其相似;根据多普勒径向速度特征确定冷涡中心,进而应用不同时刻资料确定冷涡的移动路径,对实际业务有很好的应用价值。

应用单多普勒雷达资料反演风场作暴雨中尺度分析

针对 2 0 0 2年 6月 2 3日发生在安徽西部的一次暴雨过程 ,以有限的探空资料作为大尺度背景场 ,应用合肥 CINRAD- 98D多普勒雷达资料 ,通过准四维变分分析方法进行反演 ,获得了不易被常规探测到的中小尺度三维风场 ,由此分析了引起强降水的中尺度天气系统。指出暴雨中心位于风速切变的下方 ,同时上空也伴随辐合中心 ,以及正涡度极大值。分析结果表明 ,变分法是一种较为准确的从雷达资料中提取三维风场的方法。利用雷达资料反映中尺度天气系统 ,同时又加入大尺度的背景场作为基础 ,两者相互弥补 ,能较真实地反映实际天气状况。在气象预报中有效地应用多普勒雷达资料 ,有助于研究更为细致的中小尺度天气系统结构 ,而且也可为中小尺度数值预报模式提供准确的初始场。

多普勒雷达资料同化对北京“7·21”大暴雨过程模拟的影响

利用新一代中尺度预报模式WRFV3.6及其三维变分同化系统(WRF-3DVAR),对2012年7月21日北京地区的一次暴雨过程进行多普勒天气雷达径向风和反射率的同化试验研究,检验和探讨高时空分辨率多普勒天气雷达资料在改进模式初始场及提高对暴雨过程预报的准确率等方面的应用效果及意义。结果发现雷达资料同化能在初始场中加入反映产生降水的低层风场辐合的动力和锋前暖区充足的水汽条件的物理信息,可以在模式积分开始后改善初始场中水汽和风的分布,较快地模拟出局地对流系统的发生、发展,改善由于中尺度观测资料不足而造成的模式初始场里中尺度信息缺乏的问题。径向速度的同化增加了中尺度信息,对初始流场的调整较为显著,侧重于改进风场。而雷达反射率资料的同化对初始温、湿度场和强回波位置的调整更明显,侧重于改进湿度场。累计降水的预报结果显示,同化径向风资料对雨带的位置、范围有较好的改进,同化雷达反射率资料对暴雨强度的预报有明显的改善。通过降水ETS评分发现,同化常规观测试验相对于控制实验,对于5、15 mm和25 mm降水评分能增加0.1左右,径向风同化试验能增加0.2左右,反射率同化试验能增加0.3左右,而径向风加反射率试验增加的评分介于0.2~0.3。雷达资料对于提高定量降水预报的精确度有着重要作用。

一次降水过程多普勒雷达资料分析

利用多普勒天气雷达资料,结合宁夏精细化预报产品,对2003年9月5日的一场降水过程进行了雷达气象学和中小尺度天气学分析,得到了一些初步结果.分析表明:多普勒雷达降水回波强度变化、降水回波总面积、强回波面积与降水过程相吻合.多普勒速度场、回波顶高、垂直累积液态含水量、对应的上升气流以及温度平流对这次降水具有预报指示意义.

多普勒天气雷达资料在沙尘天气监测中的应用

利用3830型多普勒天气雷达回波资料及常规气象资料对2002年3月20日发生在我国西部一直延伸至黑龙江省的沙尘、浮尘天气过程,分析其多普勒天气雷达回波,并在PPI和RHI上探测沙尘的特征、高度、厚度、浓度、移动特点、速度场分布以及垂直风速分布特点等。为多普勒天气雷达监测沙尘提供可靠依据。

多普勒雷达资料同化对暴雨过程模拟的影响

利用WRF中尺度数值模式及其同化系统WRF-3DVAR对2010年6月份广西梧州市的两次暴雨过程进行了分析得出:(1)雷达资料的同化对降水模拟的效果会有积极的影响,对于本次研究的两个个例而言,同化雷达资料后的降水模拟都在不同程度上得到改进;(2)多普勒雷达资料同化可以对模式的初始场进行调整,包括风场和水汽场等,进而获取更好的初始条件,改进模拟结果。

青藏高原东北侧一次超级单体雹暴的多普勒雷达资料分析

[目的]分析青藏高原东北侧2010年9月6日发生在兰州市中川机场的一次由超级单体形成的雹暴过程的多普勒雷达资料。[方法]从常规资料和雷达资料两方面对2010年9月6日发生在兰州市中川机场附近的低涡切变线型、超级单体形成的雹暴过程加以分析,其中主要运用多普勒雷达的基本产品和二次产品对这次过程中出现的诸多表征强对流天气的特点进行分析,探讨此次过程的一些特征。[结果]这是一次由中高层500 hPa的冷涡中脱离的一小股冷空气提供冲击力,低层700 hPa的暖式切变线供应水汽和能量,且在高空有急流配合的强对流天气过程;这种长达10 min降雹的天气现象在西北干旱地区较为罕见。此次过程强对流的特征明显,具有较好的典型性;阵风锋现象没有以窄带回波的形式表现出来,但以另外一种"强锲入"的方式展现;此次过程有界弱回波区(BWER)和中尺度气旋特征均十分明显,且这是一次典型的超级单体导致的雹暴过程。[结论]该研究为预报兰州市中川机场的强对流天气提供一些有益的借鉴。

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。

“2006．4．11”闽北降雹过程多普勒雷达资料分析

利用建阳新一代天气雷达6分钟一次的观测资料，对造成2006年4月11日傍晚至夜里闽北降雹的回波资料进行分析。结果表明，造成闽北降雹的强风暴单体主要有两个。雹云单体a在其生命史中主要以孤立单体形式存在，雹云单体b是与飑线相伴的一个强风暴单体。二者在成熟阶段都具有超级单体特性：低层弱回波区（WER）和中高层悬垂结构及“中气旋”报警。前者还具有显著弓形回波、后侧入流槽口、逆风区等特征，后者具有明显的钩状回波特征和旋转特性等。在雹云的不同发展阶段，强中心回波强度（dBZM）、强核回波高度（HT）、风暴顶高度（TOP）和垂直积分液态含水量（VIL）具有不同的特征。在强盛阶段：dBZM变化不大，而HT、TOP、VIL则出现较大的波动，每次大的波动对应地面一次强天气。风暴移向移速预测信息能较好地指示风暴强核回波的未来走向。

多普勒雷达资料在人工防雹作业中的应用分析

利用多普勒雷达回波资料分析2007年6月23日贵州黔西南州一次高炮消雹作业过程,表明高炮消雹作业的效果是显著的。作业前后,回波在强度、高度和形态面积上都有明显变化,作业有效地扼制了雹云的发展,化雹为雨,起到了防灾减灾的作用。

计算多普勒频偏的新算法

利用多普勒资料进行轨道改进 ,将遇到卫星信标机和测站接收机的频偏带来的系统差 ,如何估计各站圈的频偏 ,是决定定轨精度的一个关键问题 .文 [1 ]中提出的Guier导航计算频偏的方法 ,实践表明是行之有效的 .但是 ,Guier导航计算较复杂 ,在用数值积分计算星历表的软件中 ,使用这一算法比较困难 .提出一种基于法方程系数矩阵分块求逆的新算法 ,只需求 6× 6或 7× 7矩阵的逆 ,计算频偏十分简单 .仿真表明 ,新算法的定轨精度近似达到C .R .下界—理论最佳精度 ,比Guier导航算法的精度高 1 5%左右 .

2006年台风“桑美”影响闽北的多普勒雷达资料分析

利用建阳CINRAD雷达6分钟一次的观测资料，对2006年8月11日台风“桑美”影响闽北的暴雨过程的回波资料进行分析。结果表明，南平市中北部7个县市的强降水（6—9时松溪、政和的第二次强降水除外）主要是由台风内螺旋雨带造成的；南平市南部建瓯的强降水及东部（松溪、政和）的第二次强降水主要是由台风外螺旋雨带造成的。雷达风廓线产品VWP能很好地反映出台风中心的相对位置变化，这对确定台风中心很有帮助。基本径向速度V可确定辐合、辐散及涡流、风切变等特征，其零速度线的弯曲或折角及正负速度极值区对降水的发生、发展或减弱趋势有指示作用。垂直积分液含水量VIL能确定大多数强风暴位置，对短时强降水的落区预报有很好的指示作用，这在一定程度上弥补了建阳CINRAD雷达降水产品的不足。

“2002．3．20”闽北首场强对流天气过程多普勒雷达资料分析

介绍了强对流天气监测和识别的常用雷达产品，并对“2002．3．20”闽北首场强对流天气过程的部分多普勒雷达资料进行分析，所得结论对雷达监测强对流和短时预报有参考作用。