S波段多普勒天气雷达旁瓣回波的特征分析

通过对2002～2005年S波段多普勒天气雷达上旁瓣回波的分析,描述了其在基本反射率因子、径向速度、速度谱宽PPI图及反射率因子和径向速度垂直剖面图上的形态特征。在7次强对流事件的19个雹暴云中发现有6次强对流事件10个雹暴云共产生旁瓣回波110次(基于反射率因子仰角产品的统计)。统计结果表明:形成旁瓣回波最小反射率因子强度为60 dBz,97.3%的旁瓣回波出现在反射率因子强度≥63 dBz时,旁瓣回波出现在50～100 km距离段内的机率最大;旁瓣回波出现的最大高度为11 km,最低高度是1 km,97.3%的旁瓣回波出现在1～9 km高度之间,69.1%的旁瓣回波出现在3～6 km高度之间,以4～5 km高度出现次数最多,然后向上、向下减少。据灾情调查报告分析,强降雹发生在旁瓣回波首次出现后的0～42 min内,表明旁瓣回波对强降雹具有一定的临近预警作用。

毫米波云雷达距离旁瓣回波质量控制及效果评估

根据福建省平和县布点的毫米波云雷达实际性能特点,且针对业务运行出现的距离旁瓣回波问题,提出了改进的质量控制方法;并利用福建平和站2018年9月至2020年8月的观测资料,定量评估质量控制效果对云-降水探测的具体影响。结果表明:提出的质量控制方法能较好改善雷达探测结果,距离旁瓣回波被有效滤除。距离旁瓣回波显著影响雷达对空中云雨回波的探测,影响最大集中在两个宽脉冲模式的盲区以上起始高度附近,即1.50~2.28 km和3.63~7.74 km,且距离旁瓣回波出现频次随高度上升而逐渐下降;距离旁瓣回波主要会干扰雷达对中低空弱云的探测,会导致云底被低估、云顶和云厚被高估,三个云参数的平均误差分别可达-0.53、0.74和0.73 km。

湘西北地区强冰雹的多普勒天气雷达旁瓣回波统计分析

为准确应用旁瓣回波作强冰雹预警,对湘西北地区5次强冰雹过程中9个风暴单体被观测到的159次旁瓣回波样本进行统计分析,并系统总结旁瓣回波的雷达产品图像特征和探讨影响旁瓣回波观测的主要原因,深入研究旁瓣回波随强度与空间的分布特征。结果表明:⑴产生旁瓣回波的风暴核最小反射率因子强度为60 d Bz,其强度是能否产生旁瓣回波的决定因素,强度越强,越易产生旁瓣回波且特征越明显,旁瓣回波的面积与60 dBz以上的风暴核面积和强度成正比,旁瓣回波中心强度、最大值强度与相应的风暴核最大值强度相关性分别可达0.86和0.92。(2)旁瓣回波在高度4 km左右、仰角3.4°、距离75 km左右出现频次达到峰值,风暴核回波强度的垂直分布特点是造成这种分布特征的主要影响因素。(3)旁瓣回波在270°-360°方位区间出现频次最多,具有明显的方位分布特点,强风暴单体的生成源地及其路径决定旁瓣回波的方位分布。(4)旁瓣回波分布在风暴核切向方向梯度大值区一侧,另一侧由于存在真实回波,导致旁瓣回波特征被真实回波覆盖而不易被观测到。(5)旁瓣回波特征可以作为S波段天气雷达强冰雹预报预警的充分条件。

探地雷达旁瓣辐射回波的提取方法

激励脉冲的脉宽改变使探地雷达发射天线产生明显的旁瓣辐射回波,对该种波成分的研究在探地雷达的应用中有一定的理论和实际意义.从频域中各频率分量下旁瓣辐射回波电场强度占总接收波形电场强度比例的角度出发,研究了旁瓣辐射回波的提取方法,并在实际应用中将该方法所得结果与实测结果相比较.结果表明,该方法可以较好地从接收波形中提取出旁瓣辐射回波,在一定程度上验证了该方法的合理性.

两例天气雷达异常回波案例分析

机场天气雷达是民航气象三大重要技术装备之一,是监测和预警强对流天气的主要工具,通过分析雷达回波,获得大气中的云、降水等气象目标的方位、强度、高度和形状等信息,对航空气象服务和空中交通管理起到重要作用.通过分析一例放射性回波,应用故障排除法,得出该现象为外部同频无线电干扰导致.通过分析一例局部环形回波,得出该回波为强反射体造成的虚假回波.

湘西北一次强冰雹天气雷达回波特征分析

利用常规观测资料和张家界新一代多普勒雷达资料对2020年3月21日晚—22日凌晨发生在湘西北地区的冰雹天气过程进行了分析,结果表明:“上干下湿”喇叭口特征的不稳定层结,合适的0℃层与-20℃层高度,在地面冷空气和辐合线的触发机制下,利于冰雹、雷暴大风和短时强降雨等强对流天气的形成;此次冰雹天气是由典型的超级单体风暴对流发展造成,其主要特征表现为三体散射、旁瓣回波、悬垂回波以及风暴顶强辐散等;三体散射(TBSS)最强反射率因子达76 dBz,最大“长钉”长度47 km,“长钉”长度越长,冰雹直径越大,TBSS的出现,预示有大冰雹;旁瓣回波最大切向长度达46 km,其只显示在风暴核切向上反射率因子梯度大值区一侧,当风暴核径向外侧有真实回波而三体散射不清晰时,旁瓣回波可更好地预警冰雹;风暴体VIL密度≥4.0 g/m^(3)是湘西北大冰雹的有效预警指标。

一次冰雹过程的雷达回波特征分析

利用NCEP1°×1°再分析资料和雷达资料对发生在邵阳市灵官殿镇一次强冰雹过程进行了分析。结果发现:此次冰雹发生在500hPa短波槽、700 hPa西南急流、850 hPa西南涡环境中。此次冰雹反射率因子回波典型特征就是钩状回波和有界弱回波区;冰雹发生时,高仰角出现旁瓣回波,旁瓣回波的移动方向和强度对冰雹有指示作用;雷达径向速度图上逆风区对强冰雹预报预警具有指示作用。

2020年3月初百色市冰雹过程雷达回波特征分析

利用常规气象资料、探空资料和百色新一代天气雷达等资料,对2020年3月3日百色市冰雹过程进行分析。结果表明,这次冰雹是在南支槽、切变线和冷空气共同作用下发生的;冰雹发生时具有上干下湿的不稳定层结,较强的垂直风切变和合适冰雹生长的O℃和-2O℃高度环境;降雹是由于对流单体发展为强单体风暴,再经风暴发展合并成“弓状回波”影响造成,高反射率因子及“弓状回波”维持时间较长是此次冰雹较明显的特征,雷达回波具有典型的超过60dBz强回波、旁瓣回波、低层辐合高层辐散、垂直累积液态含水量(VIL)跃增等特征。

安顺市“5•11”强对流天气雷达产品特征分析

利用常规资料、多普勒雷达资料和地面观测资料等,对2021年5月11日贵州省安顺市的一次强对流天气过程中两个强风暴单体的形势背景、强对流发生条件、强风暴单体演变及结构特征、风暴的异同点进行了详细分析。结果表明:上干下湿的不稳定层结,配合高空槽、低空切变线、中低空急流和午后的热低压发展等有利的环流背景,地面辐合线触发强对流天气导致此次安顺冰雹、大风及短时强降水天气的出现;两个超级单体降雹前均出现了回波强度强、有界弱回波区、三体散射长钉和旁瓣回波等特征;贵阳雷达观测到的回波强度和VIL值更大,增加和降低趋势更加明显。这些均为安顺强对流天气的预警、预报提供了参考。

航海雷达模拟器中天线方向图的仿真

针对目前航海模拟器中的仿真雷达图像没有考虑天线方向图的影响,图像真实感有待进一步提高的状况,在利用视景图形绘制方法生成航海雷达图像的基础上,分析天线方向图对生成雷达回波的影响。通过对存储有径向扫描线的纹理进行像素操作来仿真雷达天线方向图,实现天线方向图引起的回波横向扩展和径向扩展,并生成旁瓣假回波。仿真结果表明,考虑天线方向图的仿真雷达图像更加饱满,更加接近于真实雷达图像,真实感得到进一步提升,且仿真速度并未受到明显影响,能满足航海训练要求。

“2011.4.17”超级单体风暴的物理量和雷达资料诊断分析

利用常规观测资料及新一代多普勒雷达资料对2011年4月17日发生在广东的强冰雹和雷雨大风过程进行详细分析,找出强冰雹和雷雨大风发生发展的天气特征。

“09.3”鄂西南强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用恩施多普勒天气雷达资料,分析2009年3月21日傍晚到22日凌晨发生在恩施州8县(市)的冰雹强对流天气过程。结果表明,此次强对流过程是在地面冷空气和暖倒槽共同作用的背景下产生的,高空槽、中低层低涡及冷式切变是其主要大尺度影响系统;强对流天气发生时,风垂直切变特征明显,湿度在500hPa附近最大,空气接近饱和;强对流天气过程中先后有7个强风暴单体生消,均自西向东移动,其成熟阶段,回波呈倾斜状,偏向风暴前侧,其前侧低层大部分存在弱回波区,中高层有回波悬垂结构,强风暴单体强回波上方有旁瓣回波造成的假回波;在恩施复杂山区地形下,垂直积分液态水含量密度比垂直积分液态水含量更能反映风暴强度,对冰雹等强对流天气提前预警参考价值更大。

山东省一次罕见强对流天气的环境场及雷达特征分析

利用多普勒天气雷达资料和常规观测资料以及区域自动站气象资料,分析了2019年8月16日山东省特大冰雹和雷雨大风强对流天气过程。结果表明:(1)此次强对流天气过程是在东北冷涡背景下由地面β中尺度辐合线、γ中尺度涡旋触发产生的。(2)中低层较大的温度垂直递减率、近地面层的逆温层、上干冷下暖湿、适宜的湿球温度0℃层和-20℃层高度是雷暴大风和大冰雹出现的典型特征。(3)β中尺度辐合线触发的对流单体不断发展、合并,形成单体之间排列较为松散的飑线,而γ中尺度涡旋附近个别单体发展成超级单体风暴。(4)诸城强冰雹的超级单体风暴具有有界弱回波区、三体散射、旁瓣回波、中气旋等特征。另外,风暴强度达到鼎盛后迅速减弱、强中心高度快速下降、风暴低层左后方出现强反射率因子区、风暴低层右前侧气旋性旋转强度加强、深厚持久的中气旋、风的垂直切变强,均是造成日照极端雷暴大风的影响因子。

不同天气分型下甘肃河东地区强冰雹天气多普勒雷达产品特征

利用2008—2017年甘肃省河东地区自动气象观测站冰雹观测资料和灾情资料,对收集到的符合标准的河东地区75个冰雹个例进行中尺度诊断,按照主要影响系统分为3种冰雹天气类型,对3种冰雹天气型雷达产品的统计特征和雷达回波特征进行对比分析,并选取典型个例进一步分析验证。结果表明,在3种冰雹天气型下,多普勒雷达产品的最大反射率因子(Z_(max))及其所在高度(H Z_(max))区别较小,Z_(max)均大于50 dBZ,对应H Z_(max)也在2.0 km以上;回波顶高(ET)、核心区厚度(H)、45 dBZ以上质心高度(H_(45 dBZ))、风暴体大于等于30 dBZ所在最大高度(TOP)、垂直累积液态水含量(VIL)及垂直累积液态水含量密度(VILD)存在明显差异,西北气流型的H、H_(45 dBZ)、TOP和VIL较高,低槽型的ET和低涡型的VILD较低;3种冰雹天气型出现回波悬垂的频率均在61.0%以上,低槽型出现三体散射和旁瓣回波的频率分别为35.5%、48.4%,而出现有界弱回波区的频率为12.9%,西北气流型和低涡型出现有界弱回波区的频率均达38.5%;三体散射和旁瓣回波特征具有一定的预报时间提前量,提前量平均18 min,最大30 min。

一次阵风锋触发的局地强冰雹天气过程分析

利用常规观测资料、诊断分析资料和榆林多普勒雷达(CB)资料,分析2006年7月12日发生在陕北北部的一次强冰雹天气过程,结果表明:阵风锋移动到有利的环境场中和中高空中尺度扰动叠加触发了强对流;强雷暴中三体散射和旁瓣回波特征明显;阵风锋附近径向速度场辐合特征明显。

鄂西南一次强对流天气的多普勒雷达特征分析

利用恩施天气雷达资料,对2009年3月21日傍晚～22日凌晨发生在鄂西南恩施州8个县市的强对流天气过程进行了详细分析。结果表明,此次强对流过程是在地面冷空气和暖倒槽交汇的背景下产生的,其主要大尺度影响系统为高空槽、中低层西南涡及切变;在强对流天气过程中先后有7个强风暴单体生消演变,并自西向东移动,其成熟阶段,回波呈倾斜状,偏向风暴前侧,其前侧低层大部分存在弱回波区,中高层有回波悬垂结构,这些强风暴单体强回波上方有旁瓣回波出现;在恩施山区复杂地形下,垂直液态含水量密度比垂直液态含水量更能反映风暴强度,对冰雹等强对流天气提前预警的参考价值更高。

2016年春季湖南一次连续冰雹天气过程个例分析

利用高空、地面观测资料及郴州站多普勒雷达产品,对2016年3月19日至20日发生在湘南地区的一次连续冰雹个例进行分析,结果表明:500hPa高空有低槽东移,700hPa中低空有急流,中低层切变线,丰富的水汽,上干下湿的结构及地面辐合线等为本次冰雹天气的发生提供了有利的水汽、动力和热力条件,风雹天气均出现在大气层结不稳定区(T_(850-500)≥25℃,T_(700-500)≥15℃、上干下湿)与干线、地面辐合线重叠的区域;大于60dBZ强回波、明显而持久的三体散射及旁瓣回波特征、大于55 kg.m^(-2)的VIL以及中气旋等多普勒雷达回波特征为本次冰雹的识别和预警提供了重要指示作用。

2018年5月7日来宾强冰雹雷达特征分析

利用多普勒雷达探测资料、地面常规资料和探空资料及自动站数据对2018年5月7日17时前后出现在来宾的强冰雹、雷雨大风、短时强降水等强对流天气进行详细分析。结果表明:上干下湿的不稳定的层结,配合切变线、东移的高空槽前等有利的大尺度环流背景,地面弱冷空气触发对流导致此次来宾市强冰雹天气的出现。多普勒雷达资料上具有超过65dBz的强回波、三体散射(TBSS)、旁瓣回波和有界弱回波区(BWER)、垂直累积液态含水量(VIL)跃增等特征。

2019年春夏广西两次冰雹过程特征分析

利用常规气象资料、自动站资料、多普勒雷达资料,对比分析了2019年3月5日和5月25日两次广西冰雹天气的环流形势及物理量的配置、雷达回波特征。结果表明,“0305”过程由高空冷槽、低空切变线和地面冷锋触发,“0525”过程则由深厚暖平流、西南暖低压边缘辐合线共同作用而触发;“0305”过程中低层有强的垂直风切变,较厚的冻结层厚度和相对较小的对流有效位能,“0525”的过程则是较大对流有效位能与中等强度的垂直风切变、相对较薄的冻结层配合;雷达资料上,相比“0305”过程,“0525”过程具有强的反射率因子、回波伸展高度和更大VIL值与跃升幅度。

基于多通道探测的场向不均匀体定位方法

甚高频雷达对场向不均匀体探测存在无法实现空间定位,旁瓣回波无法区分等问题,为解决上述问题,实现富克甚高频雷达对场向不均匀体的空间定位,对富克甚高频雷达进行了相关升级改造,在原有阵列基础上新建造两个子阵列使富克甚高频雷达具有多通道探测能力。利用多通道探测数据,进行快速傅里叶变换、互相关后选取互相关系数满足条件的点求出测量相位差,并根据电离层场向不均匀体的场向特性,对测量相位差进行相位解模糊与初始相位校正,得到实际相位差。通过实际相位差与阵列间的位置关系计算出回波区域在空间中的位置,最终得到电离层场向不均匀体的空间结构与位置。实测结果表明,该方法能够正确对场向不均匀体定位,且新增相位解模糊过程有效的实现了主瓣回波与旁瓣回波的区分,扩宽了定位区域。