弱窄带回波在分析和预报强对流天气中的应用

灵敏的多普勒雷达经常能探测到弱窄带回波,这些弱窄带回波一般对应于边界层的辐合线,对弱窄带回波的仔细分析有利于及早做出强对流天气的临近预报以及对其发展变化作深入了解。文章结合发生在上海的3次强对流天气个例,详细分析了弱窄带回波在分析和预报强对流天气中的作用,得出以下结论:(1)上游移动强回波的出流边界导致的弱窄带回波是大风预警的重要判断参考;(2)在合适的层结状态和抬升条件下,弱窄带回波会强烈发展,并导致局地雷雨大风,这类强对流天气的发展有两个比较重要的阶段:弱窄带回波上初始回波的发展和回波跃增;(3)下击暴流造成的地面出流在雷达回波上表现为近似圆弧的弱窄带回波,这种弱窄带回波与其他雷达观测特征以及地面观测相结合,有助于对产生下击暴流的对流云的发生发展过程进行细致分析。

北京地区一次多窄带回波触发雷雨天气的多普勒雷达图像特征分析

本文以北京地区的一次在弱天气尺度强迫作用下,多条窄带回波共同作用触发的强对流天气过程为例。着重分析多普勒雷达反射率强度和径向速度图特征,在临近预报中判断区域抬升条件的强弱,确定是否具备雷雨触发机制。本次窄带回波触发雷雨过程有以下特征:需要有利对流发生的环境条件;当单条窄带回波出现时,需要密切关注窄带回波后侧15-20公里范围内是否有新的对流回波发生发展;当两条窄带回波出现时,需要判断窄带回波是否会相交合并,合并则在两条窄带回波合并的区域以及延长线周围极易触发新的对流回波发生;当存在多条窄带回波先后合并共同作用时,在合并区域极易有对流回波发生,并且对流回波有强烈发展的可能性,会给该地区带来雷暴、大风及冰雹等强对流天气。

窄带回波在大风超短时预报中的应用

利用新一代天气雷达回波资料,结合地面实况资料,对2004年8月22日发生在新疆准噶尔盆地南缘的一次雷雨大风天气过程进行了分析,认为窄带回波的形态特征及其演变可为大风超短时预报提供较可靠的信息。

无线、无源声表面波传感器系统中检波方案的实现

介绍了无源无线声表面波传感器系统,通过对声表面波的回波窄带信号的分析,阐述了基于数字方式解调回波窄带信号的数学原理.应用matlab仿真对回波窄带信号进行解调,分析相位误差产生的原因,论证了数字正交检波技术的优越性、可行性.在给出仪器系统硬件框图的基础上,根据虚拟仪器技术构建灵活、便携、开发成本低等优点,提出了应用LabVIEW实现数字正交检波技术的硬件方案.

阵风锋自动识别与预警

根据阵风锋的回波特征,该文设计了阵风锋自动识别算法。在速度场中,考虑辐合线识别;在强度场中,考虑窄带回波识别;根据窄带与辐合线的空间一致性,综合二者识别出阵风锋。基于该算法,以锋线闪烁和物理量输出两种方式实现了预警功能。最后利用地面自动气象站资料和2009年6月3日河南商丘、郑州及2009年6月5日安徽阜阳3个雷达站探测的阵风锋98个体扫样本资料检验了识别效果,并采用临界成功指数进行评估。结果表明:双向梯度法能有效滤除大范围降水回波而保留窄带回波;该算法只需考虑较低仰角层,大大提高识别效率。在速度场中采用的算法能有效识别出径向辐合线,同时也适用于低空径向风切变和辐合线的识别;利用临界成功指数对98个体扫样本进行识别率评估,识别率达到68.4%。

边界层辐合线在局地强风暴临近预警中的应用

利用济南CINRAD/SA雷达探测到的边界层辐合信息,结合地面实况和探空资料及NCEP资料,对近年发生在山东中部的典型局地强风暴的生成及对流参数进行了分析。结果表明:高时空分辨率的雷达能获得近地层辐合线信息,对流风暴强的出流和近地层环境风的辐合在一定条件下可产生窄带回波;远离风暴主体的出流边界和顺地面风移动的风速辐合线在热力条件较弱的情况下一般不会产生对流天气;出流边界的叠加或出流边界与环境风辐合线的叠加在有利的环境条件下可产生局地强风暴,单纯的近地层辐合线在有利的环境条件下可产生较为孤立的局地风暴,可作为强对流天气临近预警的关键参考依据;风暴初始位置、初始时间和风暴类型具有不确定性,是强对流天气临近预警的难点。

上海地区移动型雷暴阵风锋特征统计分析

文章利用常规天气资料、双多普勒雷达资料、GFS 3 km分辨率分析场资料以及地面自动站资料等,统计分析了上海地区2009-2014年共18次移动型雷暴产生的阵风锋的个例,包括天气背景、温湿环境特征以及阵风锋在雷达图上的特征等。根据阵风锋生成的时段以及与其母体雷暴的相互作用和影响,将移动型雷暴产生的阵风锋分为两类:(1)一类出现在雷暴发展、成熟阶段,阵风锋通常与雷暴保持一定的距离同向运动,出现阵风锋的雷暴主体通常伴有高悬的后侧人流急流,生命史长达2h以上;(2)另一类出现在雷暴的减弱消亡阶段,出现后即逐渐远离雷暴,出现阵风锋的雷暴主体通常伴有从雷暴系统后侧倾斜向下正好到达雷暴前侧阵风锋处的后侧人流急流。阵风锋出现后,逐渐远离雷暴运动,大部分阵风锋(12个个例)出现在雷暴移动方向的前侧,与雷暴移动同向,少数阵风锋(4个个例)出现在雷暴移动方向的异侧,与雷暴移动不同向。统计分析结果表明:第一类阵风锋一方面与雷暴同向移动,不断将其前侧低层的暖湿空气抬升,并沿着阵风锋输送到雷暴中去;另一方面,由于较强的垂直风切变和较强的对流有效位能对后侧人流急流高度的维持起到了关键作用,高悬的后侧人流急流和垂直风切变共同产生的正涡度和冷池产生的负涡度平衡,有利于维持雷暴的发展传播。因此,阵风锋后侧的雷暴持续稳定的发展,并在其后侧可观测到雷暴的新生。第二类阵风锋生成后即逐渐远离雷暴主体,仅以孤立波的形式传播,受经过的环境的影响,其后侧的干冷气流的性质逐渐减弱。与雷暴同向运动的阵风锋切断了暖湿气流向雷暴的输送,不利于雷暴的发展;同时在弱-中等切变和弱-中等对流有效位能的环境中,从雷暴后侧向前侧倾斜向下的后侧人流急流和冷池共同产生的负涡度强于垂直风切变产生的正涡度,强冷池前沿的上升气流向后倾斜,不利于新对流单体的发展,雷暴大都在阵风锋出现2h内消亡。

九江地区一次无降水致灾大风天气过程分析

使用常规地面观测、风能观测、卫星云图和多普勒天气雷达等资料,对2009年6月5日23时—6日01时,江西九江地区出现的一次无降水致灾大风天气过程进行分析。结果表明,500hPa冷涡槽后强大的西北气流、925hPa波动型辐合线和异常3h变压是造成这次无降水致灾大风天气的主要影响系统和动力条件;中尺度对流云团在消散过程中,强烈下沉气流冲击地面形成阵风锋,即使对流云团消散后,这股下沉气流仍惯性移动,并继续影响下游长达百余千米范围;阵风锋前沿边界会造成大气折射率的改变,雷达可以从反射率和速度场上探测到这种不连续面的窄带回波。窄带回波移动速度可以定性判断地面大风级别,移速大风力大,移速小风力小。

湖南一次阵风锋形成机制探讨

应用多普勒雷达观测资料和自动气象站资料,对湘东地区一次春季阵风锋天气过程进行分析。表明:阵风锋是对流风暴产生的下沉气流达到地面时产生强烈辐散,与低层暖湿空气交汇产生的剧烈天气现象。阵风锋在多普勒雷达反射率和径向速度图上表现为一条狭窄弧线,回波强度偏弱,速度图上有辐合,阵风锋在强雷暴的发生、发展和维持起了相当大的作用,阵风锋过境会引起气压涌升和产生灾害性大风。若短时预报员在观测到阵风锋后,应综合分析其他常规资料和非常规资料,根据风暴的移动路径,可以对其下游地区及时发布雷雨大风预警,大大地提高了预警时效。

阵风锋、海风锋和冷锋等触发局地强对流风暴实例分析

利用CINRAD/SA雷达探测资料,结合地面实况和探空资料,对7次典型中尺度辐合线触发强对流风暴的特征进行了分析。结果表明:阵风锋、海风锋和冷锋等边界层辐合线在一定条件下雷达低层反射率因子产品上表现为清晰的窄带回波,某些辐合线在反射率因子产品上不能得到任何有用信息,但在低层径向速度上可识别出线性径向速度辐合;识别出窄带回波或清晰的径向辐合线约1 h后,是雷暴首次触发的主要时间段;对于干型强对流风暴产生的阵风锋,其右侧往往是雷暴触发的主要区域,导致风暴右向传播;湿型强对流风暴产生的阵风锋,激发雷暴的方向与雷暴平均移动方向基本相反,导致风暴呈后向传播特征;海风锋向内陆推进速度快的区域是雷暴触发的主要区域,后继雷暴具有两侧传播特征;单纯的线性低层径向速度辐合在合适的环境条件下触发强对流,主要特征是对流风暴移动缓慢,可造成局地灾害性强降雨天气。

不同天气系统影响下阵风锋的对比分析

利用常规观测资料、多普勒天气雷达资料和地面加密观测数据，对2014年6月8-9日发生在南宁的两次阵风锋天气进行分析。得到以下结论：阵风锋回波强度为10—20dBZ，水平尺度20km，呈弧状，成熟时高度大慨1．5km，阵风锋只是对流层低层的浅薄系统。阵风锋移动速度与母体雷暴移动速度的关系对雷暴的发展与减弱有很好的指示作用。阵风锋前沿有明显的风速辐合，可以触发新的对流单体的生成。两条阵风锋的相遇合并会使得阵风锋加强，更易触发新的对流单体产生。阵风锋愈强，其过境时所引起的风速增大的现象就愈明显。单体质心的快速下降和反射率因子核心的快速下降对地面雷暴大风有很好的指示作用，约可提前半小时预警。

一种基于多核学习的舰船目标分类方法

本文针对现役雷达体制的窄带宽、目标回波数据规模大的特点,提出一种运动平台下进行军舰、民船分类的方法。该算法基于多核学习算法深度挖掘目标回波的强度、包络起伏等特征完成实现,通过分类器学习中各核函数权重的自学习实现对目标回波特征分布的自适应调整。实测数据分析结果表明,该方法对于区分军舰、民船的可行性较高,具有良好的工程应用价值。

我国阵风锋类型与产生机制分析及其主观识别方法

文章总结了近些年我国学者对阵风锋所开展的相关研究,阐明了阵风锋的空间结构、类型及其特征,探讨了阵风锋窄带回波的形成机制,提出了阵风锋的主观识别方法,结果表明:从雷达探测资料分析,可将阵风锋分为两类,一类是雷暴母体静止型阵风锋,一类是雷暴母体运动型阵风锋,而前者还可以进一步分为两个子类型。阵风锋类型不同,阵风锋对雷暴母体的反馈作用也截然不同。阵风锋窄带回波的形成可概括为两种机制:第一种是大气折射指数梯度脉动导致的布拉格散射(Bragg Scattering),第二种是由昆虫对雷达波的粒子散射(Particle Scattering)导致。利用阵风锋雷达强度和径向速度回波特征,可以识别阵风锋的位置和范围,并对其外推做出预报。由于阵风锋是低层大气现象,所以需要应用较低仰角的雷达资料来识别。利用阵风锋雷达回波特征,配合气象卫星高分辨率可见光云图上呈现的中尺度对流云团和弧状云线的变化,结合地面中尺度观测网资料,可以综合识别阵风锋的形成、发展和消散。

关中阵风锋环境场和雷达特征分析

利用高空、地面天气图,宝鸡多普勒雷达资料统计分析了关中地区7例阵风锋天气成因及雷达回波特征。分析表明:西北气流携带的中空干冷平流是强对流发生的有利条件,地面干线是强对流的触发系统,地面气温35℃以上高温且湿度20%~35%是阵风锋发生的有利环境。雷达回波上,阵风锋从初生、发展、加强到减弱的生命史为1~3h,与雷暴回波由强(≥55dBz)减弱(≤30dBz)的过程一致。阵风锋移动速度与雷暴径向速度有直接关系,雷暴出流快速达到最大(>17m/s)时,阵风锋发展达到强盛时段,其强度、长度达到最大;阵风锋移动方向与雷暴移动方向大体一致,呈西北—东南向;少数与主体风暴移向垂直,为东北—西南向。阵风锋在1.5°仰角出现最早,关注识别1.5°仰角阵风锋窄带回波前兆可为发布大风预警提供依据。

咸阳机场一次阵风锋的探测和自动识别

利用西安多普勒雷达观测资料、NCEP再分析资料和自动气象站资料,对2016年6月4日发生在咸阳机场附近的一次阵风锋天气展开研究。这次过程是由蒙古低涡主导,低涡后部的冷空气南下触发对流引起的,阵风锋过境时咸阳机场产生了2.2mm降水和19.7m·s^(-1)的大风天气,多架次航班受到影响。从雷达回波的分析发现,这次阵风锋的特征表现为,生命史2h左右,回波强度5~25dBz,长度约70km,平均移速达49.7km·h^(-1),伴有明显的窄带回波和辐合线。对雷达基数据进行质量控制后,设计了自动识别软件,在强度场上利用双向梯度算法,以及速度场上使用Shear参量算法,根据窄带回波和辐合线的空间一致性,对该阵风锋的位置和强度进行识别。最后利用临界成功指数对这个软件进行评估,本次阵风锋的识别率达到83.33%,表明该软件能够识别阵风锋,可在业务中使用。

5．6阵风锋过程形成机制探讨

通过综合分析2007年5月6日一次阵风锋过程的天气背景、多普勒天气雷达资料、自动站资料等,并结合2006年6月10日飑线过程,2007年6月28日窄带回波引发的大风过程,认为与大风相联系的窄带回波的产生,是由于冷暖气团交界面两侧的折射指数的突变,而导致对电磁波的散射或反射形成雷达回波。高空冷空气堆的下沉扩散是窄带回波形成的一个重要因子,其后并不一定有主体回波相伴随。而倾斜的下沉气流前侧不利于窄带回波的形成。

乌鲁木齐国际机场一次阵风锋天气成因分析

利用常规天气资料、跑道自动观测资料(AW0S)、自动气象站资料、卫星云图、多普勒天气雷达等资料,对乌鲁木齐机场发生的一次阵风锋造成的大风和沙暴天气进行分析。结果表明:①阵风锋天气来临时,具有气压陡升、温度骤降、风向变化、风速突增、湿度增加等气象要素的演变特征,跑道两端出现了风向和风速变化的不连续,多个时刻跑道水平风切变强度超过了强度标准值。②阵风锋天气是在500hPa北支槽底分裂短波携带冷空气快速向东入侵渗透下出现的,大风沙暴发生在干线和地面风场辐合区附近,空中"干暖盖"的存在有利于不稳定能量的积累。③对流云团在东移过程中破坏了乌鲁木齐上空的逆温层,促使不稳定能量的释放,呼图壁至乌鲁木齐机场的大风沙暴天气就发生在TBB值梯度的密集带上。④阵风锋在雷达图中表现为强对流回波前方一条弱而窄呈南北向的带状回波,回波强度偏弱,速度场中形成了正负速度交界的辐合带。

四川盆地一次阵风锋触发的局地强对流天气雷达特征分析

应用自动气象站资料和多普勒雷达观测资料,对盆地南部一次阵风锋引起的局地强对流天气进行分析,结果表明:阵风锋是对流风暴产生的下沉气流到达地面时产生强烈辐散,与低层暖湿空气交汇产生的剧烈天气现象;阵风锋在多普勒雷达上表现为一条狭窄弧线,回波强度弱,速度图上有辐合,阵风锋与强雷暴的发生、发展和维持有促进作用;阵风锋过境会引起气象要素陡变,阵风锋经过的地方,强雷暴的产生地与地面风场辐合线的位置和温度槽线的位置有很好的对应关系,对短临预报预警的提前发布有较强的指示意义。

“2015.7.29”景德镇市异常雷暴大风成因分析

对2015年7月29日19:00-22:00景德镇市自南向北先后出现的雷暴大风天气及维持原因进行分析,结果表明:东风波是这次大风天气过程的的主要影响系统,主要表现在高层200 h Pa,而在低层没有明显反映。东风波导致的飑线从东南向西北方向发展移动,景德镇市大风天气发生在飑线的消散阶段,强大的雷暴下沉气流冲击地面形成阵风锋,阵风锋从东南向西北方向移动是造成和维持长时间大风天气的主要原因。