基于风廓线雷达产品的冰雹过程分析

利用贵州省威宁县气象局的风廓线雷达基础数据及其二次开发产品、雨量站和MICAPS的实况数据,对2019年6月11日发生在威宁本站的一次冰雹大风天气过程进行综合分析。结果表明:水平廓线产品可反映出冷暖平流的时空变化及垂直分布,更早探测冷空气入侵、风场切变情况及低空急流强度;大气折射率结构常数和垂直速度可以指示降水的发生、持续时间及降水强度情况;强降水发生前有较强风垂直切变,降水过程中风垂直切变值整体大于0.2 s^(-1),风垂直切变的增强会引起垂直速度和地面大风的增大;若以大于15 dBZ和小于10 dBZ为降水的起止标志,风廓线雷达反射率因子较其他产品可以更清晰地指示降水的开始和结束。

面向CRA的中国风廓线雷达小时产品质量控制算法与评估

面向中国第一代全球大气/陆面再分析产品(CRA)的应用需求,针对中国风廓线雷达小时产品资料特点,在美国NCEP风廓线综合质量控制方法的基础上,提出一套适用于中国风廓线雷达逐小时水平风产品的质量控制方法。通过对比质量控制前后风廓线雷达资料与探空资料的相关系数、平均偏差及均方根误差,证明了质量控制方案的有效性。以ERA-Interim资料作为间接参考场,通过比较探空资料与不同型号、不同探测高度范围、不同观测时段、不同垂直层次风廓线雷达资料相对ERA-Interim再分析资料的偏差,分析了质量控制前后中国风廓线雷达资料的整体质量。结果表明,经该算法质量控制后,风廓线雷达与探空风场表现出了更好的一致性。不同雷达型号、不同探测高度资料的相关系数从0.17~0.82上升至0.79~0.98。在相对ERA-Interim与探空资料的偏差方面,质量控制后,除边界层风廓线雷达的u风分量在300 hPa以上仍有5 m·s^(-1)左右的偏差外,其他型号雷达的u、v风分量在各垂直层的平均偏差均在3 m·s^(-1)以内,证明质量控制算法具有识别高层粗大误差数据的能力,能够使最大探测高度以上的数据得到有效利用。

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。

基于多普勒雷达垂直风廓线产品的风暴相对螺旋度对山西暴雨的诊断

介绍了风暴相对螺旋度（SRH）的原理及基于多普勒天气雷达垂直风廓线（VWP）产品计算螺旋度的方法，探讨了不同时间分辨率对螺旋度应用效果的影响，最后重点对山西2个典型夏季暴雨个例分别做螺旋度诊断分析。结果表明：利用VWP产品计算的SRH具有较好的时间分辨率，可用于山西夏季暴雨的短时临近预报研究，相较于15min和30min，1h分辨率的螺旋度数据稳定、曲线平滑，更有利于直观分析和业务化；螺旋度强弱变化趋势与降水大小的变化趋势比较吻合，螺旋度变化一般提前于降水变化，有1—2h的提前预报量，可以作为短时（临近）预报降水开始、维持、结束的一个有效预报因子。

面向资料同化风廓线雷达水平风产品质量初步分析

为了实现我国风廓线雷达资料能尽快应用到业务数值预报同化系统,以改善数值预报模式初始场,文章对风廓线雷达水平风产品质量特点进行分析,为质量控制和同化应用提供依据。通过该类资料与数值预报背景场的对比并结合探空和降水等资料,分析了风廓线雷达水平风产品数值预报应用的质量特点并明确了质量控制需要关注的问题。分析的风廓线雷达水平风产品的数据来源是国家气象信息中心国家级气象资料存储检索系统(MDSS),分析资料时间时段为2012年5月1—31日。结果显示:针对资料同化应用,小时平均采样风优于实时采样风;现有风廓线雷达水平风产品包含大量超过有效探测高度的数据,这些数据相对数值预报背景场偏差异常偏大;在各自设定有效探测高度范围内的资料,PA型号雷达水平风产品相对数值预报背景场偏差最小,PB型号次之,LC型号最大;在设定有效探测高度范围内的资料相对数值预报背景场基本无偏,偏差在一倍标准差范围内的数据量达到89%以上,二倍标准差范围内的数据达到97%以上,三倍标准差数据达到98%以上;降水是影响资料质量的重要原因,应用时需针对降水进行细致分析与质控。

新一代雷达风廓线与探空风廓线资料相关分析

利用南昌新一代多普勒天气雷达获取的2002～2005年37次（共计614组样本）完整风廓线资料，与同期探空风廓线进行相关分析。结果表明：探空风廓线与雷达风廓线之间具有比较好的相关性。风向相关系数R≥0．6次数占总数78％，其中R≥0．8次数占总数60％。风速相关系数R≥0．6次数占总数81％，其中R≥0．8次数占总数57％。随着高度增加，探空风向与雷达风向的相关度明显降低，风速的相关变化不大。

济南边界层风廓线雷达与L波段雷达大风探空测风对比

基于相同站点的济南边界层风廓线雷达(WPR)和L波段雷达大风探空测风(以下简称LW)资料,采用相关、拟合、廓线分析等方法,系统地对比两者大风(≥10.8 m·s^-1)数据的各统计特征、相关性、时空变化规律的异同。结果表明:(1)两者u分量、v分量、风向、风速的相关系数分别为0.973、0.965、0.994、0.665,标准偏差分别为2.04 m·s^-1、2.88 m·s^-1、10.82°、2.53 m·s^-1,大风数据相关性总体较高,且相关系数风向优于风速的、降水样本优于非降水的,表明WPR观测大风数据可信、降水期间WPR水平大风数据可以使用。(2)两者大风风向、风速基本一致,但在低层差异较高层的大,尤其是340 m及以下高度层更显著,降水、非降水、全部样本在2980、1900、2740 m以下WPR风向值均略小于LW,而在1300、2740、1660 m以下WPR风速值均略大于LW。(3)两者资料互补性总体较好,大风风向、风速、v分量差值随高度变化符合对数律递增或递减规律,但u分量需分段拟合;在进行回归方程求算和资料互补时,应考虑差异随高度等的变化。

UHF风廓线雷达降水数据判别方法的比较与评价

给出了5种UHF风廓线雷达降水数据的判别方法,利用北京CFL-16型对流层风廓线雷达于2007年6—8月获取的部分观测数据,对5种判别方法进行对比分析。结果表明,这些方法在降水天气下判断正确率都在89%以上,其中,建立关于垂直径向速度和信噪比、垂直径向速度和谱宽的判别函数两种方法判断正确率均达99%以上。

利用风廓线雷达资料对南京地区低空急流的统计分析

为了解南京地区低空急流的活动特点,对两部风廓线雷达在2005—2008年收集的风廓线数据,分别从低空急流的月变化、日变化、急流中心特征以及伴随的天气情况等几方面开展了统计分析和对比研究。结果表明,低空急流存在明显的月变化及日变化规律,春、夏季出现低空急流次数多于秋、冬季;凌晨和夜间是低空急流活动的活跃期,且午夜出现极大风速的概率最大;低空急流中心主要出现在1 400 m高度以下,且低空急流中心速度的增强有利于降水的发生。夏季低空急流的出现有利于暴雨的发生。边界层风廓线雷达和对流层风廓线雷达的统计结果具有较好的一致性,两部雷达都能够较好地连续监测低空急流的发生发展。

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。

济南边界层风廓线雷达与L波段雷达探空测风资料对比研究

采用统计、相关分析等方法,对2014年济南站边界层风廓线雷达观测资料和L波段雷达探空资料进行了长期时空变化规律的对比,进而研究了地面无降雨、有降雨时段两者的风向、风速数据的相关关系及差值。结果得出全年有降雨、无降雨时段两者的风向、风速总体一致性较好,相关性较高,并具有较好可比性和互补性的结论,对了解固定式边界层风廓线雷达探测的准确性,改进观测资料质量控制方法等具有很好的参考价值。

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。

边界层风廓线雷达在降水时段中的在线分析应用研究

本研究提出了一种在边界层风廓线雷达连续运行的降水探测时段中对降水频谱进行在线分析的新的应用方式。详细介绍了边界层风廓线雷达在线分析原理和方法。同时结合典型降水频谱个例,分析了可获得的多个潜在的气象参数和信息。并指出,该在线分析方式的实施可以使风廓线雷达的应用领域从晴空探测向降水测量拓展;有效缓解当前风廓线雷达应用存在的瓶颈问题;间接证明边界层风廓线雷达组网间距不固定的观点。文章分析说明,随着在线分析方式的推广应用,边界层风廓线雷达将成为单站精细化气象探测和预报/服务的重要工具。

上海LAP-3000边界层风廓线雷达在强对流天气预报中的应用初探

在简要介绍上海LAP 3000边界层风廓线雷达探测原理和产品生成的基础上,利用近两年来搜集的资料,分析风廓线雷达资料短时强降水、龙卷风等局地强对流天气预报中的应用。结果表明,LAP 3000边界层风廓线雷达资料时间和空间分辨率较高,能有效揭示常规天气资料难以分析的一些大气动力和热力特征,在短时强对流天气预报中有较好的业务应用前景。

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。

风廓线雷达对折射率结构常数的实测分析

大气折射率结构常数(Cn2)是大气中折射率大小的体现,为了改善风廓线雷达(WPR)数据质量,提高WPR数据业务应用的可靠性,对边界层风廓线雷达近1年的实测数据采用归纳对比的方法,分析得到Cn2与温度湿度变化的关系,并总结出成都地区晴朗天气下,四季Cn2量级的变化范围,与理论推导一致。夏天10-12到10-20,春秋10-13到10-20,冬天10-14到10-21,此外,根据降水量大小不同,Cn2提升3到6个量级,获得这些定量的范围,为相关风廓线雷达产品识别提供了方法和依据。

UHF风廓线雷达谱矩估计值降水特征研究

根据降水云的结构一般将降水划分成为对流云降水和层状云降水。本文分析了UHF风廓线雷达垂直波束谱矩估计值分别对应这两种类型的降水天气下的特征,包括垂直径向速度、谱宽。为了进一步对比,还分析了上述各参量在晴空天气下的特征。研究表明:UHF风廓线雷达谱矩估计值降水特征明显,表征清晰,具有代表性。并基于上述特征,对北京2007年6月27日的一次降水全过程进行了分析,验证了这些特征的适用性和可靠性。因此,通过特征提取以及对应模板的建构,可为今后自动识别UHF风廓线雷达数据中所反映的天气情况提供一种新的途径。

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)。

对流层风廓线雷达资料质量分析

为了检验对流层风廓线雷达观测数据的准确性,利用2014年6-7月咸宁的对流层风廓线雷达和GPS移动探空资料,以GPS探空观测值为参考,对对流层风廓线雷达的观测质量进行对比分析,定义两者风向偏差在15°以内或风速偏差在3m/s以下的样本为有效样本,通过比较有效样本占总样本数的比值来判断风向和风速数据的质量。结果表明：降水量对风场影响不明显,风速和风向有效样本数的变化不同,比较时段内,风向数据的质量优于风速,降水提高了风向数据的质量;1~10km高度,风向数据的质量较好,而降水将提高该数据的质量;8km高度以下,风速数据的质量较好,降水对该数据的质量起反效果。总体来说,除近地层（1km以下）外,风速值越大,风向数据的质量越好,降水对高层风向数据的质量有正贡献。

UHF多普勒风廓线雷达资料的初步分析和应用

本文通过1989年7月下旬和8月前半个月京津冀UHF多普勒风廓线雷达探测结果,介绍UHF雷达风廓线资料,并通过几个实例对资料进行初步的分析。