基于风廓线雷达的四川盆地西部强降水过程风场特征

根据暖区暴雨的分型(西南涡型、副热带高压边缘型、西南急流型和东南风型),选取四类天气背景下四川盆地西部(成都地区)的暴雨过程,利用风廓线雷达新资料,详细分析了青藏高原-四川盆地特殊地形下,不同类型暖区暴雨中典型强降水发生、发展时的风廓线特征。研究表明:(1)风廓线雷达资料可以很清楚地表现出对流层及边界层存在的中小尺度系统,不同类型强降水过程的风场演变特征同特殊地形与区域环流及天气系统的相互作用密切相关,除副高边缘型外,其他三种类型暖区暴雨典型过程发生前或发生时都出现了边界层东北风或偏东风;(2)垂直速度变化梯度大,直观地体现了这几次过程时间短、对流强的特征,降水开始后,向下的垂直速度明显减弱甚至转向的突变时期,代表气层中上升运动的明显增强,这种垂直速度的突变对于强降水的预测有指示意义;(3)垂直速度极值在强降水发生前或发生时会明显增大,并伴随有极值层降低的现象,水平风速极值和极值层有同步的增减趋势,大部分强降水过程发生前,中层都出现了中尺度急流,并伴随急流层的降低;(4)在这四种类型的暴雨过程中都有低空急流的参与,其中副高边缘型和西南涡型暴雨过程中,低空急流指数第一次增大都对降水的开始有1~2 h的预报提前量,而在东南风型和西南涡型过程中低空急流指数的突增预示了降水强度的增大。

超强台风“莫兰蒂”(1614)边界层结构的风廓线雷达观测分析

利用翔安风廓线雷达和厦门探空雷达资料,对2016年超强台风“莫兰蒂”外雨带(距离台风中心120~220 km)和外围晴空(距离台风中心400~630 km)边界层结构进行观测分析,结果表明:在超强台风“莫兰蒂”外雨带,风廓线雷达反演的最大切向风速高度分布在入流层下方0.5~1.0 km处,并且随着台风中心的靠近,最大切向风速和入流层高度都有降低的趋势,受降雨粒子的影响,风廓线雷达只能定性反映台风外雨带最大切向风速高度和入流层高度分布特征。在超强台风“莫兰蒂”外围晴空天气下,最大切向风速高度与入流层高度具有一致性,其边界层高度变化比较平稳,高度分布在1.2~1.6 km之间,能够定量反映台风外围晴空边界层高度分布;相对于传统热力驱动的湍流,台风系统边界层湍流主要由风切变驱动,台风外围湍流活动的增强主要发生在最大切向风速高度附近,除了风切变还有其他比较重要的驱动源,表明在台风边界层顶部附近有更加复杂的湍流活动,需要更加精细的湍流通量试验确定其来源。

STMAS同化风廓线雷达对台风“利奇马”融合实况风场的改进分析

为分析STMAS(space-time multiscale analysis system)同化风廓线雷达对三维风场的改进效果,本文以GRAPES-MESO、GRAPES-GFS 2种预报场作为背景场,对STMAS系统融合浙江省及周边一定范围的L波段边界层风廓线雷达数据,进行4组对比试验。通过试验结果与探空雷达实况数据和EC(european meteorological center)再分析资料的对比分析发现:(1)STMAS中融合越多的风廓线雷达信息,融合后的结果改变越明显;(2)从本文试验时段内各时次各层次试验数据与探空雷达差异的平均值来看,以GRAPES-GFS为背景场的融合效果相对较好;(3)通过与探空雷达对垂直风速的对比发现,接入风廓线雷达的STMAS风速场比未接入的STMAS风速更接近实况值,同时STMAS风速场比EC再分析资料更接近探空实况。

沈阳2次重污染天气过程的风廓线雷达观测结果对比分析

为进一步研究重污染天气的形成机理,利用风廓线雷达资料、常规气象观测资料和大气污染物监测资料,对2015年11月6—10日和2019年3月2—6日(分别简称“过程Ⅰ”和“过程Ⅱ”)沈阳2次重污染天气过程进行对比分析,重点总结风廓线雷达直接探测产品和反演产品的演变特征。结果表明:过程Ⅰ,污染重,污染物浓度增速快,能见度持续偏低,下沉速度大,动力条件更稳定,且雷达接收的气象回波信号强。低层始终维持高强度的暖平流,为污染物浓度达到异常峰值提供强力的暖湿条件。过程Ⅱ,污染相对较轻,冷、暖平流交替出现,使污染物浓度呈波动式上升,增速慢,能见度存在日变化,下沉速度小,且雷达接收的气象回波信号弱。2次重污染过程都受外来污染物输送影响,但输送路径不同。

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。

测风激光雷达与风廓线雷达的探测性能评估及数据融合

测风激光雷达和风廓线雷达作为L波段探空测风的有效补充,均可以提供高时空分辨率的大气风场信息,然而由于工作原理和适用条件存在明显差异,在探测性能上各有优缺点,单一设备的探测数据已不能满足精细化预报的要求。本研究使用2020年1—5月北京南郊观象台的L波段探空资料对同址观测的测风激光雷达和风廓线雷达进行了数据质量评估,结果表明测风激光雷达与探空的一致性较高,U、V分量的相关系数分别为0.97和0.98,均方根误差分别为1.1和0.95 m·s^(-1),然而在2 km以上数据获取率较低且偏差较大;风廓线雷达与探空相比,U、V分量的相关系数分别为0.94和0.93,均方根误差分别为2.94和2.91 m·s^(-1),风廓线雷达的探测距离虽然更远,但在0.5 km以下和6 km以上的测量偏差较大。考虑到两种测风雷达在不同探测高度上的性能优缺点,提出分段曲面拟合法对两者的水平风资料进行融合处理,并选取个例对融合效果进行验证,结果表明,融合后的风廓线与融合前相比,风向和风速的一致性均得到明显提升。

风廓线雷达产品在贵州降雪冻雨天气中的特征分析

利用贵阳机场CFL-03型大气边界层风廓线雷达(Wind Profile Radar,WPR)资料、贵阳机场自观资料等,针对典型降雪和冻雨个例,以及贵阳近三年发生的降雪和冻雨过程的特征进行统计分析,结果表明:①WPR的水平风场反应出降雪期间冷空气厚度及强度都超过冻雨,并且中低层主要为冷平流,而冻雨中低层主要为暖平流;②高层大气折射率结构常数C_(n)^(2)增大/减小在时间上超前于降雪的增强/减弱,可以反应降雪强度变化的趋势;③降雪阶段的回波强度分布在垂直方向上向左倾斜,高层回波强度的变化对降雪强度的变化具有指示性;冻雨的回波在垂直方向呈现“强弱强”的分布,与温度场在垂直方向上的“冷-暖-冷”的层结分布一致;④冻雨天气下粒子的下落速度小于降雪,雨夹雪的下落速度比纯雪更大,小雪下落速度最小。

京津冀风廓线雷达组网资料评估及应用研究

基于2019年京津冀地区22部风廓线雷达逐小时产品数据,从资料收报率和50%有效数据获取率的探测高度两个角度分析了风廓线雷达探测能力,利用北京探空数据和NCEP1°×1°再分析资料对风廓线雷达水平风廓线数据进行了质量评估,并初步进行了组网资料应用。主要结论如下:(1)风廓线雷达50%有效数据获取率高度69月均能达到指标要求,表现为夏季探测高度高、冬季探测高度低的趋势,边界层风廓线雷达50%有效数据获取率的探测高度最高出现在7月,对流层风廓线雷达的最高出现在8月。(2)风廓线雷达数据和NCEP1°×1°水平风场资料的不同高度层u、v分量的均方根误差平均为3.59 m/s,平均绝对误差平均为2.53 m/s,相关系数平均为0.81,具有最高的可用性,而均方根误差和平均绝对误差从低层到高层整体表现为“增大”趋势。(3)通过风廓线观测资料组网分析,得到不同高度层水平风场、涡度场、散度场及垂直风场等物理量分析产品,并对2019年8月6日一次降雨过程初步进行了产品应用分析,结果显示,组网后的产品能够提供更加精细化的高时空分辨率的物理量分析图,可及时提供更为丰富的高空中尺度水平风场和垂直速度场,能够有效应用到强对流天气分析中。

风廓线雷达在白鹤滩峡谷区风场探测的应用分析

本文利用白鹤滩水电站峡谷区2020年11月—2021年7月的观测数据,选择多种风场变化情景时段,将边界层风廓线雷达与地面和高空观测结果进行对比分析,以检验风廓线雷达在特殊地形下的探测效果。结果表明:(1)风廓线雷达能够准确捕捉到低空0.5~1 km的风速演变信息,且能够反映边界层低空急流和2~3 km低空急流的发展,以及山谷风的转换时间,雷达数据获取率在地面低风速时段较强风速时段高,但受自身探测体制的制约和山区峡谷特殊地形的影响,雷达在0.5 km以下获取的有效数据量少,且探测的风向风速与地面观测存在不一致,在低风速时段还有风速瞬时异常增大现象。(2)在峡谷区大风伴随降水天气中,风廓线雷达探测有效数据的高度增加且整层数据获取率增加,其中0.7~3.5 km数据获取率大于90%。且能够探测2~3 km的强垂直风切变及其高度变化。当降水增强时,雷达探测的大气折射率结构常数和垂直风速值都会显著增大,且大值区高度上升。(3)对比风廓线雷达与ERA5再分析数据和探空观测的结果,发现在4 km以下雷达探测结果稳定,在4 km以上由于雷达探测体制的影响,探测结果不稳定。具体表现为雷达能够准确探测低空急流高度和强度,并获取1~4 km冷暖平流特性。

风廓线雷达资料在强降水天气过程中的特征分析

文章利用两部风廓线雷达资料和常规观测资料,对宁夏固原2021年8月18日强降水天气过程进行分析。结果表明:①风廓线雷达对风场的变化具有较强的探测能力,能够反映大气上冷下暖的不稳定层结结构。②垂直速度能够反映降水的开始与结束,但与降水强度并未发现对应关系。无降水时,整层垂直速度为-1~1 m/s;强降水开始时,垂直速度迅速增大,可达5 m/s以上;降水减弱时,垂直速度也随之减小。③两部风廓线雷达的Cn^(2)需要具体分析,但均能反映降水的开始和结束,隆德站的Cn^(2)能够反映降水强度的变化。

基于风廓线雷达的大气扩散条件参数研究

利用河北省13套风廓线雷达资料,基于大气动力学原理和动力条件反演算法,计算出垂直风切变、散度、涡度和边界层通风量等参数产品。通过与探空资料计算结果对比,以及与近地面浓度联合分析,对4种参数算法进行检验,结果表明,反演产品的变化趋势和特征表现较为合理。以2022年11月9-11日河北境内一次区域PM_(2.5)(空气动力学直径小于等于2.5μm的颗粒物)污染过程为例,4种产品的具体分析结果表明:在污染积累过程中3 km以下垂直风切变从对角线到右下角依次减小,右下角数值多小于5 m/(s·km);涡度、散度数值基本都在20×10^(-5)s^(-1)以下,950 hPa等压面以下多小于15×10^(-5)s^(-1),静稳形势明显;边界层通风量数值小于3000 m^(2)/s。在污染物消散前垂直风切变整层数值升至10 m/(s·km)以上,2~3 km高度与0~1 km之间10 m/(s·km)以上风切变大值区对污染消散敏感性最强;850 hPa高空涡度、散度数值首先增大到30×10^(-5)s^(-1)以上,当20×10^(-5)s^(-1)以上涡度和散度区域扩展到边界层以内时,近地面PM_(2.5)浓度迅速下降;边界层通风量数值升至4000 m^(2)/s时,污染物浓度达标,沿着冷空气传输路径,下游站点数值增大滞后,多站点联合分析可用于下游站点的污染消散预报。

重庆风廓线雷达资料的适用性评估

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)第五代全球大气再分析资料ERA5,对2019年1月至2021年12月重庆沙坪坝TWP3型和酉阳TWP8-L(Ⅱ)型风廓线雷达风场数据进行评估分析。为了检验再分析资料ERA5在重庆的代表性,利用未被再分析资料同化的探空加密观测资料(2014—2016年每年6—8月)13时秒数据,对同时段的ERA5风场小时数据进行检验,发现两者平均偏差较小,表明ERA5再分析资料风场数据能够用于检验重庆风廓线雷达水平风的精度。同时,对比分析风廓线雷达与ERA5再分析资料。结果表明:低层水平风的相关系数低于中高层,但5000 m高度以下的差值为-1~1 m·s^(-1),且随着高度的上升,u分量差值表现出向负值增大,v分量差值向正值增大的分布趋势;高温少雨的夏季,风廓线测量的风场信息要优于冬季;降水天气会影响风廓线雷达的测风准确性。在低层,风廓线u分量在降水天气时的偏大幅度比无降水时稍强,而中高层上,降水天气对v分量的精度影响较为明显,v分量的偏小幅度比无降水时表现得要稍强;飑线天气过程中,在探测高度内,两种资料的风速大小较为接近,只是低层的u、v风场,风廓线较再分析资料略偏大。

风廓线雷达资料在典型天气过程预报预警中的应用

本文基于上海市宝山站2020年11月建成的探测高度16 km的对流层风廓线雷达(TWP16型)资料,结合多普勒雷达产品、宝山自动站观测和MICAPS高低空环流实况数据,对比分析了影响宝山地区的寒潮大风、强对流大风和台风大风过程中TWP16型风廓线资料的演变特征。结果表明:TWP16型风廓线资料对宝山地区上空垂直方向上高时空分辨率的风场变化有一定的刻画能力,能较好地反映出三类大风天气过程中高低空急流、垂直切变、冷暖平流的结构及变化,对影响本地的大风天气监测预警有一定的指示作用。

一次冷涡背景下强对流过程中风廓线雷达的应用

该文利用南通市兴东国家站风廓线雷达提供的资料,通过统计方法分析2017年8月7日南通出现的一次强对流天气过程。结果表明,此次强对流天气发生在冷涡背景下,处在副高边缘,本地水汽条件较好。风廓线雷达在强对流发生前能够清晰地体现冷暖平流的分布,风向风速的变化,对强对流过程的预报预警有很好的指示意义。垂直速度和信噪比与对流发生趋势较为一致,能够较好反映对流的变化。大气折射率结构常数能够很好地反映强对流的发生和结束。垂直风切变在强对流发生前60 min出现明显增大。

浙北地区多普勒雷达逆风区与风廓线雷达边界层大风提前量研究

浙江地区汛期雷暴大风天气多发频发,常导致经济损失和人员伤亡。为提高短临预报水平,文章利用地面自动气象站、多普勒天气雷达、风廓线雷达资料,选取2022年浙北地区雷暴大风个例,探究了雷达逆风区与边界层大风的关系并计算了地面大风的预警提前量。结果表明:多普勒天气雷达能提前探测到中低空和边界层逆风区的发生发展,较地面大风出现有平均16.9 min和11.4 min的提前量。通过2020~2022年的典型强对流大风个例分析,多普勒雷达逆风区–风廓线雷达边界层大风–自动站地面大风三者之间能形成短临预报提前量时间链,对地面雷暴大风的短临预警有指示意义。此外,2022年7月12日发生的下击暴流事件中,多普勒雷达最低仰角探测水平风场变化不明显,但风廓线雷达探测到高空风速突然增大,早于地面大风出现时间约33 min,表明风廓线雷达有利于提高下击暴流的提前预报预警能力。

风廓线雷达资料在秭归强降水过程中的应用分析

利用风廓线雷达对2018—2023年秭归发生的强降水过程在风廓线雷达上的特征进行研究。结果表明:造成秭归强降水的天气形式中,准正压类占比最高,其后依次为斜压锋生和暖强迫;在准正压类强降水天气过程中,风廓线雷达探测到的风速无明显变化;斜压锋生类和暖平流类有明显的急流发展、急流能量下传和大风速区范围的扩展,与强降水发生时段对应;斜压锋生类有明显的中低层切变线,暖平流则不明显;斜压锋生类及暖强迫类强降水过程中,降水开始之前都存在长时间的中低层上升运动,直至降水开始前0.5~1h,整层逐渐转变为下沉运动,且下沉速度大值时间段与强降水时段吻合。

风廓线雷达与毫米波云雷达在一次雨雪天气过程的测速对比分析

利用L波段风廓线雷达和Ka波段毫米波云雷达,分析了福建省罗源县2022年2月16—23日一次雨雪天气过程探测到的垂直方向上的速度,结果表明:(1)风廓线雷达和毫米波云雷达所测的垂直速度能很好地体现降雨强度的变化,两者均具有零度层亮带特征,毫米波云雷达在降雨开始时有更明显的测速反应;(2)风廓线雷达和毫米波云雷达两者测得速度趋势基本一致,且具有一定的相关性,但相关性程度需要更多的实例进行论证;(3)毫米波云雷达的数据分辨率要高于风廓线雷达,观测到的降水粒子速度内部精度要比风廓线雷达高,能更细致地反映降水云体的变化情况。

风廓线雷达资料在忻州市强降水过程中的特征及应用

在天气气象观测工作中,强对流天气作为观测重点,近几年来,相关的观测技术手段不断升级,以此力求及时掌握灾害性天气的发生发展趋势,提高天气预报的准确率。而风廓线雷达资料可以为气象工作者提供详细、准确的观测数据,还能够为相关部门提供决策依据,以此最大程度减少灾害损失。基于此,本文忻州市强降水过程进行特征分析,并结合实例探讨风廓线雷达资料在降水预报和灾害预警中的应用。从风廓线雷达资料的应用入手,深入分析了忻州市强降水的统计特征,通过忻州市强降水过程案例进一步说明风廓线雷达资料的应用价值和应用效果,以求推动气象科学的持续性发展。

风廓线雷达监控告警系统的开发与应用

风廓线雷达的数据传输故障常常难以及时察觉,由此对数据质量以及业务应用造成了一定影响。为解决这个问题,本文借助Visual Studio 2010开发工具,研发一个监控告警系统。系统根据风廓线雷达产品数据特点和文件命名规则,针对风廓线雷达产品数据未生成、超时限生成以及延时传输等问题,自动发出告警。测试的结果显示,该系统能够有效提高风廓线雷达数据传输的运行管理能力,为风廓线雷达的稳定运行提供保障。

多普勒激光测风雷达及风廓线雷达探测能力分析

本文就激光测风雷达和风廓线雷达的应用进行了实例分析,认为两者各有其独特的性能优势和应用场景。在实际应用中,可以根据需要选择合适的雷达系统,以提高气象探测的准确性和效率。