聚类算法在四个超级单体强对流过程雷电预警中的应用

选取2020年5月3日邢台出现四个超级单体的强对流过程,以6分钟的间隔对三维闪电数据进行划分,使用DBSCAN聚类算法删除离散点,使用K-means聚类算法对三维闪电数据进行聚类分析。选取轮廓系数最大的K值,并与雷达回波拼图数据进行对比,识别四个超级单体并计算聚类中心和聚类最大半径,使用趋势外推法对四个超级单体的运动轨迹进行预测。分析表明:DBSCAN聚类算法可以有效删除离散点,操作性强;四个超级单体的K-means算法聚类中心和30 dBZ以上的强回波区域一致性较好,可以获取聚类中心运动轨迹和聚类最大半径;使用临近三个时次数据进行趋势外推,MSE最小,该方法对雷电预警信号发布有参考价值。

基于多普勒雷达探测技术的沿海地区暴雨预警方法

依靠单一的波束反射率特征信息,其预警结果的虚假警报比例较高,对此,提出基于多普勒雷达探测技术的沿海地区暴雨预警方法。运用多普勒雷达探测技术捕捉雷达波束反射因子后,提取隐藏的径向辐合参量,得到全面的天气雷达数据,并通过退速度模糊方法进行数据修正。以梯度下降算法为核心,对目标气象数据进行反演分析。通过TITAN算法识别暴雨云团,建立雷达回波特征匹配方法明确暴雨云团状态。最后,通过WSR-88D探测算法计算暴雨指数,实现沿海地区暴雨预警。结果表明,所提方法的虚假警报比降低了17%与24%,准确完成了沿海地区的暴雨预警。

南昌地区雷击事件气候统计与天气分析

为了更好地监测预警南昌地区雷电天气,减少雷击引发的人员伤亡事件的发生,使用南昌市2000-2022年历史雷击事件资料进行气候统计与天气分析。结果表明:2000-2022年南昌地区雷击事件共出现96次,雷击事件的年、月、日变化均为“单峰”型;500 hPa高空槽,低层辐合、高层辐散等天气系统是产生雷击事件的重要天气系统,中层干舌与低层湿区的交汇处最易产生雷击事件;雷击事件的10 min闪电频次与45dBZ雷达回波强度相关性较好,闪电密集发生在≥45dBZ回波中。研究结果为南昌地区雷击事件的监测预警提供了分析依据。

2022年江西大暴雨回波面积识别特征分析

为了做好大暴雨天气的监测预警工作,文章使用MICAPS、自动气象站、雷达拼图等数据,采用天气学、雷达气象学等原理和回波面积自动识别等方法,对2022年江西6次大暴雨天气过程进行分析,结果表明:1)500 hPa低槽东移,低层辐合线、切变线与高空分流区重叠,大气层结不稳定,并伴有中等强度的对流有效位能和偏强K指数是江西大暴雨过程的基本天气系统和环境条件。2)大暴雨的回波具有絮状回波特征,在大范围混合性降水回波中有≥45 dBZ的回波单体、短带、回波带(团)存在,是造成短时强降水的主要回波系统;45 dBZ强回波顶高一般在6 km或以下,低质心特征明显。3)通过DBSCAN算法和散点轮廓算法计算出≥45 dBZ暴雨回波面积、回波强度、回波中心位置等特征,为预报方法提供接口数据。研究结果为江西大暴雨天气的监测预警提供了分析依据。

2022年3月14日江西及周边地区冰雹回波特征分析

为更好地开展对江西冰雹天气的监测预警工作,使用MICAPS数据、自动站数据、雷达拼图数据、雷达PUP产品数据、双多普勒雷达反演风场数据、冰雹灾情照片视频和微信冰雹信息反馈等资料,采用天气学、雷达气象学等原理与方法,对2022年3月14日江西及周边省份冰雹回波特征进行分析,结果表明:3月14日,江西及周边省份多地出现冰雹,20个区域站出现≥17.2 m·s^(-1)的大风,24个区域站出现≥50.0 mm的降水,且雷暴大风和冷空气大风混合出现。200 hPa高空出流区、500 hPa南支槽和风速切变、850 hPa低涡和切变线、地面辐合线和西南倒槽是冰雹天气主要系统;南昌订正后较大的CAPE、较强逆温层、中层干区和低层湿区为冰雹天气发生提供了环境条件。冰雹以超级单体回波为主,有时孤立存在,有时存在于回波群、回波带之中;回波强度≥60 dBz,强回波面积最小≥18 km^(2),最大≥180 km^(2);30~60 dBz强回波梯度距离≤6 km,具有明显的云砧前伸回波;冰雹回波生命史多数在2 h以上。在冰雹回波识别中,垂直积分液态水含量(VIL)是一个很重要的特征。江西冰雹单部雷达VIL在35~60 kg·m^(-2),雷达拼图上VIL为35~50 kg·m^(-2)。在冰雹回波2.5 km CAPPI图上,冰雹回波强度均≥60 dBz,最大可达65 dBz;在双多普勒雷达反演风场上多数回波中心具有中涡旋结构、侧面辐合风场、南北风场辐合等特征;有些个例风场比较凌乱。上述分析结果为江西冰雹天气的监测预警提供了分析依据。

景德镇一次雷暴回波“崩塌”现象与强风关系的分析

为了解雷暴回波形成强风的原因,使用自动气象站数据、雷达拼图组合反射率(CR)产品、新一代天气雷达(CINRAD-SA)、雷达产品生成子程序(PUP)和景德镇TWP3型边界层风廓线雷达等资料,采用天气学、雷达气象学等方法,对2017年8月20日雷暴回波的特征进行分析,结果表明:(1)赣东北强风过程的影响系统为西太副热带高压(北部边缘),500 hPa前倾槽、湿度锋、850 hPa切变线,地面有辐合线等。(2)景德镇附近不断有对流回波新生、发展、合并,组合反射率(CR)强度达到65 dBZ,60 dBZ强回波面积增大≥100 km^(2),回波处于最强盛时刻,但没有出现大风。(3)温度锋区和湿度锋区对雷暴回波的影响主要表现在新生对流回波、回波快速发展和回波异常活跃上。(4)强风往往产生于雷暴回波最强盛至快速减弱时刻,CR回波强度60~65 dBZ减弱为55~60 dBZ,55 dBZ回波面积快速减小且分散;回波顶高(ET)从18 km降到15 km;垂直积分液体水含量(VIL)从50 kg/m^(2)降到30 kg/m^(2);这些变化在两个体扫时间内快速完成,故称为“崩塌”现象。(5)反射率因子垂直剖面RCS上,CR回波强度从60 dBZ降到55 dBZ,55 dBZ回波面积迅速减小;径向速度垂直剖面(VCS)上,强回波区由正负速度对、低层辐合、高层辐散迅速转变为负速度区;地面开始出现强风。研究结果对局地雷暴大风或强风天气的预警监测有指导意义。

铜仁市一次雷暴大风过程分析

利用常规站资料、ERA5资料(0.25°×0.25°)、务川雷达和铜仁新一代多普勒天气雷达资料对2022年4月24日发生在贵州铜仁市多个区(县)的一次雷暴大风过程进行分析。结果表明:(1)此次天气过程发生在上干下湿的不稳定环境中,高空槽、南支槽、低涡、切变线和地面辐合线都为此次强对流天气过程提供了触发条件。(2)大的DCAPE值、中层中等强度的垂直风切变和低层较强的垂直风切变以及较大的850 hPa与500 hPa的温差都是利于大风产生的条件。(3)大风常常出现在弓形回波前部突出处,高悬的强回波、弱回波区、高的回波顶高以及径向速度中出现逆风区和强并且深厚的中层径向辐合等都是出现大风天气的雷达产品特征。

黑体亮温TBB与风暴跟踪信息STI对应关系

为了更好地应用TBB及STI产品,文章使用卫星云图黑体亮温TBB资料、江西雷达拼图STI产品等资料,采用图像对比方法,探讨TBB与STI之间的关系。结果表明:1)黑体亮温TBB与风暴跟踪信息STI密集程度呈一定负相关,即雷达回波强度越大,TBB最低值越低。2)TBB与STI负相关负贡献情况可以分为2种,第1种情况为TBB密集强盛,但STI不密集,第2种情况为TBB稀疏值高,但STI相对密集。3)超级单体TBB冷云特征明显,外侧边缘亮温梯度加大;雷达拼图STI密集指向区也十分明显,TBB低值区与STI密集区移动方向一致。上述研究成果为TBB及STI相互印证和监测江西强天气过程提供了参考。

一次超级单体的多普勒特征和数值模拟特征对比分析

首先利用多普勒雷达分析了影响广州的超级单体的典型特征。从反射率因子产品中可以观测到指状回波、V型缺口、弱回波区、回波悬垂和回波墙。截取沿着风暴低层入流方向并通过反射率因子核区的垂直剖面,分析出云内存在两支对峙的上升和下沉气流。随后利用三维对流风暴云模式模拟了此次过程。模拟的最大反射率因子为75 dBZ,60 dBZ回波核区厚度超过了14km,比实际探测值偏大,这是模式本身的问题,其主要原因是没有考虑衰减的影响,也可能是模式初始扰动偏大和粒子非球形的影响。模式还给出了超级单体强盛时的流场结构：近地层以辐合气流为主,为雷暴出流；其上上升气流占据主导地位,为辐合风场；但在顶端没有给出携带降雨粒子的出流所产生的云砧。另外,模式较好地模拟了云内垂直运动的演变：开始时,地面辐合形成有组织的上升气流；随后上升运动加大,具有倾斜性,促使单体进一步发展；之后,单体内出现了下沉气流,与上升气流并存,但上升气流占主导地位；风暴强盛时近地层辐散加强；此后,下沉气流逐步控制云体,单体迅速减弱。

深圳一次强飑线过程的闪电频数与天气雷达回波关系分析

利用深圳市气象局的闪电定位网资料、多普勒雷达资料和常规天气资料,分析了深圳地区2012年4月一次强飑线过程的地闪变化特征以及闪电活动与雷达回波特征的相关性。结果表明,在整个飑线过程中随着时间的推移,正地闪占地闪总数的比例虽然有所增大,但负地闪仍然占绝对优势,正、负地闪主要发生在30 d BZ以上的强回波区,地闪分布与雷达回波强度表现出很好的对应关系;在-10℃、-15℃和-20℃三个高度层上,雷达回波强度的每一次跳跃变化都对应着地闪频数的跃增,且地闪频数跃增的时间与回波强度跃增时间一致,其中-20℃层高度上回波强度与地闪频数相关性最好;在飑线过程不同阶段,雷达回波强度的概率密度分布等特征量可以反映闪电频数在相应时期的变化;另外,强回波面积与闪电活动也有较好的相关性,其中-5℃层高度上超过40 d BZ的雷达反射率面积与地闪频数的相关系数为0.90,其对数拟合优度R2为0.798,各温度层上相关系数最高项的线性拟合效果均好于对数拟合。

脊柱旁反射区埋线治疗腹泻型肠易激综合征临床观察

目的:观察脊柱旁反射区埋线疗法对腹泻型肠易激综合征的临床疗效。方法:选80例腹泻型肠易激综合征患者随机分成两组,治疗组在脊柱旁反射区埋线,对照组口服奥替溴胺片。结果:治疗组在腹痛、大便次数、烂便和黏液便等症状上的改变明显优于对照组。结论:脊柱旁反射区埋线疗法治疗腹泻型肠易激综合征疗效优于单纯的药物治疗,值得进一步推广。

多普勒雷达速度场缺测区域填补技术的数值模拟

针对多普勒天气雷达探测风场时,常因大面积无回波区的存在,对提取平均散度和平均形变信息的精度有较大影响。利用Sirmans建议的技术来模拟降水回波信号,得到含有0、1、2阶谐波的平面线性速度场并进行加噪处理,得到近乎真实的多普勒速度场。对模拟的平面线性速度场人为设定无回波区,利用VAD技术和迭代法对平面线性速度场做连续性缺口和非连续性缺口的迭代法填补。数值模拟结果表明:对于模拟的无噪声平面线性速度场,迭代法可以基本无误差填补连续性累积缺口在10°到180°的速度场无回波区;对连续性累积缺口,在σ_v=2m·s^(-1),SNR≥5 dB和SNR=20 dB,σ_v≤4 m·s^(-1)的情况下,连续性累积缺口在120°以内,迭代法能较高精度地填补速度场无回波区,填补后0、1、2阶谐波误差绝对值基本能控制在15%以内,80 km距离圈上缺口处迭代前后速度相对误差均在30%以内;对非连续性累积缺口为0°～180°的平面线性速度场,在附加不同噪声条件下,迭代法均可较好地填补累积缺口在180°以内的平面速度场,且80 km距离圈上缺口处迭代前后速度值误差均能控制在15%以内。说明利用迭代法填补多普勒速度场无回波区,填补效果较好,精度较高,这对改善从多普勒速度场中提取平均散度和平均形变信息的精度有极大的帮助作用。

常规雷达测量回波区内部运动及与多普勒雷达的比较

本文首先简要介绍矩不变量法测量回波区内部流场的原理和实施方法,尔后用数字化雷达的PPI资料,据上述原理和实施方法得到回波区内部各回波模块的u,V分量及它们所在方位的径向速度,并将这些径向速度和同时测得的多普勒径向速度相比较。结果表明,在分析的两次天气过程共4个个例中,其准确率可达80％左右,若除去边缘效应所产生的错误风矢量,则准确率可达90％以上。这为中、小尺度灾害性天气监测和预报、云物理和人工影响天气等方面的研究提供了一个较可靠的探测手段。

河北省雷暴大风的雷达回波特征及预报关键点

应用河北省石家庄新乐CINRAD-SA雷达资料对2006—2008年河北省中南部地区262个站雷暴大风的雷达回波特征进行统计。分析发现,雷暴大风的主要雷达回波特征有弓形回波、阵风锋和径向速度大值区,出现其中一个或多个特征均可发布雷暴大风预警。根据以上雷达回波特征能够对66%的雷暴大风发布预警,34%的雷暴大风仅仅依据雷达资料无法预警,其中孤立块状回波占39%,带状回波占61%。弓形回波仅占雷暴大风的19.8%,能够观测到的阵风锋回波仅占16.8%,65.3%的雷暴大风观测到径向速度大值区,径向速度大值区是雷暴大风最重要的雷达回波特征。径向速度大值区的形成一般早于弓形回波和阵风锋回波,依据径向速度大值区可更早发布雷暴大风预警。

新一代天气雷达产品在南疆冰雹天气中的分析及应用

利用南疆阿克苏新一代天气雷达CINRAD/CC的基本产品和导出产品,分析了阿克苏一次冰雹过程的环流背景、环境因子以及冰雹云多普勒天气雷达的回波特征,发现中等强度的垂直风切变和弱回波区是此次冰雹天气的重要特征,并得出垂直累积液态水含量、回波顶高和FY-2C定量产品的简明预报判据,为南疆地区冰雹的临近预报提供了依据。

沈阳一次局地大暴雨过程中逆风区的回波演变

利用沈阳CINRAD/SA多普勒天气雷达观测资料及加密自动站资料等,对2009年7月11日发生在沈阳西部的中尺度大暴雨天气过程进行分析。结果表明:雷达1.5°仰角PPI图上有逆风区存在,逆风区出现的时间要比强降水出现的时间早10 min以上,强降水区与逆风区、强回波区、VIL值的大值区有较好的对应关系,逆风区的出现对强对流天气的预报预警有指示作用。

FY-4A卫星闪电资料在台风飑线天气监测中的应用能力分析

为更好地开展风云四号气象卫星(FY-4A)闪电资料的业务化应用提供参考,结合地闪和多普勒雷达数据,对受2018年第22号台风"山竹"影响、于9月17日晚间在江西境内形成的台风飑线过程,对比分析了2种闪电资料的空间分布和时间演变差异,以及两者的频数与45 dBz以上强回波面积的时间演变特征,分析了卫星闪电与TBB低值区和地面大风位置的关系.研究结果发现:地闪的位置多超前于卫星闪电,两者的时间变化趋势基本一致,但卫星闪电的变化幅度远较地闪显著;卫星闪电基本位于TBB≤-72℃处及邻近区域;在对流强烈影响阶段,尽管卫星闪电频数的波动较大,但仍与强回波面积有同步增大的特征;伴随的雷暴大风大都发生在卫星闪电密集区的前沿,且偏于移动方向一侧,与相同时段的地闪相似,表明它们对判识雷暴大风的可能发生位置有较好的辅助作用.

宁夏北部一次短时暴雨中尺度对流系统的特征分析

利用自动站、闪电定位信息、多普勒雷达、卫星黑体亮温等气象资料，对2008年7月18日夜间宁夏石炭井的短时暴雨天气进行了分析。结果表明：此次单站短时暴雨是在“西高东低”的环流背景下，受东北冷涡后部横槽和低值系统影响，由两个相对较强的对流单体先后影响而后合并维持造成的。中尺度对流系统在宁夏北部持续时间近6h，云项亮温梯度最大值维持在石炭并一带；对应3次强降水时段，雷达回波强度、回波顶高、VIL出现了3次峰值，径向速度出现了气旋式辐合和逆风区结构，逆风区出现时间较强降水出现提前了20～30min，与强降水的发生、发展和减弱有较好的对应关系；闪电发生高密度区位于降水中心前缘，闪电频率突然增大时间较强降水出现超前1h。

强弱降水超级单体风暴雷达回波特征对比分析

应用天气图、卫星云图资料,重点应用天津新一代天气雷达(CINRAD/SA)产品,对2002年7月15日发生在天津市宁河县的冰雹天气过程和2005年8月16日发生在天津地区的强降水天气过程进行对比分析,重点分析了速度图上中尺度系统的回波特征和反射率图上的图像特征。结果表明:虽然产生这两次强对流天气的影响系统不同,但雷达回波上显示都是超级单体风暴,强降水超级单体风暴产生的是77.5 mm.h-1的暴雨且回波移动方向不会发生改变;弱降水超级单体风暴产生的是直径40 mm的大冰雹且回波移动方向发生了180°的改变。速度图上的特征也不相同,强降水超级单体风暴显示的是"逆风区"特征;弱降水超级单体风暴显示的是中气旋特征。对回波转向原因进行了分析,得出了回波将向核区直径较大、旋转速度较大的中气旋所在方位转向的结论。

斜入射条件下角锥棱镜光学特性分析

角锥棱镜具有严格的后向反射特性。激光斜入射条件下,会造成角锥棱镜有效反射面积的减小及附加光程差,对激光主动探测及激光精确测距产生影响。利用几何光学原理,建立了斜入射条件下角锥棱镜有效反射面积数学模型,针对激光精确测距要求,推导了附加光程差与入射角的关系。理论分析及数值仿真结果表明,激光主动探测系统回波功率随入射角的增大而减小,不同的入射方位角对应不同的最大可探测入射角。对于给定的角锥棱镜,测距精度随入射角的增大而减小,在角锥棱镜最大允许入射范围内,测距精度误差可达2.85 mm。这对角锥棱镜的设计和实际应用具有指导意义。