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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

2013年6月19-20日甘肃陇东南暖区暴雨多普勒雷达特征分析

应用天水多普勒雷达资料,分析了2013年6月19-20日甘肃陇东南地区大暴雨过程中暖区降水时段的雷达反射率因子、径向速度及PUP产品特征。结果表明,雷达反射率因子特征与我国东部、南部的暖区暴雨特征极为相似,局地强回波的列车效应明显,强回波一般低于45 dBz,且主要分布于0℃层以下;雷达径向速度反映出对流层中低层的暖平流、风场辐合结构和低空急流的维持有利于强回波及高频次列车效应的产生;γ中尺度涡旋的出现对强降水的临近预报具有明显的指示意义。

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。

青海互助一次局地强降水天气多普勒雷达回波分析

利用西宁CINRAD/CD多普勒天气雷达资料及自动站观测数据等从影响降水的主要因子方面探讨了2011年7月2日晚青海互助县一次局地强降水的成因,结果表明:多单体强回波带的活动是造成互助短时强降水的主要原因;速度图上强的辐合和逆风区是预报强降水的关键因子;垂直风廓线图上强烈的垂直风切变是不稳定能量积聚的表现,与强降水联系紧密;垂直累计液态含水量(VIL)和回波顶高也能为强降水预报提供有效信息。

机载广域监视雷达系统设计要点分析与仿真（英文）

机载广域监视模式是多功能机载雷达的重要模式之一。对广域监视模式进行的系统设计将在很大程度上影响最终动目标的检测及跟踪效果。因此,我们重点研究了多通道广域监视雷达的系统设计问题。推导了含有偏流角信息的广域监视雷达回波表达式。给出了系统信噪比和杂噪比的计算方法。这些都是进行系统设计的基础。详细分析了广域监视雷达系统设计时的四个关键因素,包括:距离走动和距离弯曲分析,杂波谱分析,多载频系统和多PRF系统分析,每个波位脉冲数分析。这四个关键因素都进行了仿真并在仿真后给出了相关结论。

多普勒雷达产品在祁连山区一次人工增雨作业中的应用分析

利用多普勒雷达资料,分析了2005年7月1日发生在河西中部及祁连山中段人工增雨降水过程的多普勒雷达回波及其产品的表现特征,认为这次降水过程是由于大尺度天气系统造成了大范围降水回波长时间维持,加之人工增雨作业共同影响的结果。其强度场、速度场具有混合性降水回波特征,并且在增雨催化阶段表现显著。速度图上的辐合流场、风廓线产品特征及雷达垂直积分液态水含量产品对进行强降水落区、降水系统移动、地面降水估计具有较明确的指示意义。反射率因子图上的零度层亮带和速度图上的汇合流场特征是把握人工增雨作业时机和部位的重要依据。祁连山中段沿山不同海拔高度地面降水的时间和空间分布特征,为检验增雨效果提供了研究依据。另外,从天气学和物理量诊断方面对此次降水过程进行了分析。

两次雷暴过程的地闪及回波特征

利用闪电定位系统、多普勒天气雷达、探空和降雨量资料,对南通地区2009年两次雷暴过程的地闪、降雨量和雷达特征进行了详细分析。结果表明:闪电主要集中在较强回波区域,40dBz及以上回波区域地闪尤为密集,但也有部分地闪尤其是正闪,发生在强回波边缘或回波弱的地方;40dBz回波高度突破-10℃温度层结高度的时间提前于第1次地闪,与地闪频数的变化一致性高;雷暴云发展过程中40dBz及以上雷达回波面积和地闪频数跳变较为一致,但出现连续降水时回波面积虽大,地闪频数反而减少;逐时降雨量和观测站周围20km范围内的地闪频数与时均40dBz及以上回波面积的相关性非常好。

重庆一次暴雨过程的雷达产品特征分析

利用重庆万州CINRAD／SB雷达产品对2010年7月8—10日发生在重庆东北部的暴雨过程进行了分析。结果表明：（1）此次过程主要以局地的对流性降水为主，降水回波在原地发展滞留时间较长，造成单点降水强度较大。回波相互合并，意味着能量的集中和辐合上升运动的增强，所以回波单体合并会导致单体呈现增强趋势；（2）降水过程中逆风区与邻近风场构成了强烈的辐合上升运动，影响水平辐合辐散的强弱和分布，有利于低层水汽的向上传输和降水粒子的降落；（3）从风暴移动情况来看，风暴均具有稳定少动、强度较强的特点，且消亡与生成时间相衔接，同一时间内无2个风暴并存现象。另外，风暴跟踪信息产品（STI）对风暴生成和消亡时的路径预测准确率不高，而成熟阶段的预报与实况吻合度相对较高。

安全射界图技术在人工影响天气指挥系统中的应用

为了进一步提高人工影响天气作业的安全性,利用雷达回波外推TREC、TITAN技术和安全射界图技术,生成人工影响天气预警产品、建议产品。利用雷达外推30min、60min产品与作业点最大射程的位置关系,输出作业预警产品。利用当前回波与作业点的位置关系,生成对空射击的仰角、方位角信息,利用安全射界技术进行筛选,生成实时、客观的作业建议产品,以此进行决策指挥,避免了人工决策安全射区可能出现的误差,达到了安全、高效作业的目的。

辽西地区锋前暖区型冰雹天气过程雷达回波特征分析

利用常规观测资料、MICAPS资料和雷达资料,对2000—2012年5—9月辽西地区冰雹天气过程进行分型讨论,按照地面有无冷空气影响将冰雹类型分为锋后冰雹型、高压后部偏南气流冰雹型和锋前暖区冰雹型,并重点对锋前暖区冰雹型进行中小尺度和雷达资料的诊断分析。结果表明:华北地区低值系统东移南压配合低空切变线和地面冷锋的共同影响是此类冰雹的直接影响系统;对流层中低层大范围上冷下暖结构为此类冰雹提供不稳定层结条件;低层辐合配合高空急流轴南侧辐散产生明显上升运动;雷达回波特征分析显示,此类天气过程存在并维持尺度较小的中气旋结构。

大连地区雷暴大风探空资料和雷达回波特征分析

利用加密自动站、探空、天气雷达等资料对2011—2016年5—9月大连地区的16个雷暴大风过程进行研究,分析了雷暴大风发生前的探空特征、雷达回波演变特征以及雷达产品识别指标。结果表明,按照雷达回波形态演变,将雷暴大风划分为低层径向速度大值区、单体型和弓状型3种类型,影响大连地区最多的是低层径向速度大值区型雷暴大风。探空资料方面,单体型和弓状型雷暴大风发生前均显示一定程度的层结不稳定和中等强度对流有效位能,尤其是低层充沛的水汽条件;单体型和弓状型大风均产生在中等强度垂直风切变条件下。3种类型大风的雷达产品特征有一定差异。对单体型雷暴大风的预警难度较大,对弓状型雷暴大风可以做到提前1 h以内的预警。

基于闪电定位和雷达资料的邵阳地区雷电预报预警研究

选取2018年夏季邵阳地区的17个雷暴单体和9个非雷暴单体,分析了单体30 dBz、35 dBz和40 dBz回波顶高及0℃、-10℃和-20℃层超过30 dBz、35 dBz和40 dBz的回波面积与闪电发生的关系,利用40 dBz回波顶高、-10℃层以上超过40 dBz的回波面积及其与单体总面积的百分比对该地区闪电进行预报。结果表明:雷暴单体和非雷暴单体在回波强度为40 dBz时,超过0℃、-10℃和-20℃三种层结高度所占百分比的差值最大。-10℃层的40 dBz回波顶高较其他层结高度能更好地区分邵阳地区的雷暴单体与非雷暴单体。-10℃层以上超过40 dBz的面积所占单体总面积百分比大于1%这一阈值时,可作为区分雷暴单体和非雷暴单体的一个有效预警指标。综合使用40 dBz回波顶高、-10℃层以上超过40 dBz的回波面积及其与单体总面积的百分比对12个单体样本进行检验,雷暴单体预报的准确率达66.7%,非雷暴单体判断的准确率为83.3%。

江西致灾强雷电的特征分析

文章应用闪电定位、雷达回波、地面气象观测等资料,采用统计分析、形态分类等方法,分析了江西2014—2016年20个强雷电过程,对闪电信息特征、致灾强雷电雷达回波以及强雷电过程个例特征进行了详细分析,并得出结论,为有效防范强雷电,减轻雷击损失提供参考依据。

雷暴云的新一代天气雷达回波分析及闪电临近预警

收集2014—2019年普洱天气雷达的5 121个体扫基数据,使用"投影面积"度量云体的方法进行解析、分析和统计,在16个定点半径30 km范围内0℃、-10℃、-20℃层高度上,以5 dBz为步长,对强度达到25~45 dBz回波变化情况进行统计.结果表明:雷电临近预报应重点研究强度达到35 dBz或40 dBz的回波在0℃层或-10℃层上的连续变化特征;结合高山雷达的一些特殊性,兼顾成功率、漏报率和空报率进一步提出,在连续2个体扫以上40 dBz回波出现在0℃层高度并保持连续的特征,是适合普洱市雷电临近预报的较佳条件.经过检验,当条件达到时的探测概率为62%,成功率为50.8%,临近预报的平均时间提前量为25 min.这一指标对高山雷达开展雷暴云回波分析及闪电临近预警有一定的实际应用价值.