用双多普勒雷达分析华南一次飑线系统的中尺度结构特征

飑线是中国春、夏季常见的一种天气现象。2007年4月23—24日华南地区的一次强飑线过程,因强度强、持续时间长,给广东部分县市造成巨大的经济损失。利用广州和深圳的新一代多普勒天气雷达的探测资料,采用双多普勒雷达风场反演方法和热力-动力反演方法,研究此次飑线内部的三维风场、动力和热力结构。在此基础上,通过质量、动量诊断探讨其维持机制。同时,结合地面、高空常规观测及自动站资料分析系统伴随的环境和地面中尺度特征。结果表明,系统发生于中等强度垂直风切变(0—3km,18m/s)和中等强度对流不稳定度的环境中,其移动速度最快达17m/s,属快速移动的飑线。飑线过境时,地面测站呈现风向突变、风速骤增、气压上升、温度与露点骤降等现象。其成熟期的雷达回波和风场结构与过去观测的热带、副热带快速移动飑线系统特征相似。由前(前方指系统移动方向)向后,降水结构依次为对流区、过渡带和层云区。其中,对流区由多个对流单体组成,对应强回波和上升运动,而单体之间为弱下沉运动。气流特征呈准二维结构,包括系统前方深厚的从前向后气流和系统后部低层的从后向前气流。这两支气流在系统前缘低层辐合形成动力高压,触发新对流单体,是系统长时间维持的主要机制。在对流区倾斜上升气流的下方,存在一凝结潜热释放增暖引起的低压区。另外,在对流系统西侧不断有新对流单体形成,并被平流至系统中,促进对流维持。进一步对对流区的质量和动量通量诊断揭示,垂直于飑线系统的水平动量的垂直输送有逆梯度输送的特性,将增加垂直飑线方向的环境垂直风切变,有利于系统维持。相对的,平行飑线方向的水平动量具有顺梯度输送特征,使该方向上风切变分量有被均滑趋势。

登陆台风卡努(0515)内核区环流结构特征分析

本文采用地基雷达轨迹显示技术(Ground Based Velocity Track Display,简称GBVTD)反演的雷达风场资料,分析台风卡努(0515)在登陆期间近中心环流结构特征。轴对称环流结构分析表明,登陆前卡努轴对称切向风速最大值出现在眼墙区域2 km高度附近,最大风速半径随高度向外倾斜。轴对称径向入流主要位于低层,而上升气流主要出现在眼墙区和外围雨带区内。台风最大风速半径在登陆前几乎不变,但登陆后逐渐內缩。登陆过程中,轴对称切向风速值总体随时间呈明显减弱的趋势,但在中低层存在波动,特别是在登陆前半小时,切向风速突然增强。此外,登陆后最大轴对称切向风速高度明显抬升,伴随着外围雨带区上升流显著减弱。同时台风低层入流增强、厚度增加、范围向内和向外扩展。非对称环流结构显示:登陆过程中,台风眼墙区切向风环流和雷达回波均呈显著的一波不对称结构。其中大风速区和强降水区的位置相对于台风移动方向和垂直风切变方向有显著的规律性分布。由于卡努移动速度较快,且登陆期间受强垂直风切变影响。因此,其不对称结构应是垂直风切、台风移动和陆气相互作用三者共同作用的结果。

利用多普勒雷达数据分析中国华东地区登陆台风轴对称降水特征

利用中国新一代多普勒雷达网温州雷达和台湾气象局五分山雷达资料、地面自动站降水资料,分析2004—2007年登陆中国华东地区的6个台风从登陆前18小时至登陆后6小时的降水结构时空变化特征。环状平均回波分析显示,在台风离陆地较远时,轴对称降水径向廓线呈双峰结构,最大降水位于台风眼端处,降水次大值位于台风外围雨带处。台风强度越强,最大降水越强,且离台风中心的距离也越近。当台风接近登陆时,其内核区降水有增强的趋势,从登陆前6小时至登陆时,各台风内核区平均降水率的增强倍率在1.3—3.2,且外围降水随时间向台风中心收缩,内缩速率随台风强度增强而减慢。台风登陆后,台风眼被降水填塞,强度快速减弱,同时降水持续内缩,内核区总降水逐渐衰减。此外本文还建立了一个登陆前台风轴对称降水径向廓线模型,该模型能定量地描述降水廓线的双峰结构,模拟结果与实际雷达观测降水廓线的的均方根误差最小为0.46 mm/h,最大为5.3 mm/h。

T-TREC方法反演登陆中国台风风场结构

在传统的基于天气雷达反射率因子的相关方法跟踪回波运动(TREC)技术的基础上,本研究发展出适用于台风环流反演的T-TREC方法。同传统的TREC技术相比,T-TREC根据台风环流呈逆时针方向旋转的特征,利用雷达观测资料客观选取台风中心,选取扇形网格单元,在以台风中心为原点的极坐标系下进行逆时针方向回波追踪。同时,该方法也利用雷达径向风资料客观选取切向的搜索范围并建立风场相关矩阵,以减少主观设定搜索区域造成的误差。通过利用中国新一代天气雷达网(CINRAD WSR-98D)观测的登陆台风桑美(0608)资料对方法进行验证,结果表明T-TREC方法可以更加准确估计强台风环流,反演的径向风平均误差小于4 m/s。其中径向风信息的引入明显提高了反演风场精度,特别是改善了在眼墙区因回波结构较均匀造成的风场低估。当台风靠近陆地时,因地物回波以及台风环流与地形相互作用激发对流的影响,使得低层风场反演误差增加。文中也探讨了台风中心、搜索网格单元大小等因子对反演精度的影响,结果显示,反演结果对于中心定位比较敏感,中心位置偏移4 km将造成反演的径向风平均误差增加约10%。而搜索单元大小对反演结果影响和台风尺度相关,若台风尺度较小,则较小的搜索单元反演效果较好。

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)。