循环同化雷达资料对西安一次局地暴雨初始场的调整

应用中尺度WRF模式及其3DVar同化系统,针对2015年8月3日发生在西安地区的一次暴雨进行了多普勒雷达资料的循环同化试验.结果表明,同化后暴雨落区和强度有改善,预报降水的TS、ETS评分较未同化试验有很大提高.循环同化雷达资料改善了初始风场,使得低层气旋式环流加强,低层辐合和中层辐散加强,垂直环流增强;对水汽场的调整使得对流层中层水汽混合比和云水混合比升高,雨水混合比增大,降水落区更接近观测;中低层水汽上升凝结释放潜热,进而对温度场做出调整,西安上空气温升高.     

WRF模式在云南一次强降水过程中的应用

利用WRF数值模式,针对云南省一次强降水过程进行的数值试验,得到几个有意义的结论:①WRF模式的三维变分同化系统能反映地转平衡等多变量之间的相互关系.②在此次强降水过程试验中,同化系统能把雷达反演风场中低空急流信息有效地引入模式初始场,并按照同化模型进行增量空间分配,有助于增强降水区的水汽输送,改善模式较强量级降水的预报漏报率.③多个时次雷达资料的同化对降水预报的改善更加突出,具有高时空分辨率特性的雷达资料同化在提高客观预报质量方面有着较好的应用前景.     

STMAS中雷达反射率数据三维变分同化方案

介绍了在时空多尺度分析系统(STMAS)中以雨水含量作为控制变量,利用Z-qr关系,实现对区域中多部雷达回波强度资料三维变分同化方案,和水汽惩罚项模块方案。方案避免了利用Z-qr关系直接以回波强度或雨水混合比为控制变量会造成一阶导数不连续的问题。实例分析同化后初始场表明,从同化后的雨水混合比反算出来的回波强度与观测结果保持了较好的一致性。以2009年8月的MORAKOT台风个例为例,设计实验来分析本文提出的雷达回波强度资料同化和水汽惩罚项方案效果。结果表明:雷达回波强度资料的同化方案(STMAS方案),提高了降水位置和强度预报的准确性; 加入惩罚项和对雷达回波强度资料的同化模块后(HYDRO方案),削弱了水汽影响并加强了其他物理量的变化,相对STMAS方案,台风总降水增强了,但在强降水区域的降水强度减弱; 相对控制试验,2种方案均改善了降水位置和强度的预报。     

基于温湿廓线反演的风云三号D星微波探测仪云区资料同化试验

为了探究云区卫星微波资料的同化应用,利用中国风云三号D星(Fengyun-3D,FY-3D)微波温度计二型(microwave temperature sounder-2,MWTS2)和微波湿度计二型(microwave humidity sounder-2, MWHS2)资料,基于人工神经网络算法研制了云区温湿廓线反演模型,建立了云区资料的间接同化方案。于2019年6月开展晴空和云区同化试验,评估加入云区MWTS2和MWHS2资料对区域模式预报的影响。试验结果表明：MWTS2和MWHS2资料的同化对温湿度预报场有改善,主要体现在模式中高层均方根误差和平均偏差的减小,云区同化的改善幅度比晴空同化更大;同化MWTS2和MWHS2资料对于提高降水预报技巧有积极影响,云区同化对降水预报的改善主要体现在同化后的12～24 h,较晴空同化更明显。针对强降水个例分析表明,MWTS2和MWHS2资料对温度场、湿度场、水汽通量散度场的调整有利于降水预报的改善,而云区同化能够直接对天气系统的初始场进行调整,降水的位置与强度预报效果更好。     

雷达和卫星资料同化在一次华南暴雨预报中的应用

利用WRF模式和GSI同化系统,搭建了一套可以业务运行的预报系统,实现了对多普勒天气雷达反射率和径向风、葵花(Himawari-8)气象卫星等资料的同化功能。基于本系统,针对同化非常规资料可能带来的资料应用和预报效果问题,设计了多组同化方案,对2017年7月17～18日发生在华南的一次强降水过程进行模拟分析和同化效果评估。结果表明:分别同化常规资料、雷达径向风、雷达反射率反射率、卫星资料均对预报效果有所改进,特别是同化卫星资料,可以改善系统对云水物质的分析能力,进而提高海上天气过程的降水预报。基于分类试验同化的结果,对整体同化常规资料、雷达径向风、雷达反射率和卫星资料等对温度、风向风速、相对湿度和降水等模拟技巧进行评估后发现,整体同化对强降水的发生时间和强度预报有改进,但并非在所有方面都优于单独同化某一类资料的结果。     

观测资料同化与有限区模式初期降水预报

选取1991年7月3日至4日出现在我国江淮流域的梅雨暴雨天气过程,针对有限区模式降水预报中“旋转加强”问题,试验2种初值化方法即牛顿连续松弛逼近技术和降水-湿度场调整方案来改进模式的初期降水预报。试验结果表明：(1) 用湿度场调整方案同化观测降水资料,使同化时段降水区的中低层低压系统明显加强,所形成的初值具有较好的中尺度信息;但该方案会出现观测值与模式不协调引起的虚假小扰动。(2) 用牛顿连续松弛逼近技术同化业务观测系统的速度场和温度场资料,所形成的初值场形成了大尺度特征,同时对应江淮雨带的中低层低压系统加强,所形成的初值能够具有一定的中尺度信息。(3) 因此两者结合得到了最好的预报效果。对于梅雨天气过程,牛顿连续松弛逼近技术更有效。     

3.5维雷达资料变分同化技术及改进方案在WRF中的应用

本文主要介绍3.5维雷达资料同化技术以及增加雷达垂直风场反演信息对该同化技术的影响,利用WRF模式建立了雷达变分同化系统,对同化效果进行检验。3.5维雷达资料同化技术是变分同化技术的扩展,使用多时次雷达观测资料,采用方程约束增加动力学、热力学信息,逐步反演得到风场、动力场和热力场。该技术使用3组连续多普勒雷达体扫资料,分三步获得分析增量以便在背景场基础上更新模式变量。首先利用连续两个时次的格点化三维径向风场来反演三维风场,然后利用连续两个时次的三维风场来依次反演出水平气压场与热力学变量。同时分析空间采用B-样条基底来降低空间的维数,并增加观测信息在空间上的扩散。但该技术也表现出垂直速度强度不够,浮力抬升作用不强的缺陷。针对本缺陷,本文讨论了通过物理初始化方法由雷达回波反演得到的垂直速度,并将该垂直速度作为观测信息同化进入3.5维变分同化中,考察原雷达资料同化方法以及改进方案对随后降水的改善。结果表明,对降水有明显的改善。     

GSI同化GPS可降水量对四川盆地不同类型降水模拟影响

 选取四川盆地金沙江下游对流性降水个例（记为CR_2013）和稳定性降水个例（记为SR_2015），利用格点统计插值分析系统（GSI）同化全球定位系统（GPS）大气可降水量（PWV）资料，并结合天气研究与预报模式（WRF）对2次不同类型降水过程的初始场和模拟降水进行同化效果对比分析。结果表明，降水发生前，四川盆地已有较多水汽积聚，水汽分布东多西少，2个降水个例的强降水中心分别位于南侧和北侧的GPS水汽梯度带上。同化GPSPWV资料在改善初始湿度场的同时对初始温度场和风场也有不同程度的改善。控制实验的降水大小和分布总体都与实况较相似，但存在局部模拟偏强的情况。同化GPS-PWV对降水模拟的改进作用明显：CR_2013模拟的强降水中心范围与实况更接近，而SR_2015则明显减弱了虚假降水中心的强度和范围。降水调整最显著的区域与实况降水中心一致，都在GPS水汽梯度带上。同化GPS-PWV能持续影响模拟的累积降水，对流性降水调整幅度要高于稳定性降水。     

北京地区一次强降水过程的多种观测资料四维变分同化试验

采用MM5非静力预报模式及其伴随模式系统,对2005年汛期北京地区的一次局地强对流降水过程进行了包括地面每3小时一次的湿度观测资料、北京地区自动站逐小时降水资料、北京地区逐30分钟GPS可降水量观测在内的多种观测资料的四维变分同化试验。结果表明,采用四维变分方法同化多种非常规中尺度观测资料后,模式成功地模拟出此次降水过程,不仅很好地修正了变分同化窗内的降水预报,同时也使同化窗口以后的降水预报获得了较为明显的改善,并且发现同化了多种观测资料后获得的最优初始场较原模式初始场对流不稳定能量显著增加,具有更利于降水形成的动力及热力条件。另外还对各种观测资料在四维变分同化中的相对重要性进行了分析。     

北京地区一次强降水过程的多种观测资料四维变分同化试验

采用MM5非静力预报模式及其伴随模式系统,对2005年汛期北京地区的一次局地强对流降水过程进行了包括地面每3小时一次的湿度观测资料、北京地区自动站逐小时降水资料、北京地区逐30分钟GPS可降水量观测在内的多种观测资料的四维变分同化试验。结果表明,采用四维变分方法同化多种非常规中尺度观测资料后,模式成功地模拟出此次降水过程,不仅很好地修正了变分同化窗内的降水预报,同时也使同化窗口以后的降水预报获得了较为明显的改善,并且发现同化了多种观测资料后获得的最优初始场较原模式初始场对流不稳定能量显著增加,具有更利于降水形成的动力及热力条件。还对各种观测资料在四维变分同化中的相对重要性进行了分析。     

改善正侧视机载PD雷达检测低径向速度目标性能研究

对低径向速度目标的检测能力是衡量机载脉冲多普勒雷达性能的一项重要指标.文章在分析正侧视机载脉冲多普勒雷达杂波特点的基础上,提出了一种改进的脉冲多普勒处理方法,用于改善对低径向速度目标的检测.通过对实测数据的处理,结果表明该方法取得了较好的效果.     

秦微1,2,张其林1,2,赖悦1,2,姜苏1,2,陈媛1,2,苏建峰1,2

为了更好的利用闪电资料和雷达回波资料来对雷电进行临近预警,本文以深圳地区2012年4月一次强飑线过程为例,分析该次过程中的闪电活动与雷达回波特征,发现地闪分布与雷达回波强度之间表现出很好的对应关系。因此,本文采用TITAN(Thunderstorm Identification, Tracking, Analysis, and Nowcasting)算法对这次强风暴过程中40dBZ以上的强回波区进行识别、跟踪和外推,并与闪电高密度区域的识别、跟踪和外推结果进行对比分析。结果表明：TITAN算法识别效果理想,且识别结果与单体的发展旺盛程度有关;另外,雷达强回波区和闪电高密度区的外推精度与外推开始时刻、外推时间的长短有关;利用闪电高密度区进行外推时,外推的质心误差小于雷达强回波区的外推质心误差。     

重庆一次典型飞机人工增雨作业的效果分析

利用MICAPS资料、卫星反演产品和多普勒雷达产品,采用统计和物理检验相结合的方法,对2010年12月15日重庆主城一次飞机人工增雨作业过程进行了效果分析.分析表明,此次飞机人工增雨作业相对增雨率在20%以上,在云系发展开始和持续发展阶段增雨效果好;雷达回波、卫星反演产品均能反应人工增雨催化前后的物理变化,催化作业后1h内引起的物理变化最为明显.反射率因子图上的零度层亮带是把握人工增雨作业时机和部位的重要依据.     

FMCW SAR快速运动目标检测与成像

调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)特有的工作模式使得其回波信号相对脉冲SAR具有不同的形式。推导了FMCW SAR系统下运动目标的回波模型。提出了一种基于Hough变换的快速运动目标检测方法和Hough变换与分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform,FrFT)变换相结合的运动目标参数估计方法;利用该方法补偿FMCW系统引入的附加距离走动后,运动目标的成像效果明显提高。多点运动目标仿真数据处理验证了该方法对目标检测与成像的准确性和有效性。     

微波多普勒雷达海浪参数提取算法

根据海浪混合表面散射理论和线性波理论,利用3种规模波对微波多普勒谱的不同贡献,推导出海浪谱与径向速度转换函数,得到了一种适用于多普勒雷达的海浪谱以及海浪参数提取算法．该算法从海洋回波的多普勒谱中获取径向速度序列,根据海浪速度谱与海浪谱之间的转换关系推导海浪谱,再用谱矩法计算相应的海浪参数．运用该算法分别对微波多普勒谱雷达的模拟与实测数据进行处理,实现了有效浪高和平均海浪周期的高精度提取,证实了该算法在微波段多普勒雷达的海浪参数反演中的准确性．     

“20030816”云南暴雨过程的中尺度分析

 应用天气图、卫星云图TBB资料和多普勒雷达回波资料,分析了云南2003年8月16日的暴雨天气过程.结果表明:这次暴雨过程时空分布具有明显的中尺度特征,大尺度天气形势为中尺度系统的形成和发展提供了有利的环流背景、不稳定条件、能量条件和动力条件;在卫星云图上切变线云系在西南移过程中发展形成飑线,其上诱发产生的3个中-α尺度云团和1个中-β尺度的云团直接造成了强降水;在多普勒雷达上偏东风和偏西风之间的中-β尺度的切变线和逆风区对中-α尺度飑线的形成和发展起着重要作用,还诱发产生出了超级单体和中气旋,中-α尺度飑线导致了这次暴雨天气过程.     

基于谱延拓的SAR复图像谱分裂目标Doppler解模糊

合成孔径雷达(SAR)地面目标的径向运动会导致Doppler模糊,将目标Doppler频谱分裂为不同模糊数的2部分,显著增加了目标定位、识别和分类的难度.为实现谱分裂类型目标解模糊,该文基于复图像距离-Doppler(R-D)域的目标包络斜率正比于模糊数的特性,提出一种在谱延拓R-D域作二次距离徙动校正、搜索残留徙动斜...     

基于镜频抑制零差探测的全光纤测风激光雷达系统

相干多普勒测风激光雷达多采用外差技术来获得大气风场在雷达径向方向上的速度大小和正负.本文基于镜频抑制技术,使用全光纤90°相位控制器研制了连续相干多普勒测风激光雷达系统.该系统通过对本振光或接收信号进行相位控制,得到正交的IQ信号,采用镜频抑制技术,探测得到径向风速的大小和正负,相对于使用外差技术的相干多普勒激光雷达系统,该系统具有信噪比更高、雷达存储能力更强、在相同的ADC采样速率下测速范围更大等特点.文中最后通过与风速计的大量对比试验,进一步对连续相干多普勒测风激光雷达系统的数据的可信性进行了验证.实验结果表明,该系统测得的风向正负与风速计完全一致,风速大小的偏差为-0.03 m/s,标准差为0.63 m/s,具有较高的探测精度.      

基于Matlab平台的多普勒雷达强度资料三维可视化

多普勒天气雷达是天气预报与科研应用中监测小尺度天气重要的观测手段.本文以CINRAD-SA型多普勒天气雷达为例,简要介绍了雷达的工作原理及其基数据结构.通过Matlab平台实现天气雷达资料数据的读取,并选用8点插值法(EPI插值)和Cressman插值,实现了将雷达极坐标数据内插到笛卡尔坐标系的三维可视化显示,并且可获取空间内任一切面或剖面的雷达回波强度.对比显示结果发现:Cressman插值后的结果对三维整体呈现的更好,8点插值(EPI)对于平面细节的显示更突出.     

多目标混沌MIMO雷达的模糊函数研究

将混沌信号作为MIMO雷达的正交信号,以均匀线阵布阵,对多个目标的混沌MIMO雷达的模糊函数进行了研究,给出了MIMO雷达模糊函数的表达式,并进行了计算机仿真,结果表明:混沌MIMO模糊函数对时延及多普勒频移不同的目标能够进行分辨,具有较高的目标定位能力和距离分辨力.