一种简易的多普勒天气雷达速度退模糊方法

多普勒天气雷达提供的径向风场资料,是气象预报的重要判据之一.由于所探测到的风场信息存在着噪声、缺测和速度模糊等方面的问题,因此,多普勒天气雷达的速度退模糊技术也相应的受到越来越多的关注.文章根据多普勒天气雷达风场资料的特点,结合实际业务,提出了一种简易的速度退模糊方法.该方法在等距离圈切向和径线方向上进行速度退模糊.在等距离圈切向退模糊中,首先进行圈上的数据分段,然后检测段内和段间的速度模糊,再进行速度扩展退模糊.在径线方向退模糊中,从径线中点向外和向内检测速度模糊,然后进行速度扩展退模糊.进行了实例退模糊实验,证明了该方法的正确性和实用性.     

区域生长法在多普勒天气雷达速度场分析中的应用

随着多普勒天气雷达技术的诞生及其迅速发展,多普勒天气雷达速度场资料在强对流天气系统分析、数值模式资料同化中的应用越来越广泛.但是由于采样的限制,尽管在硬件上已经采用了双Plus Repeat Frequency技术,但多普勒天气雷达能探测的速度范围依然有限,常常在大风区会出现多普勒速度模糊现象.这给资料分析、风场反演和资料同化带了很多的困难,因此解决资料中出现的速度模糊问题已经越来越重要,通过风场分片光滑的性质,提出了区域生长法在多普勒天气雷达速度场分析中解决速度模糊现象的技术.最后以目前全国布网的CINRAD SA型多普勒天气雷达探测资料为主,进行了大量的试验,结果证明该方法能较好的退出多普勒速度场中的速度模糊现象.     

多普勒雷达资料在数值模式中的应用

本文利用ARPS模式的3DVAR系统和综合云分析系统,成功地将多普勒雷达径向风资料和雷达回波资料加入模式中,分析雷达资料在数值模式短时预报中的作用。通过模拟"718"济南特大暴雨过程,得到如下结论:(1)雷达径向风资料对初始风场调整显著,使其出现明显中尺度特征,积分1h后,对水汽场也有一定的调节作用,但不够显著;(2)雷达反射率资料对初始水汽场调整明显,对定量降水预报和降水落区有很大改进,积分1h后,风场的中尺度特征显著。(3)同化雷达资料的两个试验虽然都与实况略有偏差,但都比非同化雷达资料的试验好。     

扩展VAP对单多普勒雷达径向风的反演及质量控制

利用理想的均匀和涡旋风场模拟了多普勒雷达径向风资料，检验了VAP方法的反演能力，发现VAP方法对均匀风场反演能力很强，而对涡旋风场反演效果较差，分析显示局地均匀风的假定是主要原因．针对该假定过于理想化的特点，结合实际风场提出了扩展VAP方法，模拟资料对比试验表明，扩展VAP方法计算简便，能显著提高雷达径向风的反演质量，反演风场在风速大小和方向上都更合理．实例反演也证明了扩展VAP方法的反演性能，与双多普勒雷达反演结果基本一致．最后还结合气候极值、时空连续性条件对反演结果进行了质量订正，使反演的风场质量得到了进一步提高，为资料的下一步数值应用奠定了基础．     

C波段双偏振雷达退速度模糊的分析

南京信息工程大学C波段双偏振雷达(NUIST-CDP)和南京龙王山的S波段多普勒天气雷达(CINRAD-SA)相距较近,两部雷达能探测同时刻的风场结构。相对于S波段的多普勒天气雷达,C波段双偏振雷达波长较短,更易产生速度混淆区,发生速度模糊现象。针对一般的算法不易实现速度退模糊的问题,提出了人机交互的退速度模糊处理方法;该方法通过结合操作者的专业知识,可以准确地退除速度模糊现象,保留真实的速度信息。实例分析表明,采用人机交互的退速度模糊方法,可以将大范围的速度模糊现象准确地剔除。此外,由于S波段雷达与C波段双偏振雷达探测的风场是客观唯一的,因此对比CINRAD-SA探测的同时刻速度回波,可以辅助判断退模糊算法效果。分析结果证实,该算法适用于解决C波段双偏振雷达的速度模糊现象,对今后该雷达数据的质量控制和应用分析有着重要的意义。     

双基地雷达合成风场仿真与莫兰蒂台风的风场试验

双(多)基地多普勒天气雷达适于构建局域探测网,对于需进行气象保障的局部区域的对流性降水探测尤为重要。利用双(多)基地多普勒雷达网监测其强降水以及风场结构,通过风场反演了解其风场结构,能够更好地认识中小尺度天气的演变机理,改进短临预报。研究了双基地雷达的合成风场反演方法,通过仿真试验,可获得大气的辐合辐散、旋转以及上升或下沉等三维风场特征。借助福建厦门和泉州的两部多普勒天气雷达的实测资料,构成仿真的双基地雷达探测,分析了"莫兰蒂"台风的降水强度与径向风场回波特征,并反演了二维和三维的合成风场。结果表明,双基地雷达的合成风场方法,可以有效地反演台风的二维和三维风场,为监测台风的精细结构和演变提供了丰富信息。     

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。     

新一代天气雷达速度退模糊算法研究

速度退模糊算法对新一代天气雷达后期数据同化及短时临近预报具有重要影响。针对在高切变和孤立回波情况下速度退模糊出现错误的问题,提出了基于联合切变检测和十字形多尺度窗口的速度退模糊改进算法。首先,采用MDV(Mininum Distance Velocity, MDV)数据预处理方法进行全局数据优化。其次,将当前速度库和参考库的差值与切变阈值相比较,根据对比结果,分别进行切向和径向的退模糊。然后,在远离雷达的孤立回波区域,建立一种十字形多尺度窗口,实现参考库的确定,进而完成全方位的速度退模糊。使用我国新一代天气雷达(CINRAD-SA)在极端天气情况下的实测数据对该算法进行了多次验证。结果表明,在高切变和孤立回波情况下,该算法的速度退模糊准确率较高,优于新一代天气雷达中运行的WSR-88D速度退模糊算法。     

新一代天气雷达速度退模糊算法

速度退模糊算法对新一代天气雷达后期数据同化及短时临近预报具有重要影响。针对在高切变和孤立回波情况下速度退模糊出现错误的问题,提出了基于联合切变检测和十字形多尺度窗口的速度退模糊改进算法。首先,采用MDV(mininum distance velocity,MDV)数据预处理方法进行全局数据优化。其次,将当前速度库和参考库的差值与切变阈值相比较,根据对比结果,分别进行切向和径向的退模糊。然后,在远离雷达的孤立回波区域,建立一种十字形多尺度窗口,实现参考库的确定,进而完成全方位的速度退模糊。使用我国新一代天气雷达(CINRAD-SA)在极端天气情况下的实测数据对该算法进行了多次验证。结果表明,在高切变和孤立回波情况下,该算法的速度退模糊准确率较高,优于新一代天气雷达中运行的WSR-88D速度退模糊算法。     

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.      

乌鲁木齐地区降水雷达回波特征分析

利用乌鲁木齐多普勒雷达探测的回波强度和径向速度资料,分析了乌鲁木齐地区层状云、积层混合云、对流云、降雪云的回波特征,并讨论了径向风场代表的环流特征。     

多普勒天气雷达风场探测数值模拟

大量的实际探测资料证明,冷暖平流常和大尺度的辐合辐散结合在一起.本文用数值模拟方法,分析了这种复合风场的多普勒径向速度特征,同时分析了雨滴下落速度对这些特征的影响,应用数值模拟得到的散度变化图表,从雷达PPI图像中,可以初步定量分析出各高度的辐合(散)值的大小.     

下击暴流作用下平屋面风荷载CFD数值模拟

下击暴流具有与常规大气边界层近地风完全不同的风场特征.基于CFD(Computational fluid dynamics)数值仿真技术,完成了几何缩尺比为1∶2 000的下击暴流过程的数值模拟,并将其风剖面的模拟结果与理论模型进行了对比.在此基础上,研究在下击暴流作用下,将大跨平屋面置于距下击暴流中心不同径向位置时,屋面平均风压系数和速度场的分布规律,并与大气边界层风场中平屋面的风荷载特性进行了对比.结果表明:数值模拟方法能够较好地再现下击暴流的风场特性;下击暴流风场中平屋面风压分布规律明显区别于大气边界层风场中的风压特性;平屋面风压分布特性与其距下击暴流中心的距离密切相关,随着平屋面逐渐远离下击暴流中心,屋面所承受的压力逐渐由正压转为负压.     

数值预报产品的历史相似订正方法研究

针对数值预报存在误差的基本事实,提出了一套利用历史相似资料订正数值预报的方案,利用2003-2008年T213 L31数值预报产品和1948-2007年的NCEP资料,建立了100～1000 hPa等压面的高度场、温度场、风场、垂直速度场和水汽场的24～240 h预报的24 h变量订正方程.采用24 h变量相关系数和均方根误差两个指标,对2009-2010年的T213,L31高度场和温度场、数值预报产品的试应用订正效果进行了检验.结果表明:以24 h变量相关系数衡量,高度场和温度场预报订正效果都是正面的,预报时效为96～192 h,订正效果最明显;以均方根误差衡量,高度场和温度场预报订正效果同样是显著改进的;订正效果存在区域差异,高度场订正效果高纬度显著,低纬度差一些;温度场订正效果低纬度要显著一些.     

滇西高原一次强降水过程的雷达产品分析

利用新一代多普勒雷达产品和地面加密自动站等资料,对2013年8月11—12日发生在滇西高原的一次强降水过程进行分析.结果表明,此次过程是500 hPa青藏高压和副热带高压之间的两高辐合区及700 hPa西南气流影响造成;雷达图上,以层状云降水回波为主的混合降水回波,强度未超过40 dBz;雷达径向速度场存在暖平流加辐合的风场特征;低层长时间持续西南气流以及对流层中上层冷空气的入侵与强降水过程的发生及维持密切相关;利用改善的EVAD方法计算出的散度场和垂直速度场在强降水发生发展的不同时期分布不同,对降水的增强和维持有较好的指示意义.     

多普勒天气雷达风场探测数值模拟

大量的实际探测资料证明,冷暖平流常和大尺度的辐合辐散结合在一起。本文用数值模拟方法,分析了这种复合风场的多普勒径向速度特征,同时分析了雨滴下落速度对这些特征的影响,应用数值模拟得到的散度变化图表,从雷达PPI图像中,可以初步定量分析出各高度的辐合(散)值的大小。     

滇西北强对流灾害天气的多普勒雷达回波特征研究

 选取了2006年丽江多普勒天气雷达（CINRAD/CC）投入使用以来观测到的59次强对流灾害天气过程的雷达资料,重点分析了造成短时暴雨和冰雹的雷达各产品特征,初步得出：①触发丽江强对流天气的环境风场;②强回波在雷达速度场中切变类型、分布特征及其与强对流天气的相关关系;③丽江强对流天气初生阶段和旺盛阶段雷达反射率因子形状场、数值场、高度场、垂直累积液态水等指标的特征及其预警临界值;④灾害天气从初生阶段至旺盛阶段回波发展的时间间隔特征.通过分析丰富了丽江周边短时暴雨和冰雹的探测方法,得出部分多普勒雷达研究指标,对滇西北开展灾害性强对流天气的预警预报具有一定的指导作用.     

频率分集分布式子阵雷达的相参积累检测方法

为了实现频率分集分布式子阵雷达的相参积累检测,提出一种基于广义似然比检验(GLRT)和条件广义似然比检验(CGLRT)的检测方法.分析了该方法的积累检测性能和解角度模糊性能,并且针对由频率分集引起的多普勒差异问题,提出基于Keystone变换的多普勒补偿方法.理论分析和仿真结果表明,与单频工作的分布式子阵雷达相比,频率分集分布式子阵雷达具有更好的相参积累检测性能,并且能够降低栅瓣的影响,提高解角度模糊能力.通过Keystone变换可在目标径向速度未知的情况下,进行多普勒差异的补偿,实现频率分集分布式子阵雷达的相参积累检测.     

步进调频雷达目标速度的实时不模糊估计方法

针对高超声速弹载应用背景,提出了一种基于高重频升降频体制的步进调频脉冲压缩雷达分布式目标径向速度的估计方法.该方法首先通过升帧以及降帧距离像片段中因距离-多卜勒耦合所产生的目标距离位置的差异,得到目标速度的模糊估计,然后通过二次相位项补偿的升、降帧距离像片段进行速度匹配相关处理,实现速度解模糊,具有不模糊测速范围大、速...     

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.