大气电场资料与雷达回波融合的一种方法

为了增强对雷电的探测和预警能力,讨论了大气电场与雷电、雷达回波与雷电之间的内在联系,介绍了雷电探测的原理和方法.大气电场资料如何预警雷电的发生,通过串口通信将大气电场仪的大气电场数据读入天气雷达数据处理终端,采用了图像融合技术与网格技术,将大气电场资料与雷达回波进行了融合,实现了大气电场和雷达回波两种资料的融合.在雷达回波图上直观地显示大气电场信息,并对比分析了两种融合方式之间的差异.两种资料的融合可以提高对雷电进行监测和预警的能力.     

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。     

一次飑线过程的雷电临近预警分析

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,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,采用TITAN(thunderstorm identification,tracking,analysis,and nowcasting)算法对这次强风暴过程中40 d BZ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。     

河北承德地区冰雹天气雷达预警指标分析

利用2012～2016年河北承德地区常规观测资料、C波段多普勒雷达基数据资料,采用雷达基数据反演及统计方法,对承德地区冰雹天气雷达预警指标进行了研究。结果表明:承德地区冰雹预警的定量指标有最大回波强度超过58dBz、回波顶高超过7km、垂直液态累计含水量超过33kg/m~2,并且两个相邻体扫跃增值在20～33kg/m~2之间;承德地区冰雹预警的定性判断的依据有冰雹回波的形状主要分为块状或带状两种,径向速度图上,出现逆风区、大风区、中尺度辐合以及径向速度模糊,基本反射率因子图上,出现三体散射回波、强回波远离雷达一侧出现的V型的缺口;V型缺口对冰雹预警的时间提前量为7～21min。     

利用地面大气电场和雷达资料进行雷电临近预报方法

 根据雷暴云电场特征,结合雷达等观测资料,本文提出一个利用电场幅值阈值和差分阈值方法,为进行电场测站的首次地闪的雷电临近预报方法。该方法首先判断电场是否达到设定的幅值阈值或者差分阈值。如果电场达设定阈值,认为此时测站周围云中电荷量较大,发生闪电的概率也较大,进而判断该时刻之前的雷达资料是否达到设定的阈值。如果雷达资料达到设定的阈值则发出预警;如果未达要求则继续查看下一体扫的雷达情况,直到发出预警或者电场阈值取消为止。利用此方法对2009年南京周边观测区7个站点数据进行预警检验,得到其探测概率约为80%,平均预警时间约为14min。同时,本文尝试用该预报方法对雷暴云移过测区的整个过程进行区域性雷电临近预报。结果发现区域雷电预警可以直观呈现雷暴云和闪电发生发展情况,对发生闪电潜在区域也能够直观判断,并收到较好的预警效果。区域预警不仅能实现对一个地区的监测预警,而且能对雷暴云的整个过程进行监测预警,具有单站电场所没有的优势。     

安义一次微型超级单体冰雹回波特征分析

为了提高对微型超级单体冰雹回波的识别能力,使用天气资料、雷达拼图资料和PUP产品等资料,采用天气学、雷达气象学等原理及方法,对2022年3月14日安义微型超级单体冰雹进行回波特征分析,结果表明：1)微型超级单体可以产生冰雹、雷电、强降水、雷暴大风等灾害性天气。2)产生冰雹的大气层结极不稳定,并具备“上冷下暖”“上干下湿”显著特征;在冷锋、低槽、切变线等天气系统配合下,也有可能产生冰雹等强天气。3)冰雹回波强度达60 dBZ左右,有明显的云砧回波与强回波梯度,55 dBZ与60 dBZ强回波顶高达8 km和5 km,垂直积分液态水含量VIL达45～50 kg/m²,并伴有正负速度对特征。分析结果为安义早春冰雹天气的监测预警提供了分析依据。     

铜仁市两次雷雨大风天气的多普勒雷达资料对比分析

为更好地对雷雨大风天气进行预报预警,利用地面常规气象资料和新一代多普勒天气雷达资料对2018年5月17日和8月6日贵州省铜仁市两次雷雨大风天气过程进行对比分析。分析结果表明:在雷雨大风发生前,常规气象要素有明显的增降变化,反射率因子、回波顶高、垂直液态水含量等雷达产品有较明显的变化特征,对雷雨大风天气有较好的指示意义,为提早及时的预报预警雷雨大风提供了可能。     

江西“6·4”强天气过程雷达回波特征分析

利用常规实况、南昌雷达和物理量场等资料,对抚州市2006年4月9-12日的强对流天气过程进行雷达回波特征分析。结果表明:该过程是在有利的大尺度环流背景下,由中小尺度系统所造成的,大气层结不稳定,低层增温、增湿、局地辐合,触发了强对流天气发生;冰雹云的回波中心强度≥60 d Bz,顶高≥11 km,垂直积分液态水含量≥55 kg/m~2;有界弱回波区、三体散射等现象是大冰雹的有效判据;飑线过境时气象要素发生了剧烈变化以及回波所具有一些特征。利用多普勒雷达连续演变资料,可以清楚地识别小尺度的演变规律,有利于及时发布强对流天气的预警警报。     

X波段天气雷达回波强度信号标定方法

为了抵消X波段天气雷达的接收机参数变化引起的雷达回波强度误差,根据雷达回波强度定标原理,利用CINRADSA天气雷达回波强度资料对NuistRD-X常规天气雷达进行强度标定,用标定后的NuistRD-X天气雷达回波与南京和常州CINRAD-SA的雷达回波作对比分析,测得的回波强度与南京和常州CINRAD-SA资料基本一致,结果表明这种定标方法适用于X波段常规天气雷达,这种定标方法是可行的。     

X波段天气雷达强度回波信号定标方法

为了抵消X波段天气雷达的接收机参数变化引起的雷达回波强度误差,根据雷达回波强度定标原理,利用CINRAD-SA天气雷达回波强度资料对NuistRD-X常规天气雷达进行强度标定,用标定后的NuistRD-X天气雷达回波与南京和常州CINRAD-SA的雷达回波作对比分析,测得的回波强度与南京和常州CINRAD-SA资料基本一致,结果表明这种定标方法适用于X波段常规天气雷达,这种定标方法是可行的.     

新疆石河子垦区沙漠边缘地带冰雹天气的多普勒天气雷达产品预警指标初探

利用2006~2015年新一代多普勒天气雷达资料等资料,运用统计学、雷达气象学等方法分析研究了新疆石河子垦区沙漠边缘地带的冰雹天气的多普勒天气雷达产品特征,初步建立了冰雹天气的多普勒雷达产品的预警指标。春季对流云的雷达回波中心强度为45d Bz,回波顶高度为7km,-20℃等温线以上超过45d Bz的反射率因子的出现;夏季对流云的雷达回波中心强度为50d Bz,回波顶高度为8km,-20℃等温线以上超过45d Bz的反射率因子的出现。逆风区和正负速度对的出现对冰雹天气预警有一定指导作用。垂直累积液态水含量(VIL)的跃增,VIL中心值大于15kg·m~(-2)时,对流性天气降雹的概率较大,VIL值的大小与冰雹的直径成正比,其高值区范围的大小与降水量成正比。中尺度气旋产品、冰雹指数HI产品和1h累积降水量等产品和雷达组合反射率因子、垂直累积液态水含量(VIL)结合使用时,对冰雹天气的预警有一定的指导意义。     

基于EEMD分解的电场时序差分在雷电预警中的可行性分析

为了解决大气电场数据预报雷暴虚警率高的问题,将集成经验模态分解(EEMD)方法和二阶差分法结合应用于大气电场资料的分析,提出了一种雷电预警分析方法。该方法先用EEMD分解出晴天天气和雷暴天气大气电场的不同时间尺度变化分量,然后对包含雷电信号的高频模态分量IMF1(本征模态函数)进行二阶差分分析。晴天无雷暴发生时,地面大气电场的差分值集中在-0.5~0.5 k V/m3之间;雷暴过程中,差分大气电场出现剧烈变化,雷暴发生前,IMF1二阶差分量的增幅会明显变大,所对应的电场频率在0.016 5~0.045 5 Hz之间跳跃。经过仿真试验,结合雷达回波资料进行验证,得到雷电探测概率(probability of detection,POD)为85.1%,预警平均时间为30.2 min。     

2012年昭通冰雹过程雷达回波特征综合分析

 利用昭通多普勒雷达资料和区域自动站资料,对2012年昭通雷达探测到的4次冰雹过程进行了综合分析,发现2次冰雹过程属于超级单体风暴,在多普勒雷达回波上都出现了钩状回波和中气旋.另2次冰雹过程属于带状回波冰雹.2次超级单体风暴中气旋均早于钩状回波出现,速度场特征早于强度场特征15～20min,有利于判断风暴的形成和进行风暴的短时预警.超级单体回波强度和对流发展高度都高于带状回波,因而超级单体冰雹灾害强度和面积远大于带状回波冰雹.超级单体风暴移动方向在盛行风向的右侧20°～30°,都是右移超级单体风暴.环境风场特征是决定超级单体风暴移动路径的重要因素,对超级单体风暴冰雹的临近预报有指示作用.低层辐合区和逆风区有利于带状回波的发展和维持.     

2011年春季丽江一次冰雹灾害天气过程的成功预警

 应用多种常规资料、数值预报产品、卫星云图及多普勒雷达回波,对2011年4月30日19:40发生在丽江古城区的降雹过程进行了成功的预报预警.得出的一点体会是,对于小概率事件的强对流冰雹灾害只要抓住3个环节：背景条件诊断、关注有无前兆对流云的生成和发展、是否具备降雹的雷达回波特征,是能够进行提前预警和有效地开展人工消雹作业的.对于本次过程,根据08时的相关资料分析判断出当日已具备降雹的天气背景条件后,时刻关注周边地区有无前兆对流云的生成,16:30发现前兆对流云发展后,先后4次向各县局通报天气形势及对流云系发展情况,并要求做好强对流天气的跟踪及服务,18:55—21:09又先后向各县局通报了雷达回波信息,古城区根据预报预警信息进行了消雹作业,尽管造成了一定灾害,但仍取得了较好的预警效果.     

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.     

云南中部一次雷暴过程的多普勒雷达和电场特征分析

利用闪电定位系统、大气电场仪和多普勒雷达等多种探测资料,对2009年7月20日导致云南省中部地区发生5起雷电灾害事故的1次雷暴过程进行了分析.结果表明:在雷暴天气过程中,无论是大气电场仪范围内还是雷达回波内的地闪都是以负地闪占绝对主导地位;雷暴期间电场值在-12.540～13.907 kV/m之间剧烈变化,且不断向正向或负向突变;负地闪主要发生在强回波区,对应着径向速度场上的逆风区,成熟阶段增加的正地闪分散地出现在弱回波区中;整个雷暴过程中-10℃层回波强度维持在40 dBz以上,-20℃层回波强度在35 dBz以上,-10℃层和-20℃层雷达回波强度的每一次跳跃变化都对应着地闪频数的跳跃发展,且总在地闪频数变化之前11～30 min;回波顶高均大于9 km,地闪最密集时段,回波顶高保持在14 km左右.     

多普勒天气雷达对雾的探测能力研究

根据2006年江苏省气象局多普勒天气雷达探测到的雾天回波资料,利用雷达二次产品平台处理获得的强度、速度、谱宽等产品,分析雾的回波基本特征以及雷达性能参数对探测雾回波的影响,研究天气雷达对雾的探测能力,为天气雷达对雾的探测提供了新信息.     

夏季影响洪泽湖航运的雷暴大风雷达回波特征分析

应用南京多普勒天气雷达资料和洪泽站地面气象资料,对2005—2009年6-8月洪泽站出现的19次雷暴大风天气过程进行了分析。根据雷达基本反射率特征,雷暴大风的雷达回波形态有以下五种类型：弓状回波、窄带回波、带状回波、“人”字形回波、钩状回波。其中弓状回波出现次数最多,钩状回波产生的大风最强。VIL值≥40kg／m2对雷暴大风有指示作用,VIL值≥65kg／m2时除出现雷暴大风外还有冰雹发生。此外,分析了雷暴大风回波的路径,共有四条,其中西南路和西路为主要路径,各7次,西北路4次,北路最少,只有1次。西南路多局地回波,生成于明光和盱眙西南部,与当地的丘陵地形有关;西北路的泗洪、泗阳与洪泽湖交界的陆地一侧也易产生局地回波。这些特征对洪泽湖雷暴大风临近预报预警有指导价值,对保障航运有现实意义。     

一种机载前视风切变雷达的信号分析及仿真

机载前视风切变雷达是飞机进行风切变探测和预警的重要工具.为了设计一种可输出风切变雷达仿真信号的风切变信号发生器,利用快速傅立叶变换(FFT)法分析某型机载前视风切变雷达的回波信号,分别用频谱估计法和经典功率谱估计法两种方法估计了雷达回波信号的多普勒频移,比较两种方法的优劣,进而选择经典功率谱估计法计算出风场的径向风速分布.建立均一化静止对称的风场模型仿真了风切变雷达的回波信号,从而设计出可输出风切变雷达仿真信号的风切变信号发生器,可满足机载气象雷达航空部附件维护和维修时对便携性和灵活性的需求.     

丽江市2次冰雹过程雷达回波特征对比分析

针对2008年6月9日和9月18日2次丽江市城区冰雹过程,利用多普勒天气雷达资料进行详细对比分析;①发现触发丽江冰雹的环境风场;②总结强度场中塔状积云阶段、成熟阶段、消亡阶段回波及垂直剖面特征;③分析最强时段回波速度场中各仰角层间的入流、出流情况;④用雷达二次产品特征进行检验,诊断风暴的强弱.最终形成丽江周围发生强对流风暴的预警方法,为日后指导强对流天气过程的预报和预警打下基础.