C波段雷达快速循环同化技术在宁夏降水天气预报中的应用

介绍了宁夏C波段雷达快速循环同化技术及其在2018年夏季降水预报中的应用效果。快速循环同化技术主要基于天气研究预报(weather research and forecasting,WRF)模式,通过对C波段多普勒雷达资料进行去除奇异点、地物遮挡、谱宽检查、退模糊等质量控制,利用三维变分同化、动力降尺度及冷暖启动方法,实现了C波段多普勒天气雷达观测数据的逐小时快速循环同化分析,可逐时滚动输出未来12 h逐小时间隔、水平分辨率3 km的降水、气温、风向风速、相对湿度、物理量场等格点预报产品以及雷达回波产品。通过在2018年宁夏降水预报中的应用分析发现,加入雷达资料同化后的WRF模式降水预报能力有明显提升,可为宁夏降水天气智能网格预报特别是暴雨的短临预报预警提供技术支撑。     

新疆喀什气象局天气雷达塔楼防雷重要性及防雷方案简介

利用新疆喀什市近30a的雷暴、降水资料及近几年的雷暴灾害实例,分析了喀什雷暴的分布特征,结果表明,喀什市雷雨天气呈增加趋势.近年来受全球气候变暖的影响,雷击事件频繁发生对国民经济发展和人民生产生活造成了严重危害,喀什气象局新一代天气雷达站肩负着为本地区和下游地区监测雷雨、冰雹等强对流天气的重要职责,为确保其工作正常运转,雷达塔楼防雷工程建设刻不容缓.本文从防雷技术角度,对喀什气象局天气雷达塔楼防雷方案及防雷工程设计做了简单介绍,对其防雷效果进行了分析,并提出防雷工程维护与管理方法.     

雷达估测降水在山洪灾害中的应用分析

以云南省麻栗坡县2018年"09.02"特大山洪泥石流灾害为例,结合丽江、曲靖的其它个例,主要采用天气诊断和雷达估测降水在山洪灾害中的技术应用,分析得出如下结果:(1)诱发此次山洪灾害的天气原因主要是低涡沿两高间辐合区西移,受高原山地地形抬升作用影响,造成多个中γ尺度单体合并,产生局地强降水引发灾害;(2)分析雷达资料可更加全面、细致地了解到致灾原因、降水分布、强降水落区和分布时段,并且较地面实测降水量有一定的提前量;(3)雷达资料进行反演降水的估测,可一定程度弥补没有雨量站区域或雨量站故障区域的降水情况.通过雷达反演降水得到一些降水变化规律,如降水分布的特殊性、雨团系统的降水强度受地形影响形成的多样性、层状云中镶嵌的中γ尺度单体发生合并有时可引发合并区域下方强降水、高山雷达估测降水的应用、高山雷达探测的一些局限及弥补措施等,这些对积极地探索高原地区暴雨引发泥石流的致灾机制,在防灾减灾中有一定的价值.     

迭代法在低纬高原地区多普勒天气雷达测量降水中的应用

 利用昆明多普勒天气雷达资料,采用迭代订正方法对强降水和大范围中等强度降水引起雷达信号的衰减情形进行了订正研究,同时对比分析了衰减订正前后的雷达测量降水与自动雨量站逐小时累计的雨量资料.结果表明:在低纬高原地区雷达测量降水中,强降水和大面积中等强度的降水情况下需要考虑降水对雷达信号的衰减影响;使用迭代法对雷达衰减订正的效果比较好,其订正后的雷达反射率明显高于雷达直接探测的反射率,最大的订正差值超过了9dBz;降水粒子的温度对多普勒天气雷达反射率订正结果也有比较显著影响;订正后雷达测量的降水更接近于自动雨量站的观测值.     

乌鲁木齐地区汛期一次连续降水天气雷达回波特征

利用多普勒天气雷达的基本产品和导出产品，对乌鲁木齐地区2008年7月24日至26日大范围持续降水的雷达回波特征进行分析，得出判断该地区持续性降水的方法。     

河南“21·7”极端暴雨过程地形敏感性试验

使用FNL1°×1°再分析资料、高空和地面观测资料、多普勒雷达资料和卫星云图等资料，对2021年7月17—23日河南极端暴雨天气过程进行分析，采用WRF数值模式进行地形敏感性试验.分析结果表明，此次极端暴雨天气发生在稳定的大尺度大气环流背景下，对流层中低层的低涡、切变线以及中小尺度系统的不断生消是造成极端暴雨的直接原因；台风“烟花”的生成、发展和移动对暴雨区的水汽输送有着重要影响.地形敏感性试验结果表明：(1)将一定范围内的地形高度降低为0，会导致降水中心降水量减少，整体减幅20%～40%，同时会造成雨带西移1°E左右；(2)将固定范围内的地形高度降低时，会造成降水中心降水量减少，整体减幅10%～40%，地形高度降低大于或等于75%时，会导致雨带西移1°E左右；(3)将固定范围内的地形高度增加时，会导致降水中心降水量增大，整体增加10%～40%，地形高度增高50%以上会导致雨带东移1°E左右.     

对河南省安阳市一次强对流天气的多普勒雷达资料的分析

利用濮阳雷达站的新一代多普勒雷达产品,结合高空和地面观测资料,分析了2013年8月11日傍晚出现在豫北地区(安阳)的一次强对流天气过程.结果表明:这次天气以是灾害性大风为主,伴随有雷电和短时强降水,局地还有冰雹出现的强对流天气;此次强对流的主要影响系统有副热带高压、500 hPa低槽、中低层切变线和地面冷锋,低层垂直风切变和较强的层结不稳定有利于弓形回波的产生;反射率因子图显示系统为一个典型的弓形回波带,顶部回波最强,同径向速度图均表现出明显的"V"型缺口;雷达资料分析表明,中尺度涡旋(M)、垂直液态水含量(VIL)和回波顶高度值(ET)对雷雨、冰雹和地面破坏性大风等强对流天气有很好的指示作用.     

西南地区气象资料测试、预处理和加工研究报告

西南地区是我国西部山区大型滑坡灾害的主要发生地,因此西南地区的气象资料所映射出的信息对大型滑坡致灾因子的识别和预报预警方法的研究具有非常重要的意义。由于获取的大量原始气象资料的存储格式、观测时次疏密、分辨率等均存在差异,因而造成应用过程中的困难和局限,往往需要对实际观测的多源资料进行测试和预处理。(1)通过四川、重庆、云南和贵州4省市逐日常规气象观测资料的统计加工处理,获得了西南地区各时间尺度的降水趋势、地理分布以及各级别降水量的气候概率值。(2)由于西南地区地形复杂,局地小尺度的气象要素特征在常规气象观测资料中可能会被平滑或显示不明显,因此利用观测网格更为细致的逐小时区域自动站的资料就非常必要,利用收集的西南地区2 469个区域自动站资料分析了局地小尺度的气象要素分布及变化特点。(3)运用收集到的风云二号(FY2)卫星云图资料和反演的降水估计产品,进一步分析了西部地区尤其是西藏西北部资料空白区域的降水分布;卫星资料反演降水产品与实况降水对比相似率在60%以上,精度达到40%左右。(4)通过四川凉山州对流性降水案例的雷达图像资料的加工处理,分析了西南地区雷达回波资料在强降水天气及滑坡和泥石流灾害发生时的环境条件和临近预报预警的可行性。(5)利用发生在四川盆地边缘山地的两次降水过程进行WRF数值模式的敏感性试验和环流特征分析及动力特征等分析。模拟再现了降水的雨带走向、形状特征、雨区位置、暴雨中心位置以及中尺度辐合线、中尺度低涡等中尺度系统活动过程,表明WRF模式的敏感性和应用性。     

建筑墙面纹理上树木遮挡的自动去除方法

在对建筑物墙面纹理进行恢复时,经常会碰到影像上纹理被树木遮挡的情况。一方面影响了纹理的完整性,另一方面对影像上建筑物纹理进行处理时,由于树的存在会产生噪声,有可能会对处理的结果产生干扰,应该将树的遮挡去除。对近景序列影像上树木遮挡的自动去除问题进行了研究,提出综合考虑影像重叠度和影像上房屋纹理所占百分比进行树木遮挡影像自动剔除的方法,进而依据色调和平行直线信息去除影像上树木遮挡,实验证明是行之有效的。     

典型建筑物的合成孔径雷达回波模拟研究

为了更有效地研究合成孔径雷达的成像算法,回波模拟技术的研究变得十分重要,其中回波模拟的计算效率成为关键问题,采用2DFFT方法对粗糙地面上的典型建筑物进行合成孔径雷达( SAR)的回波模拟,获得了地面建筑物的正确SAR回波信号.针对SAR雷达回波模拟中去遮挡部分计算量大,引入了图形电磁学的方法,利用计算机硬件自动去遮挡...     

基于江西省站点资料对智能网格实况分析产品的检验评估

利用江西省2019年3月～2020年2月气象站观测资料,在小时尺度上,对中国气象局下发的智能网格实况的2 m气温、湿度、风速、降水等多个气象要素产品进行检验评估.研究分析各类产品的数据误差及其时空变化规律,验证该产品在研究区的适用性.研究结果表明:2 m气温、相对湿度产品与站点观测较为一致,其相关系数均可达0.9以上,2 m气温均方根误差在1.0 ℃左右,准确率可达80%以上,相对湿度均方根误差小于10%,准确率可达90%以上.风速产品的数据精度较低,相比站点观测风速明显偏弱,70%站点的风向准确率小于50%,风向准确率仅为40%左右.降水产品能准确反映年内逐小时变化趋势,但存在一定程度低估,相关系数基本在0.8以上,平均误差为-0.1～0.1 mm·h^-1,平均绝对误差小于0.2 mm·h^-1.与站点观测相比,降水产品对强降水明显偏弱.地形对实况网格产品准确性有较大影响,产品误差在地形复杂山区中比在平原地区中明显偏大.总体上,2 m气温、相对湿度产品质量较高,基本可满足业务服务需求.风速产品及降水产品在大降水量级下的误差较大,与业务服务需求有一定差距.     

三门峡市2008年1月10—22日低温阴雪天气过程分析

通过天气背景、卫星云图、数值预报产品及新一代多普勒雷达产品,对三门峡市2008年1月10—22日低温阴雪天气过程进行了分析检验,结果表明:不断南下的冷空气和源源不断的暖湿气流是产生这次低温阴雪天气的根本原因;云顶亮温在低于-50℃时降水强度是最大的,而高于-20℃时降水强度则很小;降雪时雷达回波强度比较小,回波强度主要维持在15~20 d Bz之间;欧洲144~168 h的降温预报对三门峡本站具有很好的指导作用;相对湿度的预报和实况有很好的对应关系;提前4~5 d的欧洲风场形势预报有很好的可信度;24 h晴雨预报TS值,日本明显高于德国和T213,其中T213漏报较多;3~5 d降水预报TS值,T213优于德国和日本.在24 h分量级降水检验结果中,德国的TS评分高于日本和T213.     

场次降水与日降水差异对比

基于我国中东部18个气象站逐分钟降水数据,整理得到日降水与场次降水资料,统计日降水与场次降水的对应关系,并对比不同级别降水量的差异;同时,基于全国811个气象站08:00-20:00与20:00-08:00逐半日降水数据,按气象站(20:00-20:00)与水文站(08:00-08:00)2种日界标准整理出2套日降水资料,分析降水日界对日降水资料的影响.结果表明:大部分场次降水过程发生在同1日或者跨1日;场次降水量均值、90百分位、95百分位以及最大值4个指标的计算结果分别为日降水对应指标的1.2、1.2、1.3和1.5倍;将日降水资料计算得到的10、20、50、100a一遇重现期降水量分别乘以转换系数1.39、1.42、1.44和1.45,可与基于场次降水资料计算所得结果相当.气象站和水文站降水日界对大暴雨及其以下级别雨日数无显著影响,但对特大暴雨级别,气象站雨日数显著多于水文站;长江流域、珠江流域及西北大部,气象站标准重现期日降水量普遍大于水文站标准,而东南沿海地区、华北北部和东北北部,水文站标准重现期日降水量普遍大于气象站标准.      

宁夏一次大到暴雨过程成因分析

利用地面、高空常规观测资料、数值预报物理量场以及卫星、雷达、自动站等资料,综合分析了2009年8月18日发生在宁夏的全区性大到暴雨过程．分析表明,台风“环高”的生成发展与西太平洋副高（简称副高）之间的相互作用,形成了有利宁夏降水的“东高西低”的环流形势,在副高东退过程中宁夏出现明显降水．500hPa短波槽和700hPa低涡是造成降水的天气系统．降水期间,中低层有明显的水汽和不稳定能量输送,且存在层结不稳定条件;云图中有多个中小尺度对流云团先后影响;雷达回波图上,此次降水过程表现为混合性降水,强降水由多个强度35～40dBz的强回波块影响造成,出现强降水的站点附近有“逆风区”或明显的气流辐合区存在,有明显的中小尺度上升运动,在雷达反演的风廓线可分析出“低层暖平流,高层冷平流”的配置．     

驻马店市两次强对流天气的多普勒雷达产品特征的对比分析

针对近年来河南省驻马店市出现的强对流天气,用多普勒天气雷达产品如反射率因子、径向速度、垂直液态含水量、风暴跟踪信息等进行普查分析,重点对两次不同性质的强对流天气的雷达产品进行详细研究.发现强对流天气的雷达回波强度在40 dBz以上,强度为40~50 dBz的回波移速为25~35 km/h时,一般出现强降水,无雷暴和大风;回波移速为35~45 km/h时开始伴有雷暴和大风的出现;当回波移速达到45~60 km/h时,强雷暴和大风的出现几率上升,而强降水的出现几率急剧下降;当回波移速达到60~69 km/h时,则以雷雨大风为主,强降水出现很少.冰雹时强回波伴有"V"型缺口,回波强度可达55 dBz以上,强回波中心出现在9~12 km高度,回波顶可高达15~18km,强回波下方有强上升气流造成的弱回波区.短历时强降水的雷达回波强度比冰雹、雷暴弱,一般为40~50 dBz,强回波中心高度5~6 km;当回波强度大于50 dBz,强回波中心达到8 km以上时,往往伴有强雷电和大风冰雹出现;回波形态多呈现絮状混合型回波,其中有块状的强回波,对流性的强降水回波则是边缘清晰的块状结构.     

台风“美莎克”致洪暴雨精细化特征及成因分析

为分析2020年台风“美莎克”致洪暴雨成因，利用自动气象站观测、风廓线雷达、NCEP再分析等资料，对暴雨的精细化特征进行诊断分析，并与2012年台风“布拉万”进行简要对比。结果表明：台风“美莎克”带来的降水具有风雨影响范围大、降水持续时间长、降水呈非对称性等特点；“美莎克”在东北地区造成的强降水与它和西风带系统结合关系密切，北上台风进入我国东北地区后呈非对称性结构发展，台风西侧干冷空气的卷入和锋生区导致了其降水的持续和非对称性分布；“布拉万”与“美莎克”的大尺度环流均表现为“西低东高”的形势，但是“美莎克”环流的异常程度、系统随高度向西倾斜的程度及锋区强度均强于“布拉万”,因此降水也表现为持续时间更长、范围更大的特征。     

河南省焦作市一次局地强对流天气过程的分析

利用常规高空、地面资料和自动站资料、多普勒雷达资料等,从天气形势、物理机制、中尺度特征等方面入手,分析了河南省焦作市一次局地强对流天气的演变和成因．结果表明：这次强对流天气过程发生在高空槽后西北气流中,中高层干冷平流、低层暖湿平流的大气层结增强了对流不稳定的发展,地面中尺度辐合线是此次强对流天气的直接影响系统;CAPE的高值区与强对流天气区有较好的对应关系;多普勒雷达可以监测对流云团的发展和移动利用多普勒雷达资料能够提前预警强对流天气的发生．     

驻马店2012年盛夏期间一次区域暴雨的成因分析

2012年8月20—21日驻马店市出现了一次区域暴雨,局部大暴雨天气过程.这次降水过程的特点是降水范围广、短时间强度大.从天气图、数值预报产品、稳定度、雷达产品等方面对这次降水过程进行成因分析,从而得出了对大暴雨预报的一些有意义的结论:暴雨的产生前要有强烈的垂直上升运动;深厚的湿云层为这次暴雨过程提供了充足的水汽条件;地面弱冷空气所致低层的偏东到东北急流为这次降水的持续提供了有利的条件.低层形成了较强的垂直切变,增强了辐合上升运动,为这次强降水提供了触发机制.新一代天气雷达监测资料分析表明,强降水天气的基本反射率强度≥45 d Bz的高度一般集中在较低的层次;暴雨要维持较长的降水时间需要一系列降水回波或多单体风暴中的不同单体连续不断经过同一个地方,或者不同移向的降水回波交叉经过同一地方,形成降水的汇集地.     

一种天气雷达数据质量问题的理论分析与试验研究

针对新一代天气雷达在业务运行中低仰角观测时经常出现的相邻径向交替变化的条状回波(称为"马赛克"现象)的数据质量问题,分析了产生该现象的原因,提出了改进天气雷达观测模式,在低仰角采用较低的双脉冲重复频率组合或随机相位编码技术的解决方案。介绍了双脉冲重复频率技术扩展测速范围以及随机相位编码技术退距离模糊的基本原理和实现方法,并在新一代天气雷达上开展了数据质量提升试验。通过比较多种适配参数组合下实际天气过程的观测结果,验证了之前的理论分析。     

Correction for hydrometeor attenuation of C band radar data

C band digital weather radar observed data, collected from the Huaihe River Basin Energy and Water Cycle Experiment (HUBEX), are used for the study of correction of hydrometeor attenuation in the Fuyang region. An iterative algorithm is used for the correction scheme. The preliminary study shows that there may be a big difference between the radar observed reflectivity and the corresponding corrected one. Based upon the hourly precipitation data derived by the radar data sampled from the observations at intervals of 10 min and rain gauge recorded hourly precipitation data, it is found that the attenuation correction algorithm gives better results than those from direct observation. It is also shown that the temperature of hydrometeors may strongly affect the results derived from the attenuation algorithm.