基于CINRAD/CB雷达基数据的反射率因子地学可视化研究

 为了高效显示雷达回波图,本文剖析CINRAD/CB 新一代天气雷达（以下简称CB 雷达）基数据文件存储结构,介绍了CB型雷达基数据文件中反射率因子数据的存储格式,结合地学中矢量数据与栅格数据的特点,研究了极坐标系下的反射率因子数据向直角坐标系下的转换方法,并设计了基于矢量数据格式和基于栅格数据格式的CB 雷达反射率因子可视化方法。对鄂尔多斯CB 雷达反射率因子的可视化进行验证,结果表明,两种方法均能充分显示反射率因子回波特征。其中,栅格数据方法的显示效率高,可分析性差;矢量数据的可分析性强,显示效率较低,可根据不同应用需求选取不同的方法。     

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.     

广东一次超级单体龙卷的多普勒天气雷达特征分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和广州多普勒天气雷达资料,对2011年5月7日发生在广东省佛山市的一次龙卷天气过程进行了分析。结果表明:此次龙卷产生于有利的天气形势下,环境场具有较大的大气不稳定度、充沛的水汽条件、强的垂直风切变以及低的抬升凝结高度。多个风暴单体的合并使对流强度得到增强并诱发了龙卷。反射率因子回波形态具有经典超级单体结构,钩状回波明显,反射率因子剖面存在有界弱回波区。钩状回波处产生了中气旋且维持了三个体扫,中气旋强度较强并逐渐向低层发展。龙卷发生前10 min出现了龙卷涡旋特征,表现为0.5°(距地面约500 m)径向速度图上沿方位角方向两个紧挨着的像素之间的强烈速度切变,说明此时漏斗云已从超级单体母云内向下伸展。综合分析各种雷达产品,可获得10 min左右的预警时间。     

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。     

宜春北部一次冰雹过程雷达回波特征分析

为提高县级台站对冰雹天气的识别和预警能力，使用常规天气图和宜春SA雷达数据等资料，采用天气学、雷达气象学方法，对2021年3月30—31日江西宜春北部罕见大冰雹天气过程进行分析，结果表明:1)西南急流、地面倒槽、切变线、暖脊、“上干下湿”不稳定层结是主要影响天气系统，属于典型暖区强对流天气形势;)在雷达拼图上，30日冰雹是超级单体，呈孤立椭圆状; 31日冰雹是回波带上的超级单体，呈带上强单体形态; 3)在雷达PPI产品上:超级单体风暴组合反射率CR达65 d BZ，回波顶高ET达17 km，垂直积分液态水含量VIL为55～60 kg/m²，能够识别出中气旋M和龙卷涡旋结构TVS; 4)在反射率因子垂直剖面RCS上:30日孤立超级单体存在明显的有界弱回波区（BWER）、回波悬垂和中气旋特征; 31日回波带上超级单体存在明显的悬挂结构回波和虚假旁瓣回波顶; 5)在径向速度垂直剖面VCS上:超级单体存有中气旋结构和上正下负速度层。研究结果为江西宜春北部冰雹天气的预警预报提供了理论依据。     

天津新一代天气雷达(CINRAD/SA)定标对比分析

回波强度定标是保障CINRAD/SA回波强度测量精度的关键技术,将直接影响雷达定量估测降水产品的可靠性。应用天津CINRAD/SA多普勒天气雷达定标前后的反射率强度资料,对天津雷达反射率强度进行对比分析。结果表明:定标后天津雷达基本反射率因子强度有所增强,尤其是高仰角反射率增强更加明显;对于积层混合降水回波,定标后天津多普勒天气雷达组合反射率因子强度有所提高。     

基于IBP的天气雷达超分辨率重建算法

雷达基数据分辨率不够会导致灾害性天气系统预报、跟踪的准确率低.为了提高基数据的分辨率,将迭代反投影算法应用于雷达回波超分辨率重建中,并对算法进行了改进.该方法基于对天气雷达回波使用滑动窗的重建模型,并引入时间相关性约束,由低分辨率回波重建出高分辨率回波.基于天气雷达提供的实例反射率回波,给出其超分辨率重建后的结果,并对其重建效果进行估计和比较.实验表明该方法在定量估计和视觉评价上都具有良好的高分辨率重建效果.     

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.     

华南北部冰雹天气的多尺度分析

利用高空、地面等常规气象资料和雷达、自动站等气象观测资料,以及NCEP FNL分析资料,对华南北部一次冰雹天气进行多尺度分析,以探讨、总结这次冰雹天气过程形成、维持、发展成因及异同。结果表明:1)本次冰雹天气过程是在南支槽前、中低层切变线以及地面倒槽的形势背景之下发生的;中层干空气的夹卷、强垂直风切变和辐合抬升有利于冰雹天气发生;中高层干冷、低层暖湿的层结配置,导致大气层结的不稳定;高空辐散以及中层急流的配置,为冰雹天气过程提供了有利的动力条件; 2)相较而言,湖南南部的整体环境条件更为有利,对对流风暴有组织发展、冰雹的形成有明显的增强作用;而江西南部中上层极干,加上强的垂直风切变,和高层辐散强抽吸作用,有利于对流风暴的强度维持; 3)本次冰雹天气过程雷达回波特点明显。回波单体剖面出现了在过山阶段初为成熟阶段超级单体回波形态,而过山时变为悬空、不接地的单体初生回波形态的现象;超级单体回波的基本反射率图上,呈现出特殊的形状为细长型的类双弓形回波。     

711B1天气雷达回波 PPI 数据显示方法

使用可视化的编程语言在Windows98下对雷达回波PPI二进制数据进行分析,摸清711B1天气雷达回波PPI数据头文件中数据采集时间、天线仰角、扫描半径及二进制数据与回波强度的对应关系,实现雷达图像在Windows下的显示处理,为全州人工影响天气作业决策指挥及短期天气预报提供科学依据。     

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.     

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.     

清远连州CINRAD/SA-D型业务试验双偏振天气雷达技术评估

以北京敏视达雷达有限公司生产的国内首部S波段业务试验双偏振雷达（清远连州CINRAD/SA-D型）为研究对象,从硬件升级、在线/离线标定方法、信号处理及软件技术等方面与美国WSR-88D双偏振天气雷达进行比对分析,重点对采用机内信号源法的长期标定结果和小雨数据全链路标定结果进行统计分析.研究结果表明:机内长期标定情况下,差分反射率因子ZDR和差分传播相位φDP的统计方差分别为0.205 3 dB和1.135 8°;通过关键参数筛选出的业务观测小雨数据,ZDR的标准差值控制在了0.5 dB以内,这些结果与美国天气雷达标定指标相当.      

云娜台风加强及特大暴雨过程的多普勒速度场特征研究

浙江省温州市CINRAD-SA雷达站因其较好的地理位置,详细探测了在有效观测范围内云娜台风发展、演变、近海加强加速、登陆及西行衰亡的全部过程。利用其获取的强度场与速度场资料,结合台风定位资料及自动站雨量资料,分析了台风加强及特大暴雨时段的多普勒雷达强度场、速度场特征,发现多普勒雷达能捕捉到远距离台风的加强信息。这次台风造成了浙江省多场暴雨过程,多普勒速度场资料揭示了在台风这一暖心低压的背景下,高空西南急流的脉动、高空辐散的加强、台风北侧弱冷空气的触发与特大暴雨的良好对应关系。     

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.     

多普勒天气雷达单PPI探测强风暴的方法

利用天气雷达准确而快速地识别强风暴一直是进行强天气预警的关键组成部分。针对目前多普勒天气雷达探测强风暴方法在实际应用中存在的问题，提出了利用单PPI资料进行强风暴识别的方法，在综合利用多普勒天气雷达强度场、速度场、谱宽场资料及缩短探测时间方面进行了尝试。应用实际资料进行的效果检验表明：与现有强风暴识别方法相比，单PPI识别方法的结果准确率达87．5％，虚警率为22．2％，同时具有节省探测时间、快速发布警报的优点。     

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.     

基于GIS的内蒙古中部地区多源雷达回波拼图

 为了做到内蒙古中部地区天气的实时监测,研究了该地区新一代天气雷达基本反射率产品和713雷达平显回波等多源雷达回波数据的拼合方法。首先阐述了两类回波数据的存储结构和格式,然后设计了两类径向数据向二维矩阵数据转换的算法,研究了该类数据转为栅格类型存储的直角坐标绘制模式,并采用ArcGIS Engine二次开发组件进行了实现。最后基于GIS技术研究了两种回波图像进行区域拼图的方法,并设计了回波图像拼合平台,其能够根据用户的选择条件实时对该地区4部雷达的回波图像进行拼合。在包头市气象局的测试应用表明,该平台可实现内蒙古中部地区天气的实时监测,同时为气象预报员制作气象预警预报提供辅助决策。