单Doppler雷达IVAP风场反演试验

单Doppler雷达风场反演技术对于扩大Doppler雷达在中尺度气象监测和预报中的应用范围具有重要的作用.通过采用"给定方位角内风场均匀假定"提出积分速度一方位处理技术IVAP(Integrating Velocity-Azimuth Processing),克服了VAP技术在单多普勒雷达风场反演中对Doppler速度小尺度脉动过分敏感的缺点,及VAD(Vebcity-Azimuth Display,速度-方位显示)技术只能反演平均风矢量问题.利用2001-08-05上海特大暴雨时虹桥机场Doppler雷达速度资料进行中尺度风场反演试验.对均匀风方位角区间分别取9°,18°,45°和90°的反演结果的比较表明,采用较小的方位角区间可以反演出与这次暴雨有关的气旋式环流和中尺度辐合线.利用地面站实测风记录及风廓线数据对IVAP反演风的质量进行了评估.结果表明,反演风的风向和地面实测风的风向有很好的相关性,反演方位角区间越大,相关性越好.与20个时次同高度上风廓线仪探测的风速数据的对比表明,IVAP技术反演出的风速和它们也有很好的相关性,两者u、v分量均方误差在2 m/s左右.由于IVAP技术风场反演无需事先对Doppler雷达原始的速度资料进行人为的滤波或平滑处理,所以具有较强的客观性,便于在气象雷达预报业务中应用.     

机载GPS-R遥感海面风场实验

利用GPS导航卫星反射信号遥感海面风场是一种新的海洋遥感手段.对2009年在我国海南开展的机载飞行实验进行了介绍,为了验证该技术测风原理的正确性、反演算法的可行性和实际测风精度,利用飞行实验数据反演出了海面风速风向,并与同步获得的海洋站实测风场数据和卫星散射计风场数据进行了对比.统计表明,GPS-R反演风场与博鳌海洋站...     

单多普勒雷达VAP方法反演水平风场的检验

利用长江中下游外场实验的多普勒雷达联合观测资料,检验使用VAP（Velocity-Azimuth Process）方法反演中-β尺度（20～200km）水平风场的可靠性。局地均匀风假定的合理 性分析表明,在125km以内VAP方法反演的水平风场的分辨率可以满足中-β尺度(20～200km)分辨率的需求。多种方式检验表明,单多普勒雷达VAP方法反演出的水平风场可以正确地反映风场中的中-β尺度结构,作为分析中尺度风场信息的依据。     

多源探测资料在一次中尺度暴雨分析中的应用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、多普勒雷达和风廓线雷达等多源探测资料,对2018年4月24日漳州中南部一次中尺度暴雨的形成机制、环境条件和雷达资料特征等进行了分析。结果表明,此次过程是发生在500hPa短波槽过境,地面弱冷空气南下的大尺度环流背景下,地面中尺度辐合线是此次过程的重要触发和维持机制,多普勒雷达的逆风区可作为中尺度暴雨发展成熟的标志之一;风廓线的水平风资料可以反映出水平风场的演变,从而对降水强度、持续时间做出预报,垂直速度对降水的开始、加强和减弱时间段有很好的指示作用,同时也是对流发展强度的重要判据。     

基于墨西哥帽小波变换的机载SAR海面风场反演

针对从机载SAR探测图像中反演风向中如何提取图像中的风条纹信息的问题,给出基于墨西哥帽小波的风条纹信息提取方法,结合二维快速Fourier变换反演海面风向.以中国南海海域一组机载SAR实测数据为例,采用该方法反演风向,并运用CMOD4、CMOD-IFR2和CMOD5模式反演风速,验证海面风场反演方法特性.结果表明,墨西...     

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。     

用香港风廓线雷达资料看中尺度数值模式MM5的模拟能力

利用1998年华南暴雨科学实验期间香港风廓线雷达的高时空分辨率资料考察了中尺度数值模式MM5对6月8日到9日香港特大暴雨个例的风场模拟结果。研究表明MM5模式输出的风廓线和风廓线雷达的观测结果有很好的相似性，进一步确认了利用模式输出研究中尺度对流系统结构和机理的合理性。     

VVP三维风场反演方法研究

在研究了现有气象雷达三维风场反演的VVP方法的基础上,提出了一种新的基于三维风场均匀分布假设的三维风场VVP反演算法.采用提出的算法,进行了模拟风场和雷达实测风场的反演实验.按照实验结果进行了反演误差分析.理论和实验结果证明采用风场均匀分 布假设的VVP方法,反演的三维风场与雷达实测的三维风场比较吻合.     

船载气象监测预报系统研发课题2013年度科技报告

课题采用流场分析和统计学习的方法,建立基于神经网络系统辨识和支持向量机的风场反演校正模型,计算出未受干扰风场中的风速风向数据,减小干扰风场与未受干扰风场风速风向之间的偏差;利用径向基概率神经网络和支持向量机方法进行分析研究,借助机器学习方法得到气象要素数据奇异值剔除模型,从而提高监测数据的有效性;应用区域平滑滤波和阈值剔除技术,采用基于雷达反射率阈值的识别算法,实现雷暴等危险天气的识别;采用MCT耦合器技术及消息传递的并行计算方式,实现区域海气模式耦合;采用动力诊断、支持向量机、多指标叠套等预报方法,建立海上雷暴、云的船用预报模型。     

基于便携式高频地波雷达风场的反演

针对天线口径小、便携式雷达系统具有很宽的波束,大大增加了远距离处海面风和浪参数反演难度的问题,导出了有效浪高与风速之间的经验关系,结合改进后的风向反演算法,即可实现海面风场的获取,而不需要任何先验信息实现远距离风速的反演.风场中同时包含了风速和风向信息,为了验证风场的可靠性,将多个浮标的数据与风场数据进行比对.结果表明:风速比对的相关系数均在0.85以上,均方根误差约为3 m/s;在限定风速大于5 m/s时,风向比对的均方根误差会低于20°.风速与风向的比对结果验证了风场的可靠性.     

多普勒雷达VAD技术扩展的误差分析

从理论上给出了扩展VAD相对于VAD的误差解析表达式,证明谐波分析方法可从半圆资料中精确地求出一阶富氏系数,因此半圆VAD方法计算出的大尺度风向风速和VAD方法有相同的精度。用1/3圆资料拟合简谐曲线所计算出的风向风速相对于VAD方法存在误差,其大小和简谐曲线的初位相有关,风向误差为0～27°、风速相对误差为0～0.4。理想简谐分布离散数据的模拟实验表明,TVAD的风向平均误差为16°、风速为0.27,与常规测风的误差相近。实际多普勒速度廓线的拟合实验说明半圆VAD技术和TVAD技术所拟合出的简谐曲线可以反映其所代表区域的风场大尺度特征。     

VAD技术反演水平风廓线的质量控制标准

基于VAD算法原理及雷达观测噪音、缺测及风场非线性程度对反演风的影响,设置了有效数据点数、数据空缺的最大间隔、相对离差、高波项能量分量四个判据来判别VAD风的可靠性.利用美国KTLX雷达2001年3月的观测资料以及邻近探空观测资料共1 895个样本的统计分析表明单个的判据对VAD风好坏的识别能力较差.但是综合四个判据可以得到较有效的VAD风质量控制标准,进而得到判断VAD风适用性的两种判断策略.     

“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.     

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．     

宁夏一次突发性暴雨中小尺度系统分析

从天气事实出发，利用常规气象资料、多普勒雷达探测资料，对2004年8月3日上午发生在宁夏中宁县、吴忠市、红寺堡开发区等地的突发暴雨天气过程进行了深入分析，对此次突发性暴雨发生前后气象要素变化、环流背景、影响系统、大气层结稳定度及中小尺度系统发生发展特征等进行了分析与探讨．结果表明，这次突发性暴雨具有明显的中小尺度系统特征，主要影响系统为河西两高之间的横切变及低涡；较为深厚的中低层辐合为暖湿不稳定能量的贮存和短时强降水的产生与维持提供了有利的动力条件．在气象预报中有效地应用反射率因子、径向速度、风廓线、垂直液态含水量等多普勒雷达产品资料，有助于揭示中小尺度天气系统结构及演变趋势．     

Mesoscale analysis and simulation of heavy rainfall in Shanghai urban area by using non-conventional data

In this paper, a local record severe rainfall since 1949 occurring in the Shanghai urban area on 5-6 August, 2001 is investigated by using non-conventional observational data provided by the "973" basic research project of China, including automatic meteorological stations data, wind pro- filer data, Doppler radar echoes and GMS5 satellite data and NCEP data. By analyzing, it is revealed: (1) the heavy rain- fall, caused by a serious of mesoscale βconvective cloud clusters developing inside the landing tropical depression (TD), occurred suddenly with the typical characteristics of urban heavy rainfall disaster; (2) the landing tropical de- pression, moved eastward to Shanghai and re-intensified before entering the sea, was very favorable for the occur- rence of the heavy rainfall in Shanghai; (3) there may exists the interaction of different scale systems between the tropical depression and mesoscale convective cloud clusters; and (4) the various advanced intensive data contribute importantly to detect earlier and predict successfully the urban meteoro- logical disasters.     

VAD技术反演平均风向风速的研究

采用实测的单普勒雷达速度资料，通过对比分析了，重点讨论了非均匀分布VAD计算方法和均匀分布VAD计算方法的异同，以了解非均匀分布VAD计算方法业务应用的可能性。结果表明，在多普勒速度场缺测值较少情况下，两者计算结果接近；在多普勒速度场缺测值较多时，两者计算的平均风向和风速有较大的差别，均匀分布VAD计算的风速偏小，而非均匀分布VAD计算结果比较合理。     

郑州“7·20”极端暴雨的双偏振雷达回波与风场特征分析

为了细致地了解郑州极端暴雨的雷达回波特征与内部动力特征间的联系,本文利用地面自动站、探空、欧洲中期再分析资料以及双偏振雷达,分析了中尺度对流系统发展和成熟阶段的回波和雷达反演的风场结构,揭示了对流系统内粒子相态特征,动力特征等宏微观特征。本文主要研究结果如下：1）反射率因子特征为南北向的带状区域逐渐汇集为团状;径向速度特征为低层辐合和风向随高度顺转的强垂直风切变;2）基于雷达偏振量的分析,给出了对流系统局部结构,进一步的研究表明：差分反射率狭窄的强弧状区域,可有效地指示对流系统内的强上升运动,其为极端降水系统的持续性发展提供了动力强迫;3）剖面上差分反射率柱与差分相位常数柱在空间分布上呈现出分离现象,两者体现出对流系统内的强上升运动,为暴雨的发展与增强提供了强有力的支持。