基于相控阵雷达的区域站雨量质控方法研究

为提高站点雨量数据的准确性,提出了一种基于相控阵雷达的区域自动站雨量质量控制方法,结合区域自动站和X波段双偏振相控阵雷达对雨量数据的精准质控来提高设备的维护效率,降低疑误数据对预报人员的干扰。在对厦门市一次天气过程的实验分析得出,该模型能够及时对疑误站点进行识别,有效改善了区域站降水数据的观测质量。     

福州地区X波段相控阵雷达与S波段机械雷达回波数据对比分析

为验证福州地区X波段相控阵雷达系统和雷达回波数据的可靠性,检验其探测性能,以2022年4月27日福州地区强降水过程为例,利用直接对比法分析了X波段相控阵雷达与S波段机械雷达回波数据。结果表明,X波段相控阵雷达回波反射率清晰细腻,雷达回波的结构分布较为均匀,可以观测更加细微的回波特征,空间分辨率明显高于S波段机械雷达,更有利于突发强对流致灾天气系统的预警预报。在强降水天气过程中,小时累计降雨量预测S波段机械雷达算法占优势,定量降水估计产品X波段相控阵雷达算法占优势。     

利用相控阵雷达对2020年5月闽南一次降雹过程分析

利用厦门翔安X波段相控阵雷达,结合厦门海沧S波段双偏振雷达、风廓线雷达等多源观测资料,对2020年5月闽南沿海一次罕见大范围降雹过程进行了分析.研究表明,此次过程是一次发生在副高边缘暖湿气流控制下低层暖强迫型强对流,午后西南风超低空急流的建立极大改善了水汽及不稳定条件,地面冷锋入倒槽触发大范围强对流.相控阵雷达分析表明...     

X波段移动雷达与S波段新一代天气雷达产品比对分析

为探究、验证X波段移动雷达系统及其回波数据实用性,利用X移动雷达在台风外围云系降水天气过程(2016.7.9)进行探测作业并收集观测数据,对移动雷达观测范围100 km内的回波信息进行研究分析,同时将其与S波段天气雷达同一时间段内探测到的速度场、强度场及对应测站雨量数据等资料进行数据分析,比对两部雷达观测结果的差异及原因。结果表明:X波段移动雷达与S波段新一代天气雷达相比,X波段雷达对气象目标物有灵敏的探测能力,X波段雷达比S波段雷达能探测到较好的空间分辨率和较低的地杂波。但是X波段雷达因探测降水时衰减严重,因此在60 km的探测范围内,X波段雷达回波强度略强,之后随之减弱。在探测降水的移动过程及强度变化趋势,与S波段雷达的探测结果基本一致。X波段移动雷达在S波段雷达故障或探测不到的地方,具有替代S波段雷达的应急作用,能够作为填补S波段雷达探测盲区的一种方法。     

双偏振多普勒天气雷达的偏振参量及其应用

介绍了双偏振多普勒天气雷达的基本作用机理和双偏振参量,阐述了目前常用的测量降水率的公式,提出了一种进行降水粒子类型识别的算法,并对双偏振天气雷达的主要功能作了说明。     

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。     

“7.29”厦门局地短时强降水的成因和预报误差分析

利用常规气象观测数据、NCEP/NCAR FNL再分析等资料以及风廓线雷达、X波段相控阵雷达等新型雷达产品,对2020年7月29日厦门局地短时强降水的成因和预报误差进行分析,结果表明:(1)高层辐散低层辐合配置的强垂直上升运动,中低层较为深厚的水汽饱和层、强热力不稳定、一定强度的风向垂直切变以及较低的自由对流高度等,为局地短时强降水和雷暴大风的形成提供了水汽条件和热力、动力不稳定条件。(2)副高底部偏东气流加强,超低空出现风场辐合,水汽、动力条件转好,热力不稳定条件趋向有利,这些都是当天午后到夜间的局地强降水较预估偏强的原因。(3)925hPa风廓线雷达对此过程风场辐合特征有较好的指示作用,相控阵雷达则清楚显示了过程出现的列车效应,对于局地性的短时强降水可提供更精细的监测数据和降水估计。双偏振参量表明回波有明显的ZDR、KDP异常大值区,表明降水以扁平大水滴为主,回波质心较低,是属于暖云主导的热带降水型,对应雨强较大,降水效率较高。     

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。     

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。     

2019年8月29日海南儋州台风雨带中夜间龙卷的多源资料分析

为研究台风雨带在夜间发生的龙卷结构与演变,本文针对2019年8月29日凌晨海南儋州在台风“杨柳”的外围螺旋雨带发生的EF2级龙卷,利用micaps资料、海口双偏振天气雷达资料以及FY2G卫星等资料,对儋州龙卷从热力和动力因素分析夜间台风外围雨带龙卷的演变特征。分析表明：台风“杨柳”从28日20时到29日08时明显加强,夜间海南云顶亮温较周围低,云顶的辐射降温及云团合并,促进热力不稳定;夜间台风雨带登陆海南后,受地面摩擦影响,高低层垂直风切变加大,儋州附近山地地形促进了动力抬升。T-logP图上对流指数以及温度层结和湿度层结特征,均使对流加强。海口双偏振雷达回波显示了龙卷的典型特征,经过退速度模糊,凸显了中气旋、TVS和TDS特征,偏振参量Zdr、KdP和CC的特征也揭示了探测中气旋和龙卷的敏感性。研究结果为预警台风雨带中的夜间龙卷提供了参考依据。     

厦门机场一次强降水天气的相控阵雷达观测分析

利用厦门X波段相控阵天气雷达及自动观测系统分钟级降水量和能见度数据,对发生在厦门机场上空的一次强降水过程进行分析,验证雷达偏振参量在厦门机场的适用性。结果表明,Z_DR(差分反射率因子)大值区出现在上升气流周边,机场上空Z_DR出现衰减,与本次机场强降水的雨强对应并不理想;K_DP(差分相移率)和强降水对应较好,45dBz以上回波区K_DP在4.5°/km以上;强降水区的相关系数在0.9～1;降水估计产品QPE与降水量及能见度均有较好的相关性。     

偏振雷达参量对融化层回波的探测敏感性分析

融化层特征的研究及其微物理性质的识别在云物理降水研究、人工影响天气、航空飞行以及积云参数化方案修订等都有重要意义。利用南京信息工程大学C波段双偏振雷达(简称为NUIST C-Pol雷达)的回波强度Z,差分反射率因子ZDR、差分传播相位常数KDP、正交相关系数ρHV,研究融化层回波(即零度层亮带,简称亮带)敏感性及其对应水凝物微物理特征。根据NUIST C-Pol雷达2014年实测数据,分析亮带的偏振参数探测特性时发现相关系数最敏感,它比其他参量更早出现亮带特征;其次是差分反射率因子、差分传播相位常数,最后才在回波强度上看到明显的亮带。进一步地,探讨了亮带中相关系数的探测敏感性及其数值减小的机理。研究结果对于用双偏振雷达参数研究云降水物理特性具有理论和应用价值。     

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.     

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。     

天气雷达I/Q信号仿真建模及统计验证

基于天气雷达发射脉冲的时间自相关特性,采用大气分层模型,建立天气雷达发射端到接收端的I/Q信号仿真算法;并通过统计分析,对算法可靠性进行验证。研究结果表明仿真得到的I/Q信号均符合高斯随机分布,回波功率符合指数分布,与天气雷达真实回波信号统计特性一致;同时以南京大学的C波段双偏振天气雷达的真实弱降水回波数据为基础,进行仿真回波数据与真实数据对比分析。统计结果表明相似的参数设定下,仿真回波信号的反射率因子和速度的标准差与真实信号的统计特性基本一致;且与理论公式结果基本吻合。     

一次典型南海季风槽云系的双偏振雷达特征分析

鉴于过往对于南海季风槽降水云系的研究多以数值模拟或气象卫星数据为主,而以双偏振雷达对其展开详细分析的研究却相对较少,因此为了加强海南省西沙永兴岛双偏振雷达在南海季风槽降水云系中的应用效果研究,笔者以2021年10月17日发生在海南省西沙永兴岛附近的一次典型南海季风槽所引起的热带扰动降水云系为基础,同时结合S波段双偏振天气雷达、地面自动站降水观测等资料对其展开了深入的分析与研究,结果表明：该次热带扰动云系主要受南海季风槽影响,南海海域高空风场存在明显辐合,叠加高空偏东急流带来了丰富水汽、副热带高压带明显西伸等多重因素在过境永兴岛期间发生持续性降水;该次热带扰动云系过程可分为3个阶段,在其第2和第3发展阶段对流属性占据主导地位,10:00～11:00期间混合云系垂直积分液态水含量及雷达回波顶高出现小幅跃升,且云系内部小部分区域在高空5 km以上高度出现弱的“Z_DR柱”现象;在混合云系发展成熟期(11:00～12:00),云系内部超过50 dBZ的区域主要集中在6 km以下的中低层,云系的差分反射率(Z_DR)超过1 dB的区域面积显著变大,相关系数...     

广州新一代双偏振天气雷达的性能测量和分析

随着我国双偏振雷达的布网以及投入业务运行的数量增多,对双偏振雷达的稳定性要求也越来越高,因此对双偏振雷达进行业务评估,可为未来我国双偏振雷达的实时业务化标定以及双偏振雷达的升级提供参考。本研究从广州新一代双偏振天气雷达(以下简称广州雷达)的机内标定长期稳定性、全链路标定一致性、接收链路一致性以及旋转关节对接收链路一致性4个方面开展评估。测量和分析结果表明,广州雷达接收通道标定的差分相移值、机内峰值功率波动和相位噪声范围偶有超标情况,其余参数均达到性能指标要求。根据连续大半年的运行监测来看,广州雷达整体运行比较稳定,尤其是最关键的机内双通道差分反射率一致性较好。整个接收链路两个通道的差异波动较小,状态比较稳定,满足国内双偏振雷达指标要求。此外,双偏振的相位噪声和接收机动态性能较单偏振都提高不少。     

应用雨滴谱对天气雷达Z-R关系订正的研究

介绍了天气雷达定量降水估测系统的原理,雨滴谱仪订正雷达定量估测降水算法,通过分析2次台风过程及1次强降水过程,对比传统降水估测与雨滴谱仪联合天气雷达降水估测效果.结果表明,在强降水区域,雨滴谱仪联合天气雷达实时订正Z-R关系法降水估测具有明显改善传统固定Z-R关系法强降水低估的作用,在弱降水区域,雨滴谱仪组网联合天气雷...     

广州增城台风降水相关天气型

本文利用自动天气分型方法将1990—2012年广州增城每日天气分型并确定与台风降水事件相关的天气型.自动天气分型分为三个步骤,主成分分析,聚类分析以及判别分析,天气分型结果联系台风日降水资料可找出与台风降水相关的天气型.广州市增城区1990—2012年地面小时资料(包括气温,海平面气压,露点温度,南北向风速,东西向风速,总云量六个气象要素)经自动天气分型方法得26种主要天气型,联系台风日降水资料可确定其中四类天气型与台风降水强相关,两类天气型与台风降水部分相关.台风相关降水天气型(包括四类台风降水强相关天气型和两类台风降水部分相关天气型)包含23个台风强降水事件(日降水量≥50mm)中的22个,包含全部7个日降水量≥100mm的台风强降水事件.结果表明利用自动天气分型方法能较好地判定与台风相关的强降水天气事件.该方法可利用未来降尺度大气环流模式(GCM)气候资料估计未来气候变化情境下与台风相关强降水事件变化.     

降雪回波的双偏振雷达云相态垂直特征分析

双偏振多普勒天气雷达为探测降雪回波提供了丰富信息,其中距离高度显示RHI(range height indicator)垂直特征有助于识别降水云体相态分布的精细结构。以2018年1月3～5日南京信息工程大学C波段双偏振雷达RHI扫描的暴雪回波为例,结合探空资料进行物理量诊断,研究暴雪回波偏振参量和非偏振参量的相态分布垂直特征及其与大气风温湿结构的关系。结果表明:暴雪回波中,雷达高带或淞附效应存在于6 km高度附近,温度在-12～-15℃,含有湿雪和冰晶粒子;2 km高度附近的差分反射率因子强回波带为增温增湿的层云,层云之上的热力不稳定易促进对流抬升,揭示了冬季降雪具有高架对流的特点。研究结果有益于深入认识降雪在垂直方向上的精细结构及云微物理机制,提高降雪的预测能力。