区域生长法在多普勒天气雷达速度场分析中的应用

随着多普勒天气雷达技术的诞生及其迅速发展,多普勒天气雷达速度场资料在强对流天气系统分析、数值模式资料同化中的应用越来越广泛.但是由于采样的限制,尽管在硬件上已经采用了双Plus Repeat Frequency技术,但多普勒天气雷达能探测的速度范围依然有限,常常在大风区会出现多普勒速度模糊现象.这给资料分析、风场反演和资料同化带了很多的困难,因此解决资料中出现的速度模糊问题已经越来越重要,通过风场分片光滑的性质,提出了区域生长法在多普勒天气雷达速度场分析中解决速度模糊现象的技术.最后以目前全国布网的CINRAD SA型多普勒天气雷达探测资料为主,进行了大量的试验,结果证明该方法能较好的退出多普勒速度场中的速度模糊现象.     

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.     

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。     

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.     

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。     

基于微多普勒的雷达目标特征参数提取方法比较

从雷达探测到的众多目标中识别出真目标,进而进行有效的拦截是导弹防御系统中的关键技术。利用雷达获得的微多普勒效应进行真伪目标判定是目前较为先进的目标识别方法之一。选择弹道导弹的弹头目标建立其运动模型,通过对基于微多普勒的时频分析法、频谱与倒谱法、延时共轭法等三种常用方法对弹头目标的微多普勒特征参数提取的计算、仿真和分析,给出了各种方法的优缺点和适用范围。仿真结果表明:在散射点数目较少时,延时共轭法可以快速准确地估计目标的微动特性。     

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．     

由单个多普勒雷达探测资料反演风矢量场的变分方法

由单个多普勒雷达探测资料反演风矢量场的问题被表述为模式参数识别的问题。利用变分方法和最优控制技术给出风场的最佳估计。总结作者及其合作者在这一领域的研究成果,讨论了在存在的问题和进一步研究的方向。     

一次早春冷锋风雹天气过程分析

利用高空图、地面图、探空图等常规资料,多普勒雷达和风廓线雷达探测资料对2016年4月3日影响江西的强风雹天气过程进行了分析,结论如下:冷暖空气交汇、切变线趋于明显、强西南急流、中低层干舌、地面冷空气是此次强风雹天气发生的有利环流背景。同时气团极不稳定,不稳定能量强、水汽条件充沛、垂直风切变高,为强对流天气的发生、发展提供了不稳定、水汽与动力条件。多普勒雷达上强度50 d Bz以上快速东移的"弓形"飑线、中层径向辐合为大风的预报提供了依据。风廓线雷达上强对流天气发生前后有辐合系统过境,地面大风前有强西南急流下沉,3~4 km高空西南偏西急流迅速增强。     

一次强降雹天气的雷达产品分析

利用新一代天气雷达探测资料,分析2009年8月17日出现在巴彦淖尔临河区的大风降雹天气的发生,发展和雷达回波基本反射率、速度场演变过程,分析表明风暴追踪信息（STI）,冰雹指数（HI）、垂直液态水含量（VIL）等产品对冰雹有较好的识别和预报能力。     

黄河下游夏初一次强对流天气过程成因分析

 利用常规观测资料、多普勒雷达资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2008年6月25日发生在黄河下游的一次强对流天气进行了天气动力学和雷达回波分析。结果表明,这次强对流天气是在有利的大尺度环境下产生的,强对流区存在有利的水汽输送和水汽辐合,不稳定的大气层结有利于对流天气的发生,Qse高能区和Qse密集区有利于对流天气的发展,850hPa以下为较强散度辐合,800～600hPa为高空散度辐散和600hPa以下的垂直上升运动为强对流的发生、发展提供了动力条件。根据多普勒雷达资料分析,对流活动在河北境内生成,移动过程中发展,影响河南安阳时回波强度大于50dBz,径向速度图上存在中尺度辐合。     

A stochastic method for convective storm identification, tracking and nowcasting

The convective storm identification, tracking and nowcasting method is one of the important nowcasting methodologies against severe convective weather. In severe convective cases, such as storm shape or rapid velocity changes, existing methods are apt to provide unsatisfied storm identification, tracking and nowcasting results. To overcome these difficulties, this paper proposes a novel approach to identify, track and short-term forecast （nowcast） of convective storms. A mathematical morphology-based storm identification method is adopted which can identify storm cells accurately in a cluster of storms. As for the difficult tracking problem, sequential Monte Carlo （SMC） method is utilized to simplify the tracking process. It is not only inherently suitable for handling complicated splits and mergers, but also capable of handling the case of storm-missing detection. In order to provide more accurate forecast of a storm position, this method takes the advantages of the cross-correlation method. The qualitative and quantitative evaluations show the efficiency and robustness of the proposed approach.     

强冷空气影响下的强对流天气对比分析

2007年5月和2006年6月两次相似的强对流天气给浙江省带来了强烈的雷雨大风和短时冰雹天气,这两次过程最主要的特征表现在中高层蕴含深厚的冷空气条件,而低层存在浅薄的暖湿气流.综合运用雷达卫星及NCEP实况资料,对比分析了强对流发生发展的环境条件、云图及回波特征,进而揭示出此类天气的主要特点和可预报性.分析发现,925 hPa的切变线形成中尺度触发机制,对预报雷暴的发展走向具有不可忽视的作用;冷空气南下造成的冷暖平流交汇是触发对流的主要原因;云图上,云系移动前方形成较大的亮温梯度,后方形成干涌边界;雷达回波中表现出阵风锋的影响,这些都是地面灾害性大风产生的主要征兆.另外,强回波对应较大的风向切变区和悬挂回波是冰雹产生的重要特征.     

一种新的多普勒天气雷达回波数据无损压缩

为了解决多普勒天气雷达回波数据传输的实时性以及数据存储的有效性问题,提出了一种基于阶梯量化的多普勒天气雷达回波数据无损压缩新算法。针对天气雷达回波数据的特点,首先对天气雷达回波数据进行预处理,即将雷达回波数据进行格式转换;其次提出了一种阶梯量化方法,并采用MED预测进一步去除数据中的相关性;最后对量化和预测后的回波数据采用LZW编码以实现无损压缩。实验结果表明,新方法较其他方法大幅提高了回波数据的无损压缩倍数,可实现对多普勒天气雷达回波数据的有效压缩。     

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。     

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.     

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—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(Velocity-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2m/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。     

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．     

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.