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。     

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。     

单多普勒雷达风场反演方法敏感性试验

为了比较3种单多普勒天气雷达风场反演方法(即VAP方法、UW方法、涡度-散度法)的反演效果和适用性,用这3种方法对几种典型的理想风场进行反演和敏感性对比试验,并对造成反演效果差异的原因进行了细致的分析.试验结果表明,这3种方法对均匀风场的反演效果都很好,UW方法的误差最小且计算量较小;3种方法对切变场的反演效果类似,径向速度差值较大的UW方法相似系数却稍大,切变越大时反演误差越大;对于涡旋场3种方法反演效果都不理想,若为径向气流显著而切向气流不显著的涡旋场可以用UW方法来反演.因此,相对而言,可以选用计算量小且相似系数较高的UW方法来反演二维简单风场.而在研究和实际应用中,应该进一步探讨用假设条件更接近实际情况的反演方法来更准确地反演风场.     

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．     

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。     

双高斯拟合的风廓线雷达降水时的风场反演

风廓线雷达在降水天气下探测到的返回信号主要包括大气湍流信号和降水粒子信号,其功率谱数据在结构上通常表现为双峰结构,并且在一定程度上可以看成是双高斯形式的。利用北京延庆CFL-08型边界层风廓线雷达在降水条件下获得的探测数据,采用双高斯拟合的方式将湍流谱和降水谱分开,并通过分离之后的湍流谱对不同强度的降水过程进行了垂直速度场和水平风场的反演。反演结果表明,利用双高斯拟合可以有效地将湍流谱和降水谱区分开,反演得到的垂直速度场、水平风场较处理之前更加精确。     

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.     

基于双高斯拟合的风廓线雷达在降水条件下的风场反演

风廓线雷达在降水天气下探测到的返回信号主要包括大气湍流信号和降水粒子信号,其功率谱数据在结构上通常表现为双峰结构,并且在一定程度上可以看成是双高斯形式的。本文利用北京延庆CFL-08型边界层风廓线雷达在降水条件下获得的探测数据,采用双高斯拟合的方式将湍流谱和降水谱分离开,并通过分离之后的湍流谱对不同强度的降水过程进行了垂直速度场和水平风场的反演。反演结果表明,利用双高斯拟合可以有效地将湍流谱和降水谱区分开,反演得到的垂直速度场、水平风场较处理之前更加精确。     

基于Sentinel-1A的长江口近岸风矢量场反演研究

选取长江口外近岸海域,以欧空局发射的Sentinel-1A为SAR图像数据源,利用多级小波变换和傅里叶变换获得高精度风向信息,再利用基于GMF的3种CMOD系列模型反演风速,最后将反演结果与同时相的ECMWF模式风场数据以及五组实测数据进行对比.结果表明,除个别包含复杂纹理特征的SAR子图像以外,SAR风场反演精度整体优于ECMWF模式风场.经过多级小波变换后的风向反演结果更优,均方根误差分别为31.6°,29.7°,23.5°.经过二级小波变换之后的整景SAR图像结合风向信息代入到CMOD系列模型中反演得到的风速精度最优,均方根误差控制在0.8 m/s.比较适合长江口外近海海域的是MOD-IFR2和CMOD4,均方根误差分别为1.08 m/s和1.05 m/s.     

一次飑线过程的双多普勒雷达风场反演分析

为揭示飑线发生过程中内部中尺度风场的演变特征,利用江苏连云港和盐城的多普勒雷达资料,采用双多普勒雷达风场反演技术,对2012年5月16日江苏中北部的一次弱弓形飑线过程进行了综合分析。结果表明:飑线后方入流最早出现在系统后部的层状区中,在飑线中段的中尺度涡旋对和地面冷池的共同作用下,后方入流向前延伸并穿过对流区下沉到达地面;飑线后方入流把云外干冷环境空气带到系统内,加剧降水粒子的蒸发冷却过程,促使地面冷池及其外流的加强;后方入流与地面冷池外流的耦合是地面大风生成的主要原因。     

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。     

基于遥感技术的测风雷达

研究风廓线雷达的探测威力和我国对流层大气湍流常数(C2n)随季节的变化规律.结合目前对流层风廓线雷达的研制经验以及我国北方地区的试验数据进行分析与探讨,介绍了风廓线雷达的组成原理,推导了风廓线雷达方程和最大探测距离估算公式.各地区C2n的变化是造成目前风廓线雷达探测距离估算误差的主要原因,试验数据表明,我国北方地区对流层-C2n(均值)随季节的起伏小于边界层-C2n随季节的起伏幅度.此外,信号处理损耗也是风廓线雷达威力估算时一个不可忽视的因素.     

一次多单体风暴和弓形回波过程的多普勒雷达探测特征研究

2006年5月8-9日,受中低层切变线和地面低压倒槽影响,浙江省西部及中北部地区出现了大范围的暴雨和地面大风天气。根据宁波和温州2部WSR-88D天气雷达提供的产品分析发现,8日08时至9日13时的大暴雨过程主要表现为3次多单体风暴的生成、发展加强和减弱消亡过程;9日16时至23时浙中地区自西向东出现的短时暴雨和地面大风天气是一次典型的弓形回波过境影响过程。     

风廓线雷达去地杂波方法研究

针对传统的回波模拟方法不能很好的模拟高斯白噪声的分布, 也不利于反应真实的回波信号的问题, 改进了回波信号的模拟方法, 同时为了减小地杂波对信号参数估计的影响, 在静态小波变换的基础上, 提出了一种抑制风廓线雷达地杂波的方法, 由于采用提升实现方式, 其运算量并没有明显增加。相对于传统的基于 DWT 去地杂波的方法, 新方法更加适用于较低信杂比的情况。仿真结果验证了新方法的有效性。     

基于小波变换的风廓线雷达间歇杂波抑制方法

针对风廓线雷达实际应用中,飞鸟等飞行体产生的间歇杂波对风谱识别的严重干扰问题,提出了一种小波系数代换的杂波抑制方法.通过分析风廓线雷达的信号特性,根据间歇杂波的突发性和持续时间短的特点,给出了在小波域内通过非相干谱积累之间信号能量一致性检验的杂波识别方法、判定公式以及相关尺度间小波系数代换的抑制方法.实测数据验证结果表明,杂波抑制效果明显.