多普勒雷达的速度图像特征及其在一次降雪过程中的应用

该文首先介绍了大面积降水的多普勒天气雷达径向速度PPI图像识别技术, 包括:①冷暖平流与大尺度辐合辐散运动叠加的图像特征; ②由零线的朝向和正负速度面积、径向速度值的大小判断风向风速辐合辐散的图像特征, 然后介绍了利用EVAD技术由雷达基数据定量计算大气平均散度和平均垂直速度的方法, 最后应用图像识别技术和EVAD方法对石家庄2004年冬季的一次大面积降雪过程进行了详细分析, 发现:此次大面积降雪过程有明显的辐合辐散图像特征, 径向速度值小, 辐合辐散弱, 始终存在暖平流。另外, 降雪强度和散度、垂直速度关系密切:辐合层厚度加大, 辐散抬高, 则降雪加强; 辐合、辐散层高度降低, 则降雪减弱。同时, 由EVAD技术定量计算的散度和相同时刻由径向速度图像产品定性分析的辐合、辐散基本一致。     

浙江中西部一次大范围降水过程的多普勒雷达资料分析

运用多普勒天气雷达和天气图资料,对2006年7月6日出现在浙江中西部的1次大面积强降水过程进行了分析,探讨了多普勒天气雷达资料在大面积降水过程中的图像特征。发现在不同的降水时段,垂直风廓线(VWP)产品和径向速度PPI图像都表现出非常明显的特征。利用EVAD技术和变分法计算的散度和垂直速度产品,能比较直观地反映这次过程中大气各层辐合、辐散和垂直运动情况,并以此对浙江大面积降水过程发生、发展、维持和消亡的动力学机制进行了探讨。     

稳定性降水天气的多普勒径向速度特征

应用滨州 71 4SDN天气雷达观测资料 ,分析了大范围稳定降水天气中锋面、风的垂直切变、辐合辐散等在多普勒径向速度图上的表现特征。表明 :通过多普勒径向速度资料可以了解天气系统的风场信息 ,对天气系统的发展变化有较好的指示性     

一次局地短时强降水的成因和预报误差分析

利用常规气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和多普勒天气雷达资料,对2016年8月6—8日潍坊一次强对流天气的成因和预报误差进行了分析,结果表明：1）500 hPa冷涡底部低槽、850 hPa低涡切变线和地面倒槽是主要影响天气系统, 数值预报对此次天气过程的影响系统预报偏差大,而预报员对数值预报依赖程度高是此次预报失误的主要原因;2）850 hPa以下强的水汽辐合是强降水发生的重要条件,低层辐合和高层辐散配置导致的强垂直上升运动是暴雨产生的动力机制,位势不稳定因中高层的冷空气入侵下沉得以加强;3）列车效应和强回波维持少动是造成短时强降水的重要回波特征,逆风区的发展和移动对于判断强降水的落区有指示作用,多普勒雷达反演风场中的中尺度辐合线是导致局地强降水发生的直接原因;4）风廓线雷达水平风场可以连续地反映降水过程中风场垂直结构及其变化,降水发生前探测高度明显升高,中高层冷空气侵入时间与强降水的时段相对应。     

迎风坡暴雨预报中多普勒天气雷达资料两种散度反演方法的应用

简单介绍了由多普勒天气雷达径向风资料反演平均散度和径向散度的计算方法,以2004年7月11—12日暴雨过程为例说明两种散度在迎风坡暴雨跟踪、预报中的综合应用。分析结果表明：①平均散度可以作为降水跟踪、预测的背景场。降水出现之前,低层平均散度存在辐合;低层辐合加强或维持,整个区域降水将加强;辐合高度抬升到中层并维持,降水达到最强;辐合减弱并开始出现辐散,区域降水将逐渐结束。②根据径向散度的分布情况,可以提前2 h以上预报强降水的落区。强降水落在径向辐合大值区后部的较弱辐合区内,且弱辐合区强度越强,未来降水强度越大。因此,综合分析平均散度和径向散度随时间的变化,可以跟踪、预测降水的发展演变,特别是可以给出暴雨的大致落区。     

一次大到暴雪天气的多普勒雷达产品综合分析

利用常规资料和大同多普勒雷达产品,对2009年11月9日一10日发生在大同地区的大到暴雪天气过程进行综合分析。结果表明：地面回流和高低空急流是产生强降雪的主要原因;较大降雪回波与连续性降雨回波存在相同特点;利用大面积降水的多普勒天气雷达径向速度PPI图像识别技术,定性分析此次降雪的冷暖平流与大尺度辐合辐散运动叠加的图像特征和由零线的朝向和正负速度面积、径向速度值的大小判断风向风速辐合辐散的图像特征,与根据零速度线的弯曲程度以及一定距离圈上零速度点与雷达中心连线的夹角推导出的定量计算大气辐合辐散值的算法计算出的大气平均散度值相比较,表明两种方法具有很好的一致性,可以在实际工作中对辐合、辐散快速判断。由重新处理雷达原始资料求得每半小时的雷达风廓线资料,可以清楚地展示强降雪的风场的垂直结构及其变化特点,直观地反映出降水过程中的风场变化特征。     

华南一次强飑线过程的三维变分风场反演效果分析

利用三维变分方法对2014年3月30—31日华南一次强飑线过程进行风场反演,经与风廓线雷达探测结果、双多普勒天气雷达反演结果、原始径向速度数据等对比分析,得到如下结论：三维变分方法反演的中低层水平风场与风廓线雷达探测到的结果较为一致,且能很好地表现飑线过境时的风向切变;通过与双多普勒雷达风场反演结果对比发现,两种方法得到的风场空间分布十分相似,均能很好地表现2 km高度上系统内部强带状回波前缘的辐合线以及5 km高度上较弱的辐散;三维变分方法反演的水平风场与径向速度场有较好的一致性,2 km高度强回波带前缘阵风锋处的辐合线位置以及5 km和8 km高度上辐散区的位置均与径向速度场十分吻合;三维变分方法反演的垂直速度能较好地反映该飑线过程中气流的上升和下沉运动,平行于飑线方向的气流变化较小,而系统气流变化主要沿垂直于飑线的方向。三维变分方法反演的飑线系统的三维风场结构合理,反演结果可靠。     

大同市一次暴雪天气过程多普勒雷达速度特征

利用高空、地面环流形势图、欧洲数值预报产品和大同地区C波段单多普勒雷达产品中的反射率因子、径向速度和VWP产品,对2009年 11月9-10日发生在大同地区的大到暴雪天气过程进行综合分析。结果表明：地面回流和高低空急流是产生强降雪的主要原因;较大降雪回波与连续性降雨回波存在相同特点;利用大面积降水的多普勒雷达PPI径向速度零线的朝向、正负速度面积和径向速度值的大小定性判断辐合辐散图像特征与根据零速度线的弯曲程度、一定距离圈上零速度点与雷达中心连线夹角计算出的辐散值相比较,表明两种方法具有很好的一致性,可以在实际工作中对辐合、辐散快速判断。由重新处理雷达原始资料求得每30 min的雷达风廓线资料,可以清楚地展示强降雪的风场的垂直结构及其变化特点,直观地反映出降水过程中的风场变化特征。     

大同市一次暴雪天气过程多普勒雷达速度特征

利用高空、地面环流形势图、欧洲数值预报产品和大同地区C波段单多普勒雷达产品中的反射率因子、径向速度和VWP产品,对2009年11月9—10日发生在大同地区的暴雪天气过程进行综合分析。结果表明：地面回流和高低空急流是产生强降雪的主要原因;较大降雪回波与连续性降雨回波存在相同特点。利用大面积降水的多普勒雷达PPI径向速度零线的朝向、正负速度面积和径向速度值的大小定性判断辐合辐散图像特征与根据零速度线的弯曲程度、一定距离圈上零速度点与雷达中心连线夹角计算出的辐散值相比较,表明两种方法具有较好的一致性,可以在实际工作中对辐合、辐散快速判断。由重新处理的雷达原始资料求得每30 min的雷达风廓线资料,可以清楚地展示强降雪风场的垂直结构及其变化,直观地反映降水过程中的风场变化特征。     

吉林省雷电雷达回波特征分析及预警指标

本文应用2004-2005年多普勒雷达回波资料和探空资料,对发生在雷达有效探测范围内的雷电天气进行分析,发现随季节的不同,雷电天气雷达回波高度和强度存在一定差异;二次回波对雷电天气有一定的指示意义;多普勒雷达径向速度大尺度辐合风场特征,对雷电落区及强度预报意义较大;垂直累积液态水含量具有一定的阈值;K指数、正不稳定能量对雷电的发生反映明显。     

湖南一次强降水天气过程分析

综合运用常规、非常规加密观测资料、风云卫星资料和1°×1°的NCEP/NCAR再分析资料,对2019年主汛期湖南一次强降雨过程进行分析及成因探讨。结果表明:此次降雨过程影响系统复杂多变,由暖区暴雨、中层冷平流入侵暴雨、锋面暴雨组成,冷空气入侵时降雨效率最高,小时雨强与累计降雨达到最强;副高明显偏强,较历年同期偏西24个经度,其边缘多短波槽活动,高空冷涡活动明显,冷涡与冷槽同位相叠加,槽底往南发展至30°N以南,其后部偏北气流引导冷空气渗透南下与副高边缘西南气流交绥,是持续强降水的大尺度环流背景;中小尺度系统活动频繁,多个中尺度对流复合体(MCC)发展合并,直接造成暴雨天气;雷达回波图可看出低质心降水的特征,降雨效率高;强降水发生时散度场空间分布和垂直速度对应较好,强上升中心与无辐散层相对明显。     

多普勒雷达资料同化的稀疏化方式对暴雨过程的影响研究

利用中尺度非静力WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其三维变分同化系统,对2007年7月淮河流域的一次强降雨过程进行多普勒雷达径向速度资料的三维变分同化试验,重点考察雷达资料的不同稀疏化方式对同化结果以及对暴雨数值模拟的影响。结果表明:同化多普勒雷达径向速度资料使得模式初始风场包含了更丰富的中尺度特征信息,有效调整了初始场的环流结构,能够改善模式对暴雨过程的模拟效果;以不同的稀疏化处理方式同化多普勒雷达径向速度资料对分析场会产生不同的影响,进而影响模式的降水预报效果,本次试验中当极坐标网格径向分辨率取10 km的时候降水过程的预报效果最好。     

大连地区暖锋暴雨个例成因与雷达回波特征

利用常规观测资料、自动站资料和多普勒雷达资料等,对2009年7月14日大连暴雨局部大暴雨过程进行详细分析。结果表明：这是一次暖锋大暴雨过程,高空河套槽北抬和北支槽尾段相叠加,中低层在渤海北部到大连地区形成涡旋环流,700 hPa气旋式较大曲率处在地面暖锋上空,大连地区位于地面气旋顶部即暖锋顶部,造成强降水的产生。强湿区,配合暖锋前低层辐合中心、高层辐散中心,为暖锋大暴雨天气提供水汽和动力条件。从雷达回波分析可以看出,暖锋前部45dBz的β中尺度反射率及速度场上“单牛眼”特征,是造成此次暴雨过程及短时暴雨的直接原因。VWP资料分析表明,低层东南急流与高层西南急流形成切变层的高度以及两支急流的强度变化,与暖锋对应并决定降水的强弱。     

一次区域暴雨过程综合诊断分析

利用NCEP 1°×1°的6h再分析资料对2008年7月22日河南省南阳市的区域性暴雨天气进行了综合诊断分析,结果表明：此次暴雨过程是中低层的西南涡在高空急流的引导下,沿着河套高压与副高之间的辐合带移出造成的。降雨的水汽供应主要来自对流层中低层,且水汽强辐合出现在强降雨前。随着对流活动的发展,水汽通量和水汽辐合都向高层发展,湿层明显增厚。在整个降雨过程中,700hPa垂直螺旋度正值中心的位置和强度与西南涡的移动和强弱变化有很好的对应关系,垂直螺旋度正值长轴区与切变线辐合区相吻合,在某种程度上能反映出西南涡的移动和强度的演变;垂直螺旋度强弱的变化与暴雨强度变化基本一致。高层辐散、低层辐合的大气垂直结构能增强大气的抽吸作用,促进垂直上升运动的发展,反之,抑制垂直上升运动,降雨减弱。上、下层负、正垂直螺旋度耦合的结构对暴雨的发生和维持非常有利。在雷达速度PPI上,逆风区的出现预示着局地强降雨的产生。     

一次降雨过程风廓线雷达回波特征

为应用风廓线雷达监测降水天气,通过对2006年南京地区一次春季降雨过程的边界层风廓线雷达探测数据与自动站雨量数据进行对比分析和相关性统计,研究降水发生、维持和消亡期间风廓线雷达资料的变化特征,分析风廓线雷达垂直速度、速度谱宽与降雨强度之间的相关性。结果表明：当降雨临近时,风廓线雷达水平风廓线上的空洞逐渐消失,当降雨结束时空洞再次出现,且伴随着低空急流的出现降水明显增强。随着降雨的发生,风廓线雷达产品的垂直速度、速度谱宽和折射率结构常数值均明显增大。整个降水期间,550 m高度层以下的垂直速度与降水量存在显著线性负相关,450—950 m高度层之间的速度谱宽与降水量存在显著线性正相关,可见垂直速度、速度谱宽的变化与降水强度关系密切;当垂直负速度变小或速度谱宽变大时,降水增强的可能性增大。研究结果揭示了风廓线雷达垂直速度、速度谱宽与降雨强度之间的内在联系,可为风廓线雷达应用于降雨天气监测提供参考。     

2012年春季河南一次区域暴雨的诊断分析

利用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°间隔6 h再分析资料,采用天气学诊断分析方法,对2012年4月23-24日河南省一次春季暴雨的形成机制进行分析,结果表明:高纬冷空气沿贝加尔湖低涡后部偏北气流南下,在河套西部形成深厚低槽,低槽携带冷空气东移,在河南境内与强盛的西南急流汇合,是本次暴雨过程的天气背景。冷空气的侵入有利于西南涡的加强,而南支槽前的正涡度平流促使西南低涡沿切变线向东北方向移出,使得切变线南侧西南低空急流加强,为暴雨的发生提供了有利的动力与水汽条件。短时强降水发生前,低层能量场出现明显辐合,当低层能量场转为辐散时,能量释放,有利于短时强降水的出现。高层辐散、低空辐合的动力条件配置,使得大范围垂直上升运动加强,特别是高层散度场的下伸,利于降水释放潜热,增加大气的不稳定,进而利于强降水的发生。850 h Pa垂直螺旋度中心大值区域能很好地反映切变线、急流等与低涡相联系的天气系统,其中心强度的迅速变化能较好地指示降水的落区和强度。     

一次降雨过程风廓线雷达特征

为应用风廓线雷达监测降水天气,通过对2006年南京地区一次春季降雨过程的边界层风廓线雷达探测数据和自动站雨量数据进行对比分析和相关性统计,研究了降水发生、维持和消亡期间风廓线雷达资料的变化特征,分析风廓线雷达垂直速度、速度谱宽与降雨强度之间的相关性。结果表明：当降雨临近时,风廓线雷达水平风廓线上的空洞逐渐消失,当降雨结束时空洞再次出现,且伴随着低空急流的出现降水明显增强。随着降雨的发生,风廓线雷达产品的垂直速度、速度谱宽和折射率结构常数值均明显增大。整个降水期间,550 m高度层以下的垂直速度与降水量存在显著线性负相关,450-950 m高度层之间的速度谱宽与降水量存在显著线性正相关,可见垂直速度、速度谱宽的变化与降水强度关系密切;当垂直负速度变小或速度谱宽变大时,降水增强的可能性增大。研究结果揭示了风廓线雷达垂直速度、速度谱宽与降雨强度之间的内在联系,可为风廓线雷达应用于降雨天气的监测。     

西南低涡东移引发重庆暴雨的综合诊断

利用NCEP/NCAR Reanalysis 1°×1°格点资料和MICAPS实时观测资料,使用水汽散度垂直通量、湿螺旋度等新型诊断物理量,对2009年8月2~4日发生在重庆地区由西南低涡东移引发的暴雨做了综合分析。结果表明:水汽主要在大气低层850hPa附近积聚,上升运动强,水汽的辐合上升区域与降水大值区较吻合。500hPa湿z-螺旋度负值区水平分布与相应时段降水落区和强降水中心的分布对应较好,垂直分布上:暴雨区低层正涡度、水汽辐合旋转上升与高层负涡度、水汽辐散相配合,是触发暴雨的有利动力机制。      

热带低压倒槽引发江苏东北部大暴雨过程分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料、加密自动观测站资料、连云港风廓线雷达和多普勒天气雷达资料等,对2012年8月10日江苏东北部地区特大暴雨过程进行了分析。结果表明：台风“海葵”登陆后在安徽东南部减弱成热带低压,北伸的低压倒槽与高空低槽的结合,是产生这次特大暴雨的天气背景。特大暴雨发生在大气层结极不稳定区域,同时具有水汽强辐合,对流层低层强辐合、高层强辐散的环境场特征。散度场的垂直分布特征变化先于降水强度的变化;冷空气从低层开始入侵,并向中高层渗透,触发了不稳定能量的释放。地面中尺度辐合线的长时间维持,是这次特大暴雨产生的直接原因。平均径向速度产品揭示的风向风速辐合、气旋性环流、低空急流及暖平流等的环境场特征,为短临预报中判断强降水发生及维持提供了依据。