多普勒雷达速度资料在短时天气预报中的应用

基于多普勒雷达速度资料的特征分析,对其在短时天气预报中的应用研究做了初步的探讨。结果表明:利用多普勒雷达速度场零速度线的变化及正负速度中心的分布,可以准确地对热带气旋中心进行定位;“弓”形零速度线对大范围短时降水预报有很好的指示作用,当“弓”型辐散场零速度线出现时,预示着降水减弱并趋于结束,当“弓”型辐合场零速度线出现时,预示着降水加强并可能出现雷雨大风、冰雹等强对流天气;多普勒雷达速度场中“逆风区”的出现,可作为短时强降水和雷雨大风等强对流天气预报的重要判据。     

“7.17”庐山雷击事件分析

通过对 2 0 0 2年 7月 1 7日雷电过程的天气形势、卫星云图、多普勒雷达资料 ,以及雷电探测定位系统资料的分析 ,指出水汽云图上的强水汽累积区、雷达回波上的回波合并与高层强回波区以及雷达回波速度场上的“零值线”等特征 ,是判断雷电发生和强对流天气的重要依据     

"碧利斯"引发广西异常暴雨的成因分析

利用常规气象资料和卫星云图等资料对“碧利斯”造成异常暴雨的成因进行了综合分析,结果表明:“碧利斯”登陆减弱成的低压进入广西为强降水提供了动力抬升条件;中低层低压环流与强盛的西南暖湿气流相互作用,为降水云团不断发生和发展提供“燃料”;低层水汽辐合、高层辐散和强烈的上升运动是造成异常暴雨的主要原因。     

台风"碧利斯"的结构与江西暴雨诊断分析

利用T213资料、自动气象站加密资料和常规观测资料等,研究分析了0604号台风“碧利斯“的环流背景、移动路径、内部结构和外围暴雨的分布特征,并将其与0505号台风“海棠“、0513号台风“泰利“、0414号台风“云娜“,进行了对比分析.研究结果表明,台风暴雨与台风环流场、热力场的不对称有关,并不一定总是集中在环流中心附近.无论是对称结构,还是非对称结构,降水中心都与强对流云带位置相对应.“碧利斯“先西北行后向西折的路径,主要是受强大稳定的副热带高压引导,并表现为明显的不对称结构,东侧、南侧的积云对流较为旺盛,降水主要集中在移动路径的第三象限;850 hPa台风环流场表现为南部环流强盛,南海季风为西南急流的稳定维持提供了充沛的水汽条件;局地地形激发深厚的上升运动,进而产生庐山和赣南南部山区的大暴雨天气;垂直运动、散度、涡度、水汽通量、假相当位温等各物理量场,均与外围暴雨区有较好的对应关系.     

新一代天气雷达对一次暴洪的监测

利用三门峡雷达结合乡镇雨量资料,分析了卢氏暴洪雷达回波生成、发展和演变,得出了天气雷达监测预警暴洪的参考结论:基本反射率因子上表现为混合降水回波,强回波多次经过某一地方时,因"列车效应"可造成该地过程降水量的显著增大;平均径向速度图上有暖平流S弯曲、南风急流和风速辐合、逆风区;风廓线上偏南风层次伸至12km以上和低空急流长时间稳定维持表明本过程湿层厚、中低层有充足水汽输送,根据风廓线风随高度的变化可以预测降水过程的开始、加强、维持和减弱阶段.     

基于K means聚类分析的风廓线雷达降水数据判别方法

在降水环境下,风廓线雷达获得的多普勒信息主要是降水质点运动的结果,从而对大气风场的计算造成很大误差,因此,判断雷达回波信号是否受到降水干扰是很有必要的.采用一种基于K-means聚类算法思想的集合分析法对晴空和降水条件下的数据进行了聚类分析,得到随信噪比变化的垂直速度阈值,再根据该速度阈值对风廓线雷达数据是否受到降水干扰进行判别.采用此方法对南京边界层风廓线雷达2011年8-12月及2012年3-4月的部分观测数据进行了计算分析,结果表明,该方法可在不同的高度区分晴空和降水数据,能有效判别回波信号是否受到降水干扰.     

"碧利斯"的中尺度雨团和雷达回波分析

对“碧利斯”雷达回波分析表明:雷达回波受着三个阶段不同天气尺度的影响。第一阶段是台风低压强偏北气流的作用,强中尺度雨团出现在强风的左侧;第二阶段是台风辐合线与西南急流的共同作用,强中尺度雨团出现在西南急流左侧辐合线辐合最强的地方;第三阶段是台风低压过境时北侧强旋转风的作用,强中尺度雨团出现在东南急流与东北急流间气旋性曲率最大的地方。三个阶段的回波性质不尽相同,降水性质也差别很大。对这三个阶段主要的雷达资料进行分析研究,总结出一些规律性结论,有益于今后在雷达回波监测网中熟练掌握不同天气尺度的雷达回波中中尺度雨团的发生发展,使其在短时临近预报、联防预警信息及预警信号的发布中起到重要作用。     

强热带风暴"碧利斯"的多普勒雷达回波分析

通过对强热带风暴“碧利斯”转向西行减弱成的热带低压环流在滇东南地区造成的大到暴雨过程中主要降水时段多普勒雷达回波强度和径向速度场特点的分析。分析表明,此次强降水是多种天气系统相互作用的结果。第三、四时段滇东南南部的暴雨是长时间维持在其上空的强降雨云团和持续的大风区造成的。     

"8.28"过程的多普勒雷达回波与水汽输送特征分析

利用多普勒天气雷达资料及NCEP＼NCAR逐日每6h再分析资料,对甘肃省2003年8月27～28日的连续性大到暴雨过程(简称“8．28”过程)进行了分析。结果表明：多普勒零速度线在测站两侧顺转程度不一致,是暖平流和大尺度辐合运动的叠加所造成的,这一结构为强降水的产生和维持提供了有利的水汽垂直输送和辐合上升运动;逆风区、中小尺度的辐合辐散都与强降水之间存在着密切的关系,是临近降水预报的重要指标;降水的区域和量级与水汽通量输送的大小及其辐合程度有关。     

台风"碧利斯"特点及动力成因分析

利用常规观测资料、T213资料、FY-2C卫星资料和多普勒雷达资料等,对0604号台风“碧利斯“进行了综合研究,并与历史上相似路径的台风进行了对比分析.分析结果表明,“碧利斯“造成的暴雨出现在江西中南部,与历史上进入赣南的热带气旋一般特点相一致;“碧利斯“路径与副高的位置和演变有关;“碧利斯“造成的江西暴雨落区,与辐合上升运动中心及高层辐散中心对应较好,并与台风不对称环流、地形、不稳定能量等因素有关;暴雨与湿位涡呈反位相相关,且在暴雨较强时相关性更好.     

多普勒天气雷达资料同化对冬季暴雨模拟的影响研究

采用基于本征正交分解的四维集合变分同化（POD-4DEnVar）方法,利用梅州站的多普勒天气雷达资料和NCEP资料,对2015年12月9日一次华南冬季暴雨过程进行同化试验,探讨了同化不同的雷达观测要素对暴雨模拟的影响。结果表明:同化多普勒天气雷达资料有利于削弱控制试验偏强降水的模拟结果,改善降水分布结构;同化不同的雷达观测要素得到的模拟结果不同,同时同化径向风和反射率的降水模拟结果最好。同化试验对降水模拟结果的改善主要通过调整初始时刻的风场和水汽条件来实现,一方面减弱偏南风和偏东风在暴雨区的辐合,阻碍海上暖湿气流对暴雨区的水汽输送,另一方面直接削弱暴雨区的水汽条件,大幅降低水汽混合比。同化试验相对于控制试验的同化增量远大于不同雷达观测要素的同化试验之间的分析场差异,这表明同化不同的雷达观测要素对初始风场和水汽条件的调整呈现类似的特征。虽然同化试验的初始场存在较小的差异,但随着模式积分,16 h后模拟降水出现了明显差异。分析同化试验之间的初始偏差演变发现,850~700 hPa的平均垂直速度偏差和雨水混合比偏差在模式积分至16 h开始急剧增长,这种变量偏差的急剧增长与逐时降水偏差的迅速增加一致,是降水偏差增长的直接原因。另外,这两个变量偏差的增大,也伴随着偏差能量的增大,变量偏差增长最明显的时段为偏差能量增幅最大的时段,且偏差能量迅速增长早于变量偏差和降水偏差的迅速增长,变量偏差增长最明显的区域为偏差能量梯度较大的区域。     

微波辐射计观测同降水相关性的研究

利用南阳站微波辐射计反演产品数据,结合L波段探空、多普勒天气雷达和地面雨量等资料,分析了2017年6月4—5日南阳地区一次降水过程中水汽与液态水变化特征,并对2017年6—8月不同降水条件下该地区的水汽与液态水总含量进行了统计。结果表明:微波辐射计反演的产品数据较准确,可靠性较强,可应用于日常业务工作和科研中。降水开始前,水汽总含量与液态水总含量明显增加,随着降水减弱结束,水汽总含量与液态水总含量减少。利用这一现象,可以将水汽和液态水的变化作为选择人工影响天气作业最佳时机的辅助判别条件。对比同时刻、同位置的雷达和微波辐射计资料发现,水汽总含量和液态水总含量跃增时对应较强雷达回波。水汽总含量达到5 cm、液态水总含量达到1 mm,可以作为判断南阳地区夏季降水开始的参考值。     

2010年7月31日吉林省东南部短时强降水过程分析

利用吉林省加密站实时观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料和吉林省白山观测站多普勒雷达等资料,对2010 年7月31日吉林省东南部的短时强降水天气过程进行初步分析。结果表明：500hPa平直锋区上短波扰动出现往往伴随强对流天气的发生;上冷下暖的热力垂直结构有利于低层辐合抬升;当风场引起的辐合抬升仅存在于底层时降水不会发生,故更需关注整层风场的结构变化;强降水水汽来自于暴雨区前期降水的积累,缺外来水汽的持续输送是此次强降水历时短的主要原因之一;小股冷空气入侵高温高湿气团是导致不稳定能量释放的主要原因,强降水落区对应于冷空气侵入高能区位置,强降水时段对应K指数由极大值减小的过程;多普勒雷达资料中雷达回波的强度和缺口、径向速度的强度和零线形状、以及逆风区对预报短时强降水具有很好的指示意义。     

苏北一次强降水超级单体风暴过程的诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、FY2C卫星和多普勒雷达资料,对2008年7月22日发生在苏北的一次强降水超级单体风暴过程进行诊断分析。天气分析显示,风暴发生于高湿、较低的抬升凝结高度、强对流不稳定(3 445 J/kg)和中到强的垂直风切变(0~6 km,18 m/s)环境,这种大气环境非常有利于强降水超级单体风暴的发生发展。雷达回波分析揭示,该超级单体的演化可归结为"孤立单体—经典强降水超级单体—减弱东移"三个阶段,持续时间超过2 h。强降水超级单体风暴成熟期,呈现出典型的倒"V"型缺口、中低层有界弱回波区和反射率因子大值区由低层向高层往低层入流一侧倾斜的特征,相应的雷达径向速度场显示在倒"V"型缺口附近的强降水区中存在一个成熟的中气旋。湿位涡的诊断结果表明:高层干冷空气侵入触发潜在对流不稳定能量释放,有利于对流运动的发展;中低层大气对流不稳定与条件对称不稳定共存,既有垂直对流,又有倾斜对流发生,同时边界层的偏东风入流向暴雨区提供充沛的水汽,对暴雨的发生发展起增幅作用。     

“973”加密观测期间合肥地区不同类型暴雨的特征分析

利用"973"加密观测期间的地面、探空资料和双多普勒雷达同步观测等非常规资料全面分析了2002年合肥地区出现的两场不同类型暴雨过程的环流背景、物理量垂直分布结构和多普勒雷达回波强度和速度特征.结果表明:冷式切变和暖式切变两种不同类型暴雨首先在物理量垂直分布结构十分相似,低层辐合、高层辐散,低层正涡度、高层负涡度,水汽水平辐合的最大值在850 hPa,只是在上下层配置和强度上有所差异,特别水汽通量散度场表现突出,暖式切变更有利于水汽辐合.另外多普勒雷达径向速度特征存在一定的差异,多普勒雷达VWP产品能实时监测暴雨过程中风的垂直切变,有助于提高单站暴雨的预报水平.     

2012年初夏滇中首场暴雨过程诊断分析

利用地面加密观测资料、多普勒天气雷达回波强度、卫星云图TBB资料和NCEP 1°×1°分析资料,应用滤波和广义位涡理论, 对2012年6月1—2日云南省中部的首场切变冷锋型暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:中尺度天气系统是该次暴雨产生的直接原因, 强降水均发生在云顶亮温等值线梯度较大一侧,回波强度空间分布不均匀,回波发展高度较低,但回波结构致密,低质心,以液态降水粒子为主,因此降水分布不均匀,但降水效率高;水汽源地为孟加拉湾;低层水汽通量辐合带与冷锋、切变线、中尺度辐合线以及β中尺度低涡位置有较好的对应关系;700 hPa,850 hPa水汽通量强辐合区中心位置叠加时,其所在区域地面降水增强;强降水区域上空中低层广义湿位涡的正异常现象体现了降水区中低层高水汽集中特征;单站上空低层的广义湿位涡正异常增加时,地面降水强度增加,反之减小;800 hPa广义湿位涡正异常区对地面降水分布有一定指示作用,但暴雨中心与广义湿位涡强中心并不完全重合。     

一次由列车效应引发的暴雨过程分析

利用自动站资料、探空资料、NCEP再分析资料以及雷达资料,对2016年6月26日浙西地区一次暴雨过程的列车效应特征、物理量特征以及中尺度特征进行诊断分析。结果表明:暴雨产生于中低层暖切及地面低压倒槽的背景场中。强降水时段内回波在江西地区生成并沿同一路径东移影响浙西地区,产生列车效应,同时雷达速度场的低层辐合区有利于列车效应中东移回波增强并产生强烈降水。中低层湿度增加、垂直上升速度增大以及暖式切变线的加强有利于水汽辐合抬升的加强,使得列车效应增强,有利于降水的增大。26日11时以后衢州中北部地区列车效应的产生与维持与中低层正涡度和水汽通量辐合在这个区域的持续作用密不可分。Barnes滤波显示中尺度辐合线的维持和移动与列车效应的维持和生消有较好地对应关系,同时地面加密风场中稳定的低压环流有利于列车效应回波源地的维持,实际业务中应加强对地面加密风场和低层中尺度辐合线的分析。     

2017年“5.7”广州特大暴雨的中尺度特征分析与成因初探

2017年5月7日发生在广州北部的特大暴雨,局地性强,最大雨强达184.4 mm/h,3 h雨量突破了广东省历史极值,强降水持续时间长,具有明显的中尺度特征。特大暴雨有A区（花都）和B区（增城、黄埔）两个中心,它们在降水特点、地面中尺度特征及触发、对流的发展演变等方面各有特点。由于天气尺度强迫背景弱,数值模式无明显反映,给预报带来了很大的挑战。利用常规及加密自动站、多普勒雷达、风廓线、地基GPS等非常规观测资料,结合ERA-Interim 0.125 °×0.125 °逐6 h再分析资料重点分析和讨论了此次过程的中尺度特征、对流的触发与演变,以期为今后这类暴雨预报提供着眼点。结果表明:（1）此次过程突发性强,降水强度大,A区降水开始时间早,范围较B区小,但B区小时雨强更强,强降水持续时间更长;（2）次天气尺度边界层“7”字型的风压场形势下,脊后回流并加强的偏南风使暖层和湿层增厚,“下密上疏”的温度垂直结构,为强降水的发生提供了有利的环境条件。进入对流云中水汽质量无异常但产生了大量降水,极高的降水效率很可能是对流系统内部云水高效转化的结果,云的微物理过程在形成此次高强度的降水发挥着重要作用;（3）A区强降水发生前暖空气在山前堆积造成升温升压,东、西两支绕流广州城区的气流汇合并在工业区暖中心、山前暖空气堆积具有较高的对流边界层位置触发了对流;（4）B区强降水发生前持续降压并形成中尺度低压槽,A区中尺度对流系统前方入流造成的负变压,与地形强迫造成的风速辐合共同作用触发了B区对流。中尺度反气旋底部的偏北风与偏南、东南两支气流辐合稳定,使强降水长时间维持;（5）回波具有后向传播,垂直顶高低、质心低的热带对流回波特征,降水效率高。降水的拖曳下沉及蒸发冷却使边界层形成冷池,并与前侧暖湿空气相互作用,不断激发新的对流,冷池出流是持续抬升机制,是强降水持续时间长的重要原因。B区冷池厚度、暖湿气流爬升的高度与坡度比A区更大,冷池出流与暖湿气流辐合强度也比A区更强,造成B区雨强更强、持续时间更长,累积雨量更大。      

多普勒天气雷达速度场特征及在人工增雨中的应用

对大连2003-2005年降水天气过程的多普勒雷达速度场资料进行统计和分析,得到几种雷达回波速度场特征对降水变化及人工增雨作业的影响,总结了雷达回波速度场的零速度线呈"S"型、"弓"型和速度不对称型几种常见的分布特征对人工增雨潜力分析和作业条件判别的辅助判据指标.并结合EVAD技术和变分法定量计算大气平均散度和垂直速度方法,对大连2006年夏季一次人工增雨作业过程进行了分析,得到了回波速度场特征与计算的平均散度和垂直速度的较好的配合关系.