多普勒雷达风廓线产品应用初探

利用雷达投入运用一年来的风廓线产品资料,对给桂林站造成大雨以上或大风、冰雹等强对流天气的过程进行分类,挑选几个典型个例,结合多普勒雷达风廓线产品进行研究。得出各类天气形式下风廓线产品的变化特点。     

风廓线雷达与天气雷达风廓线数据的融合及应用

风廓线雷达与多普勒天气雷达风廓线产品均可以获取高时间分辨率的高空风信息,但两种遥感测风的探测原理及时空代表性不同。在对风廓线雷达进行质量控制处理、剔除降水粒子空间不均匀分布对数据可信度影响之后,根据风廓线雷达与天气雷达风廓线数据探测原理差异,进行不同时间代表性的风廓线数据的空间匹配试验,确定与天气雷达风廓线数据进行融合的风廓线雷达数据最优时间分辨率,结果为1 h。利用2015年7月北京南郊观象台的探空、风廓线雷达、天气雷达测风数据进行三种高空风的一致性比对,结果表明三种测风数据具有较好的一致性,均方根误差分别为2.3和2.5 m·s~(-1);60、30以及6 min不同时间代表性风廓线雷达数据与天气雷达风廓线数据之间的均方根误差分别为2.6、2.8及3.1 m·s~(-1),60 min数据的融合效果最佳,低空尤其明显。利用广东省2014年5月的风廓线雷达观测网以及天气雷达网风廓线数据进行了高空风场的融合分析试验,融合分析场提供了更为丰富的高空中尺度水平风场信息,低空的涡旋更加明显。     

多普勒雷达风廓线产品应用初探

利用雷达投入运用一年来的风廓线产品资料，对给桂林站造成大雨以上或大风、冰雹等强对流天气的过程进行分类，挑选几个典型个例，结合多普勒雷达风廓线产品进行研究。得出各类天气形式下风廓线产品的变化特点。     

宜春地区三类典型天气的风廓线雷达产品特征分析

选取江西省宜春市晴空、弱降水、强降水三类天气过程个例,结合天气形势、雷达回波、气象要素等资料,对比分析了风廓线雷达产品特征。结果表明：（1）在晴空天气背景下,风廓线雷达探测高度低,水平风速小,垂直风速正负值交替出现,大气折射率结构常数（Cn2）值最小。（2）在稳定性弱降水天气背景下,大气呈稳定状态,风廓线雷达探测高度随降水的产生而逐渐抬升,高低层有明显的风速切变,850 hPa赣南至赣东北有西南急流穿过,赣北有切变线存在,利于降水产生,垂直风速因降水影响出现朝向雷达正速度,Cn2值比晴空时大。（3）在具有产生强对流天气背景下,大气中对流强烈,风廓线雷达的水平风速增大,西南急流深厚且不断下沉,850-700 hPa有强烈的垂直切变,动力条件和水汽条件利于强降水产生,垂直风速表现为更大的朝向雷达正速度,Cn2值比弱降水时的大。     

降水过程中多普勒天气雷达风廓线产品特征

利用南京多普勒天气雷达资料,在对VWP风廓线产品可靠性研究和表征"湿度"变化能力研究基础上,对南京地区春季大面积积层混合云降水过程中风廓线产品的特征进行了细致研究.研究表明,在降水前夕、维持增强和降水消亡的不同时段风廓线产品都呈现出相应的图像特征:在图像上ND区域呈现一楔形,快速减少,预示着降水在2个小时内发生;暖平流、切变层和大风区的存在有利于降水的维持和加强;VWP最高位置风向标的突降和中层ND区域的出现预示着降水即将结束.     

多普勒雷达风廓线资料可用性评估

利用阳江大气探测基地拥有多普勒雷达、L波段探空雷达和地面观测站于一体的条件,将多普勒雷达高密度的VAD风廓线资料与L波段雷达资料进行对比,分析其相关性,得出多普勒VAD风廓线资料在探测资料齐全时,与L波段雷达资料变化趋势一致;一般情况,多普勒风廓线探测值比同一层的探空风偏小;多普勒风廓线RMS误差资料代表多普勒风廓线资料与探空资料的一种差异趋势。     

风廓线雷达产品数据置信度研究

随着风廓线雷达技术的发展,高空风探测参量越来越多,数据精度不断提高,探测能力得到了极大提升。评估风廓线雷达数据置信度是风廓线雷达应用中需要解决的重要问题。本文基于径向数据和风场合成两个阶段,在风廓线雷达数据反演过程中形成数据置信度算法,并引入噪声电平。同时,利用南京同站址风廓线雷达和探空1 a的资料进行匹配比对,对置信度算法性能进行评估,结果表明该置信度算法可行。将置信度算法植入风廓线雷达数据处理软件中,能实时输出含置信度的风廓线雷达产品数据,有利于预报人员合理使用置信度较高的风廓线雷达产品数据。对于置信度较差的产品数据进行分析,可有助于及时发现雷达的潜在故障。     

风廓线雷达资料在天气业务中的应用现状与展望

风廓线雷达是目前我国着重规划发展的垂直风廓线探测设备,其探测资料对天气预报预警具有重要价值。本文回顾了风廓线雷达资料在灾害性天气监测和预报中的应用,阐述了业务应用中存在的主要问题和未来发展的方向。风廓线雷达探测产品能够监测不同尺度天气系统的结构和演变,估计降水相态以及雨滴谱分布的云微物理信息,其提供的高空风资料进入快速同化系统和中尺度模式可以提高预报准确率,最后介绍了风廓线雷达单站和组网资料在强对流天气监测和业务中的应用情况,为预报员通过利用风廓线雷达资料了解天气系统的中尺度信息提供了一定的参考。     

深圳市高影响天气的风廓线雷达特征

利用深圳多年风廓线雷达观测资料,分析了灰霾、大雾、高温、雷暴、台风、冷空气等高影响天气过程中的风廓线特征。结果表明风廓线雷达作为一种新型的探测工具,能够在垂直方向获取较高时间、空间分辨率的实时资料,为分析、预报预警高影响天气提供了新的资料和观测事实。不同的高影响天气风廓线特征各不相同。灰霾和高温以上空出现东北风为特征:大雾的水平、垂直方向分布与信噪比有关;雷暴等强对流天气具有明显的风垂直切变;热带气旋、西风槽和锋面等移动性天气系统,其风向、风速的垂直分布随时间有明显变化。     

050322飑线天气的新一代多普勒雷达回波特征

利用新一代多普勒天气雷达的部分基本产品和导出产品对2005年3月22日影响福建的飑线过程进行分析，总结了一些能有效识别这种中小尺度强对流天气的特征。     

Spectrum Analysis of Wind Profiling Radar Measurements

Unlike previous studies on wind turbulence spectrum in the planetary boundary layer, this investigation focuses on high-altitude （1-5 km） wind energy spectrum and turbulence spectrum under various weather conditions. A fast Fourier transform （FFT） is used to calculate the wind energy and turbulence spectrum density at high altitudes （1-5 km） based on wind profiling radar （WPR） measurements. The turbulence spectrum under stable weather conditions at high altitudes is expressed in powers within a frequency range of 2 × 10-5-10-3 s-1, and the slope b is between -0.82 and -1.04, indicating that the turbulence is in the transition from the energetic area to the inertial sub-range. The features of strong weather are reflected less obviously in the wind energy spectrum than in the turbulence spectrum, with peaks showing up at different heights in the latter spectrum. Cold windy weather appears over a period of 1.5 days in the turbulence spectrum. Wide-range rainstorms exhibit two or three peaks in the spectrum over a period of 15-20 h, while in severe convective weather conditions, there are two peaks at 13 and 9 h. The results indicate that spectrum analysis of wind profiling radar measurements can be used as a supplemental and helpful method for weather analysis.     

风廓线雷达测量性能分析

从雷达探测理论出发,结合工作实践,从理论上计算了对流层风廓线雷达的探测高度范围、时空分辨率和测量误差,对数据获取率等方面的测量性能进行了分析.结果表明:通过对风廓线雷达的工作波形和工作模式进行恰当设计,对流层风廓线雷达的测量性能可以达到:最大探测高度12 km以上,最小探测高度150 m,高度分辨率75 m,时间分辨率...     

测风激光雷达与风廓线雷达的探测性能评估及数据融合

测风激光雷达和风廓线雷达作为L波段探空测风的有效补充,均可以提供高时空分辨率的大气风场信息,然而由于工作原理和适用条件存在明显差异,在探测性能上各有优缺点,单一设备的探测数据已不能满足精细化预报的要求。本研究使用2020年1—5月北京南郊观象台的L波段探空资料对同址观测的测风激光雷达和风廓线雷达进行了数据质量评估,结果表明测风激光雷达与探空的一致性较高,U、V分量的相关系数分别为0.97和0.98,均方根误差分别为1.1和0.95 m·s-1,然而在2 km以上数据获取率较低且偏差较大;风廓线雷达与探空相比,U、V分量的相关系数分别为0.94和0.93,均方根误差分别为2.94和2.91 m·s-1,风廓线雷达的探测距离虽然更远,但在0.5 km以下和6 km以上的测量偏差较大。考虑到两种测风雷达在不同探测高度上的性能优缺点,提出分段曲面拟合法对两者的水平风资料进行融合处理,并选取个例对融合效果进行验证,结果表明,融合后的风廓线与融合前相比,风向和风速的一致性均得到明显提升。     

湘中“6.26”雷雨大风过程的多普勒雷达产品分析

对6月26日发生在湘中的一次大风过程进行多普勒天气雷达回波分析发现,中低层切变线、地面干线和较强垂直风切变是发生大风的主要背景形势,回波的快速移动、\     

江西两种典型强对流天气的雷达回波特征分析

选取江西12次典型强对流天气过程,从7个方面对冰雹、雷雨大风和短时强降水2种强对流天气的多普勒天气雷达回波特征进行对比分析。分析结果表明,江西冰雹、雷雨大风天气45～55 dBz强回波平均高度为12.6 km,≥-25℃等温层的高度,比短时强降水天气高5.7 km。弱回波区或有界弱回波区、三体散射长钉、持续高垂直积分液态水含量、中气旋、下湿上干和强风垂直切变等,都是冰雹、雷雨大风天气的典型特征;相对平均径向速度图上“S”形暖平流及表现强低空急流的“牛眼”、深厚的湿度层等,则是短时强降水天气的主要特征。     

两次冰雹过程多普勒天气雷达产品的对比分析

利用常规天气资料和长沙多普勒天气雷达产品,对2008年4月8日和2009年3月21日发生在湖南的两次春季冰雹天气对比分析发现:这两次过程前期形势均为500 hPa西风槽以阶梯槽的形势影响湖南,槽前配合有冷锋南下,锋前的西南倒槽明显发展,低槽、切变以及冷空气是其主要影响天气系统;通过雷达产品对比分析发现,4月8日过程是一次典型的超级单体过程,3月21日过程为一次强飑线过程,在降雹前VIL值均有明显的反应。     

庆阳2次强对流天气过程的新一代雷达资料对比分析

通过新一代天气雷达观测,利用基本数据产品和物理量产品,分析了庆阳市2005年5月30日强冰雹过程和7月1～2日连续暴雨过程中雷达回波强度、速度、云顶高度、垂直积分液态含水量的特征,并将2次过程的雷达产品特征进行了对比分析。结果表明:冰雹和连续性暴雨回波反射率因子差异大,冰雹回波发展移动快,达50 km/h,中心强度超过50 dBZ;回波移动前沿梯度大,速度图上出现速度模糊,雷达探测出中气旋,云顶高度超过12 km;降雹前VIL出现跃增,中心超过20 kg/m2都有降雹。而连续暴雨强度只有25～35 dBZ,移速慢,零速度线分布有规律,能反映低空急流和冷暖气团移动规律,云顶高度低,仅为5～8 km,降水过程中VIL变化小。     

风廓线雷达回波强度和速度标定问题研究

文章讨论了风廓线雷达标定系统中的两个问题。首先,在风廓线雷达回波强度标定原理的基础上,依据雷达气象方程,分析了发射功率变化和接收机增益变化对回波强度测量精度的影响,提出了通过实时测量每个脉冲重复周期内发射采样脉冲功率和回波功率在数字中频接收机的输出值,改善回波强度测量精度的方法。其次,在风廓线雷达速度标定原理的基础上,分析了速度标定中因I/Q信号的幅度、相位不平衡造成的镜像谱分量,提出了一种基于信号时域统计特性的订正方法,并利用I/Q信号数学模型进行了仿真实验,结果表明,该方法可以有效抑制I/Q信号幅相不平衡产生的镜像谱分量。     

双基地多普勒雷达在云内风场探测中的应用研究

与双多普勒雷达联合观测相比，双基地多普勒雷达价格低廉，易于观测和维持，并且可以同时探测到不同方向的径向速度，利用它探测的资料可以很好地反演出风场的三维结构。但它的探测范围小，由于双基地多普勒雷达采用了低增益的天线系统，它易受到雷达波旁瓣和多次散射的影响；同时，它对频率的稳定要求更高，在时间同步等方面还有很多问题需要研究。比基地多普勒雷达技术是一种很有应用潜力的探测手段。