顾建峰[1]2006年在《多普勒雷达资料叁维变分直接同化方法研究》文中提出为了探索解决非模式变量—径向速度和反射率因子的直接同化问题,从实际业务应用的前景和价值出发,采用叁维变分同化方法,研究建立了多普勒天气雷达基本观测量的直接同化方法,并应用韩国Jindo雷达资料、美国IHOP_2002试验WSR-88D雷达资料和上海WSR-88D雷达资料,分别对台风Rusa(2002)、飑线天气、中尺度暴雨和登陆台风Matsa(2005)进行了分析与模拟。主要研究内容和结论包括:(1)通过在WRF 3DVAR系统框架中引入垂直速度分析增量、云微物理过程参数化、径向速度和反射率因子的直接同化观测算子,并通过伴随检验,发展和建立了多普勒天气雷达基本观测量的直接同化方法。该方法能够在动力约束和热力约束、模式参数、中尺度资料融合等方面与WRF中尺度模式保持协调一致。(2)应用Jindo雷达资料对台风Rusa(2002)的分析模拟表明,垂直速度分析增量、递归滤波器尺度因子调优、GTS和AWS资料的分析同化都改善了台风的初始结构和数值预报,尤其是径向速度的直接同化效果最为显着,说明直接同化方法能够从雷达观测资料中提取有效信息,对台风初始场和台风登陆预报具有正贡献。(3)应用IHOP_2002试验的WSR-88D雷达资料,对一次飑线过程的分析模拟表明,分别直接同化径向速度和反射率因子,均能提高分析和预报质量;同时同化径向速度和反射率因子能够进一步改善飑线过程的降水预报;同化更多雷达资料(11部雷达)比同化单部雷达资料对降水预报的效果更好。(4)应用上海WSR-88D多普勒雷达资料,对中尺度暴雨过程的分析模拟表明,当径向速度新息向量阈值取7.5 m/s、观测误差取1.5 m/s,反射率因子新息向量阈值取10 dBZ、观测误差为2 dBZ时,降水预报效果较好;径向速度直接同化能够改善对流层的叁维风场分析;反射率因子的直接同化能够改善热力场分析,并使动力场向热力场适应,对中尺度强降水预报的改善比直接同化径向速度的效果更为突出,同时证实了云半径对云中垂直速度参数化的重要性和敏感性;联合同化径向速度和反射率因子,对中尺度强降水数值预报的贡献比单独同化径向速度和单独同化反射率因子更大。(5)应用上海WSR-88D多普勒雷达资料,对登陆台风Matsa(2005)的分析模拟表明,经过速度退模糊质量控制的径向速度资料的直接同化,使得台风环流分析和台风路径、台风降水的数值模拟均取得了显着的改善;同化反射率因子资料对降水预报的改进也是明显的;径向速度和反射率因子的联合直接同化对台风Matsa(2005)降水预报的改进,显着地优于单独同化径向速度资料和单独同化反射率因子资料。
程小慷[2]2003年在《多普勒天气雷达在航空天气预报中的应用》文中提出安全至上、经济至上是现代民用航空运输所追求的目标和运营宗旨，由于航空运输是在空中进行的，任何飞行活动都需要在一定气象条件下进行，因此天气对飞行活动具有重大影响，加强航空气象保障工作对航空活动的安全、正常和效率有着重大意义。经过几十年发展，我国航空气象服务工作取得了长足进展，气象装备得到了极大改善，特别是多普勒天气雷达的应用，对航空活动的安全、正常和效率发挥了重大作用。随着多普勒天气雷达的增多，对多普勒天气雷达资料分析应用的要求越来越高，多普勒雷达资料分析应用方面的知识急需加强。 本文系统讨论了多普勒天气雷达的工作原理，常规手段对于大气流场难以准确探测，利用多普勒天气雷达可准确探测环境风场的径向分量(即径向速度)分布，并从中分析到真实的环境风场。本文通过分析晴空和大面积降水回波的多普勒速度图像，归纳总结出了典型风场的多普勒速度图象，并着重分析了多普勒雷达对严重危害飞行安全的强对流天气系统的探测，特别是深入分析了超级单体风暴、下击暴流等灾害性天气的多普勒回波特征，得出了多普勒雷达对灾害性天气进行探测的方法、雷达资料分析应用等方面许多有益的结论。可帮助有关人员正确分析处理多普勒雷达图象资料，准确判断环境风场，正确地组织飞行活动，确保飞行安全、高效。
罗思泽[3]2016年在《梧州前汛期强对流天气雷达回波特征分析》文中研究表明雷雨大风、冰雹、短时强降雨等强对流天气在我国华南地区多发,这类灾害性天气具有持续时间短、强度大、变化剧烈等特点,会造成强雷电、大风、风雹灾害、洪涝灾害及山体滑坡、崩塌等次生灾害,严重威胁人民群众生命财产安全和社会经济的正常运行。梧州地处西江流域西段,境内汇集浔江、桂江等西江干流主要水系,是华南两广地区受强对流天气影响较多的区域之一。前汛期(4-6月)由于北方冷空气活动还比较活跃,梧州地区暖湿系统也明显加强,冷暖系统的交汇作用加剧了对流天气的发生、发展,因此,对梧州地区前汛期强对流天气过程进行统计分析,并利用新一代多普勒天气雷达观测资料对前汛期强对流天气进行研究,为开展此类灾害性天气的短时临近预报预警业务工作具有十分重大的意义。本文基于梧州市5个国家级气象观测站、154个区域自动气象观测站2010-2015年4-6月的实测逐分钟降水、风向、风速资料,主要利用梧州新一代多普勒雷达实时探测资料(每6分钟一个体扫),对西江流域梧州地区前汛期(4-6月)强对流天气过程的统计特征和多普勒雷达特征进行分析,对于个别影响比较显着的过程,时间范围上可扩大至3月,统一归入前汛期的范畴。统计了梧州地区前汛期强对流天气出现的次数,总结分析了各类强对流出现的天气和气候特征。研究时段内(2010-2015年前汛期)统计的强对流天气个例76个。其中,短时强降雨个例42个、雷雨大风个例17个、混合Ⅰ型强对流天气(同时出现短时强降雨、雷雨大风两种现象)个例12个、混合Ⅱ型强对流天气(同时出现短时强降雨、冰暴两种现象)个例1个、混合Ⅲ型强对流天气(同时出现短时强降雨、雷雨大风和冰暴叁种现象)个例4个,可见,混合Ⅱ型、Ⅲ型强对流天气(同时出现短时强降雨、冰暴两种现象)个例偏少,不到混合Ⅰ型强对流天气出现个例的一半,更不足全部强对流天气个例的一成。分析了梧州地区前汛期强对流天气的时空分布特征,2010-2015年前汛期分区(县)强对流天气次数:蒙山个例数27个、梧州市区个例数34个、苍梧个例数19个、藤县个例数34个、岑溪个例数31个,可见,梧州地区前汛期强对流天气个例南部明显多于北部。还对2010-2015年前汛期逐月的强对流天气个例数进行了分析,汛前个例数8个(主要出现3月),4月个例数14个,5月个例数24个,6月个例数30个,可见,强对流天气呈逐月增加的趋势,也符合对流天气趋向活跃的季节性规律。分析了导致梧州前汛期出现强对流天气的环流系统,主要是西风带和热带系统。西风带系统包括高空槽、切变线、地面锋面、低空急流、西南低涡。其中,高空槽主要有叁种:华北槽、高原槽和南支槽。热带系统主要包括热带气旋和与之相伴的热带辐合带、东风波。造成梧州前汛期强对流天气的典型环流配置是华北槽+高原槽(或南支槽)共同作用,高空有槽、中低层有切变线、地面锋面配合的强对流天气个例较多。统计表明5月份以前,梧州强对流天气主要由西风带系统,进入5月份以后,开始出现热带系统,但比例不算大。重点对前汛期发生的各类强对流天气在梧州多普勒天气雷达上的表现特征进行总结。短时强降雨回波常表现为块状回波,回波顶的外形比较平滑整齐,回波中心的强度在45 dBz以上;在速度特征上,在径向速度图上常出现逆风区。雷雨大风的雷达回波速度特征表现为,风向随高度顺时针旋转,存在较强的暖平流,在高仰角的速度图上(一般仰角在4.3°)有大风核存在。而冰雹等冷式切变回波,在速度特征上,零速度线出现90°折角,风向随高度逆转,可分析出存在冷平流。详细分析了四次强对流天气过程,分别是“100602”、“100609”、“100615”叁次大暴雨、雷雨大风过程和“140329”冰雹过程,对应着短时强降雨、雷雨大风和冰雹这叁种强对流天气的环流特征。分析结果表明:“100602”过程降水强度与回波强度正相关,零线锯齿状特征和正、负速度场相间配置,易于产生中气旋,有利于降水的发生发展,而利用PUP定高功能及零线的分布可以判断天气系统是否过境;“100609”过程发生时间较短,垂直积分液态水含量(VIL)的波动性表现不明显,基本反射率因子的最大强度为70dBz,强回波中心的高度比较低,在雷达站附近分析到比较贴近地面,径向速度图显示在近地面层产生较大范围的逆风区;分析“100615”过程发现,回波具有典型的对流性特征,其尺度范围不大,具有明显的中小尺度对流系统特征,基本反射率因子强度中心达到55dBz,从环流形势场分析,此次过程是由于冷空气与低层切变辐合配合,导致强回波带长时间停留。而分析梧州地区“140329”过程发现,多普勒雷达回波演变揭示了对流云团的发生发展生命史,风廓线资料VWP风场解释了强对流云团移动发展过程中的风场信息。
李屾, 李琮琮, 靳鹏, 许跃, 褚保亮[4]2014年在《多普勒天气雷达在航空气象服务中的应用》文中研究说明安全至上是民用航空所追求的目标和宗旨,由于航空飞行是在空中进行的,任何飞行活动都需要在一定气象条件下进行,因此天气对飞行活动具有重大影响,加强航空气象服务工作对航空活动的安全、正常和效率有着重大意义。机场多普勒天气雷达数据产品对于短时临近天气有着极其重要的预报指导作用,能提前发现严重影响飞行安全的大风、冰雹、暴雨等强对流天气。本文结合一次本场强对流天气条件下多普勒天气雷达在航空气象服务中的应用,系统的阐述了在复杂天气条件下,航空气象服务在航空安全中的关键作用。
刘雪佳[5]2015年在《多普勒天气雷达在航空气象服务中的应用》文中提出随着我国社会经济的快速发展,以及民用飞行器技术的进步,现代民用航空逐渐发展成熟,成为现代交通的重要组成部分。由于民用航空交通自身的特点限制,安全性和经济性成为其运行中考虑的主要因素,而影响这两个因素的关键就是天气,恶劣的天气不仅会威胁民用航空器的安全而且会影响其经济性。所以对航空气象的准确预报和监测至关重要,本文将立足于多普勒天气雷达的运行实际,从航空天气服务的角度出发,对多普勒天气雷达在航空气象服务中的应用进行简要分析。
李屾, 孔文斌, 褚保亮[6]2017年在《基于多普勒天气雷达产品的风切变应用与服务》文中提出安全至上是民用航空所追求的目标和宗旨,由于航空飞行是在空中进行的,任何飞行活动都需要在一定气象条件下进行,因此天气对飞行活动具有重大影响,加强航空气象服务工作对航空活动的安全、正常和效率有着重大意义。影响航空器飞行活动安全的天气主要有:高低空风切变,颠簸,雷暴伴强降水,积冰等,而机场多普勒天气雷达数据产品对于短时临近天气有着极其重要的预报指导作用,特别是针对低空风切变以及雷暴伴强降水的短临预报。本文主要结合一次本场低空风切变条件下介绍多普勒天气雷达在航空气象服务中的应用,系统的阐述了在复杂天气条件下,多普勒天气雷达在航空气象服务中的关键作用。
宋金花[7]2016年在《多普勒雷达在一次冰雹天气保障中的应用》文中研究指明分析2009年7月3日长春龙嘉国际机场雷暴冰雹天气的形势背景和天气过程的发生发展,探讨多普勒雷达在航空天气预报中的应用,分析得出:本次雷暴伴随冰雹天气过程,发生在地面非标准鞍形场的切变线与丁字形高空槽相互配合的背景下;近地面速度场S形辐合结构的空气抬升,诱导北侧的横向带状积雨云回波和南侧新生积雨云单体相互接近,回波整体演变成"吊车绳子"形状,交汇点附近东北位置的"八"字结合点内侧空心有上升气流;近地面速度场S形辐合结构,表明大陆性高压和副热带高压之间存在辐合抬升活动;K指数和沙氏指数有利于对流发展的同时,探空图显示的西风带高空特殊变化也是重要得预报着眼点;雷达回波的V字形缺口和叁体散射特征属于典型的代表冰雹,说明雷暴强烈程度达到了冰雹特殊程度,对流发展旺盛。
付晓辉[8]2007年在《雷达和闪电定位仪资料在天气分析和预报中的应用研究》文中提出本研究基于新一代天气雷达产品、宜昌闪电定位系统以及探空等资料，主要进行了四个方面的研究工作：(1)利用丰富的新一代天气雷达产品，主要从形态学的角度深入分析雷达回波所能反映出的天气系统和大气状态。(2)在第一项工作的基础上开发了新一代天气雷达产品应用分析资料库软件，可供业务、培训、科研使用。(3)运用决策树方法实现了5～8月宜昌市0～12h的雷暴潜势预报，并具有一定的预报准确性。(4)分析不同温度高度附近的回波强度与闪电初生的关系，初步提炼了云地闪临近预报的经验指标。
夏海云[9]2006年在《基于气溶胶后向散射的双边缘直接探测多普勒测风激光雷达研究》文中提出本文报道了国内第一台基于大气气溶胶后向散射的双边缘测风激光雷达。 第一章为综述，叙述了测风激光雷达的社会、经济、科研意义及其发展史。测风激光雷达对提高长期天气预报的准确性、风暴预报的准确性、改进气候研究模型、军事环境预报、预报可能的生化武器释放环境以提高国防安全等方面具有重大意义。欧共体、美国、日本的多家研究机构已经建成地基、车载、机载测风激光雷达系统，星载测风激光雷达系统也在积极准备中。 第二章讲述了测风激光雷达的基本原理。直接探测方法中，边缘技术将激光出射频率锁定在鉴频器陡峭边缘上，较小的频移将导致较大的信号强度变化。双边缘技术是边缘技术的有效改进：一方面其承袭了单边缘技术的优点；另一方面它提高了测量灵敏度并且可以分别反演回波信号中的瑞利和气溶胶成分，从而消除瑞利背景的影响。在此理论基础上，作者开发了大气风场反演程序，并给出风速误差的时空分布。 基于气溶胶后向散射的双边缘测风激光雷达设计中，本文提出独特的F-P标准具的优化设计方法。首先，确定自由谱间距后，将标准具透过率函数表达为唯一的系统参数——反射精细度的函数。其次，在设计过程中主动地考虑了透过率曲线的主要频谱展宽因素。最后，通过估算仅存在量子噪声极限时的相对测量误差与反射精细度的关系，给出了标准具所有的工作参数和系统工作状态。 本章最后简单介绍了信号模拟，从而可以估计测风激光雷达的性能。 第叁章介绍了测风激光雷达的系统结构、系统参数与工作时序。在直接测风激光雷达的接收光路中安装CCD监视器，发现入射到标准具上光斑的形状及其强度分布将引入较大的系统误差。通过在传导光纤上安装扰模器，并在反演风速时引入强度分布函数，可以减小光斑引起的误差。 在实验调试过程中，为解决光子计数探测器容易饱和的缺点，改进了原先光路设计，使用光纤后向散射信号作为参考光。为了确保出射激光频率在双F-P标准具的中心位置，采用了透过率反馈信号调制标准具腔长。 第四章描述了系统控制与数据采集方法。给出了典型实验结果，与安徽省气象局多普勒雷达进行了对比实验，两种方法测得的风廓线较为吻合。 第五章报道了作者自行设计研制的高精度、大校准范围、便携式校准仪。研制成功的多普勒校准仪系统相对误差小于1％；其散射信号的频谱展宽小于0.7MHz，可以等效为气溶胶后向散射谱。径向速度的连续调节范围可达+50m／s。实验结果显示：当探测光子数接近2000时，激光雷达测速的精度为0.6m／s。
肖艳姣[10]2007年在《新一代天气雷达叁维组网技术及其应用研究》文中认为为了充分发挥新一代天气雷达网的作用,本文在雷达资料质量控制的基础上研究了新一代天气雷达网叁维拼图技术,得到高分辨率的叁维反射率拼图格点(经度、纬度和高度坐标)数据,并对雷达叁维反射率数据进行了初步应用研究。本论文工作的开展为新一代天气雷达网资料的深度和广度应用(如强天气监测与临近预警报、雷达网资料的同化、在水文和航空中的应用等)提供了强有力的平台。论文的主要研究内容和初步结果如下:1)采用高度约束的反射率垂直梯度和水平纹理检查相结合的方法对非气象杂波进行了抑制,通过用来自不同雷达和不同大气条件下的多个个例进行检验,结果表明该方法能合理地识别非气象杂波。2)利用高分辨DEM(digital elevation model)数据计算了雷达波束阻挡率,得到了混合扫描仰角。通过与实测的反射率PPI进行比较,发现计算出来的波束阻挡率和雷达实测的波束阻挡情况具有很好的定性一致性和很强的定量相关性。根据各雷达的混合扫描仰角,绘制了区域雷达网的等射束高度拼图,以便分析雷达网的覆盖能力。3)研究了多种把极坐标雷达资料插到笛卡尔坐标系下的插值方法,并用反射率场的空间连续性以及插值前后强降水的中心位置和分级总雨量差作为衡量标准,评估了各种方法插值结果的好坏,结果发现,用斜距和方位的最近邻居与垂直线性内插相结合的插值方法得到的反射率场不仅具有空间连续性而且保留了体扫资料中原有的反射率结构特征。把用dBZ值和Z值插值的结果与实际观测值进行了对比分析,发现用dBZ插值的结果总体上更加接近观测值。4)在尽量排除非气象杂波、波束阻挡、距离衰减和波束展宽等因素的影响下,对3个区域雷达网同步观测进行了对比分析,以便检查各雷达之间的系统观测差。结果发现宜昌雷达和其周围的雷达相比观测的回波强度偏强,而武汉雷达和其周围的雷达相比观测的回波强度偏弱;常德雷达(CINRAD-SB型)与其周围雷达(CINRAD-SA型)同步观测相比,回波垂直高度偏低;其它雷达对的观测差异较小。5)研究了多种拼图方法(最近邻居法、最大值法、距离指数权重平均法和Cressman权重平均法)处理多雷达重迭覆盖区的数据,结果发现距离指数权重平均法对多雷达资料合成拼图特别有用,它既保留了原始雷达资料中近距离处的高分辨特征,同时确保了雷达能影响到它所覆盖的整个区域。雷达网叁维拼图减轻了由雷达波束几何学引起的各种问题,如一定程度上填补了单雷达观测引起的静锥区、最低仰角以下的资料空白区、因波束阻挡以及高仰角间隙等原因引起的资料空白区。6)基于叁维反射率拼图数据开发了一些雷达网产品,并把它与单站雷达产品拼图进行比较,证明了在雷达网3D拼图反射率数据上生成的各种产品是合理的。研究了层状云和对流云回波的6个特征参数的分布特征,在此基础上提出用模糊逻辑法进行层状云和对流云的识别。经叁个个例的试验,证明模糊逻辑法得到的识别结果是合理的。
参考文献：
[1]. 多普勒雷达资料叁维变分直接同化方法研究[D]. 顾建峰. 南京信息工程大学. 2006
[2]. 多普勒天气雷达在航空天气预报中的应用[D]. 程小慷. 西南交通大学. 2003
[3]. 梧州前汛期强对流天气雷达回波特征分析[D]. 罗思泽. 兰州大学. 2016
[4]. 多普勒天气雷达在航空气象服务中的应用[C]. 李屾, 李琮琮, 靳鹏, 许跃, 褚保亮. 第31届中国气象学会年会S10 第四届气象服务发展论坛——提高水文气象防灾减灾水平，推动气象服务社会化发展. 2014
[5]. 多普勒天气雷达在航空气象服务中的应用[J]. 刘雪佳. 科技风. 2015
[6]. 基于多普勒天气雷达产品的风切变应用与服务[C]. 李屾, 孔文斌, 褚保亮. 第34届中国气象学会年会 S11 创新驱动智慧气象服务——第七届气象服务发展论坛论文集. 2017
[7]. 多普勒雷达在一次冰雹天气保障中的应用[J]. 宋金花. 气象灾害防御. 2016
[8]. 雷达和闪电定位仪资料在天气分析和预报中的应用研究[D]. 付晓辉. 南京信息工程大学. 2007
[9]. 基于气溶胶后向散射的双边缘直接探测多普勒测风激光雷达研究[D]. 夏海云. 苏州大学. 2006
[10]. 新一代天气雷达叁维组网技术及其应用研究[D]. 肖艳姣. 南京信息工程大学. 2007
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