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多普勒天气雷达反演风场综述
1
作者 梁旭东 周海光 罗义 《气象学报》 北大核心 2025年第3期855-872,共18页
多普勒天气雷达能够提供高时、空分辨率的降水粒子空间信息和径向运动资料。反射率因子和双偏振量等降水粒子空间信息相对比较直观,但是由于雷达探测的大气运动场只有径向分量,并不直接反映大气运动的全部特征,所以需要通过各种反演方... 多普勒天气雷达能够提供高时、空分辨率的降水粒子空间信息和径向运动资料。反射率因子和双偏振量等降水粒子空间信息相对比较直观,但是由于雷达探测的大气运动场只有径向分量,并不直接反映大气运动的全部特征,所以需要通过各种反演方法提取雷达探测资料中包含的大气运动信息,以应用于中、小尺度天气的诊断、分析和预报。中外多普勒天气雷达网建设已经比较成熟,但是业务中基于雷达径向速度的风场反演应用还较少。因此,将风场反演方法分为单雷达风场反演和双(或多)雷达风场反演两类,分别进行了总结,并在附录中采用一致的数学符号给出了主要基本方法的推导和公式,以便让读者能够从基本原理出发了解这些方法的来龙去脉。基于单多普勒雷达的反演方法只要求单部雷达覆盖即可,应用方便、计算简单,但是通常是假定风场是均匀的或者是线性变化的,因此对于空间变化比较剧烈的风场,反演误差较大,同时因采用不同的风场分布特征假设也衍生出了各种扩展方法,一定程度上改善了单多普勒雷达反演风场的准确度和可用性。对于两部或多部多普勒雷达反演技术,重点介绍了原理和特点。多部多普勒雷达反演方法能够得到更加精细和精确的风场三维结构信息,但是对于观测资料的时、空一致性要求较高。随着雷达组网密度的提高,多部多普勒雷达反演方法的研究和应用受到越来越多的重视,同时,将风场反演和资料同化技术结合也是重要的发展方向和趋势。 展开更多
关键词 多普勒天气雷达 单多普勒雷达风场反演 双多普勒雷达风场反演
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变分方法反演双多普勒雷达低层二维风场 被引量：6
2
作者 黄思训 曹小群 闵锦忠 《南京气象学院学报》 CSCD 北大核心 2008年第4期453-459,共7页
提出用变分方法和正则化方法相结合反演双多普勒雷达资料的低层二维风场的方法,即在目标泛函中加入正则化项(先验信息项)且合理选择正则化参数。数值试验结果表明:正则化项的引入能有效滤除反演风场中因奇点和观测资料引起的误差,提高... 提出用变分方法和正则化方法相结合反演双多普勒雷达资料的低层二维风场的方法,即在目标泛函中加入正则化项(先验信息项)且合理选择正则化参数。数值试验结果表明:正则化项的引入能有效滤除反演风场中因奇点和观测资料引起的误差,提高反演精度,得到最优的全局反演风场。 展开更多
关键词 双多普勒雷达反演 变分方法 正则化方法 二维风场
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一次强雹云结构的双多普勒雷达观测分析 被引量：13
3
作者 王建恒 陈瑞敏 +4 位作者 胡志群 许焕斌 段英 赵孝伟 王霞 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期796-804,共9页
利用石家庄SA多普勒天气雷达和饶阳X波段双偏振雷达探测资料,结合常规综合观测资料,对2018年6月13日下午发生于太行山东麓的雹云的天气背景、降雹特征、雷达回波演变特征及回波三维立体结构进行了综合分析,重点利用双多普勒雷达径向速... 利用石家庄SA多普勒天气雷达和饶阳X波段双偏振雷达探测资料,结合常规综合观测资料,对2018年6月13日下午发生于太行山东麓的雹云的天气背景、降雹特征、雷达回波演变特征及回波三维立体结构进行了综合分析,重点利用双多普勒雷达径向速度资料反演出格点的三维风速(流场),并结合回波特征分析了雹云云体结构。结果显示,高空强劲的偏北风急流促使涡后横槽转竖,槽后冷空气沿偏北气流南下,形成上干冷、下暖湿的不稳定层结,在低空低涡附近及地面辐合线上发展造成这次风雹天气;双多普勒雷达反演风场表明,雹云的中层强回波中心呈明显的"S"形水平流场和悬挂回波配置特征,构成了具有成雹的"0线"结构;不仅佐证了雹云降雹"0线"结构的存在,而且证明其呈现形式具有多样性。 展开更多
关键词 强雹云 回波三维结构 S形流场 双多普勒雷达风场反演 观测分析
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利用双偏振参量估计降水粒子下落末速度及三维风场反演的应用 被引量：1
4
作者 杨华 李瑞义 +2 位作者 刘黎平 郑佳锋 王浩宇 《气象》 CSCD 北大核心 2023年第7期855-867,共13页
降水系统三维风场反演的关键问题之一是准确地估算降水粒子下落末速度(W_(t)),为了探究双偏振雷达估计W_(t)的能力,利用广东省龙门地区的雨滴谱数据,建立了W_(t)与S和X波段双偏振雷达观测量的关系,并且将其应用于广州和韶关两部雷达的... 降水系统三维风场反演的关键问题之一是准确地估算降水粒子下落末速度(W_(t)),为了探究双偏振雷达估计W_(t)的能力,利用广东省龙门地区的雨滴谱数据,建立了W_(t)与S和X波段双偏振雷达观测量的关系,并且将其应用于广州和韶关两部雷达的风场反演。对华南地区2019年4月发生的一次飑线过程进行风场反演试验,分析讨论了此次飑线过程的风场结构配置,并探索了利用不同方法估算的W_(t)在反演出的风场结构上的差异。结果表明:S和X波段雷达通过回波强度(Z H)和差分反射率(Z DR)估算W_(t),其函数形式为幂函数和一次函数,通过Z DR估算的W_(t)均方根误差相较利用Z H估算的W_(t)均方根误差更小、相关系数更大,因此通过Z DR估算的W_(t)的效果更好。此次飑线过程主要从西北向东南方向发展,风场主要是西风和西南风,在飑线前部弓状回波区域内存在明显的辐合区,垂直结构是低层辐合、高层辐散。对比利用不同方法估算W_(t)得到的三维风场,其水平风场变化主要集中在±1 m·s^(-1)的范围,水平经向风速的变化(Δu)主要是正值,水平纬向风速的变化(Δv)主要是负值,垂直方向上风速的变化(Δw)集中在±0.15 m·s^(-1)内,主要是正值,低层Δu、Δv、Δw较高层小。研究结果为降水系统三维风场反演及垂直速度反演提供了参考依据。 展开更多
关键词 雨滴谱数据 双多普勒雷达风场反演 降水粒子下落末速度估计 垂直速度
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闽南地区大冰雹超级单体演变的双偏振特征分析 被引量：60
5
作者 潘佳文 魏鸣 +3 位作者 郭丽君 阮悦 罗昌荣 巫凌寒 《气象》 CSCD 北大核心 2020年第12期1608-1620,共13页
通过研究大冰雹超级单体风暴的偏振特征、动力及云物理结构的演变,可了解大冰雹形成的物理过程,并获得与大冰雹形成、生长相关的相关征兆偏振特征,进而提升对大冰雹超级单体的预警能力。利用厦门S波段双偏振雷达资料,结合双雷达风场反... 通过研究大冰雹超级单体风暴的偏振特征、动力及云物理结构的演变,可了解大冰雹形成的物理过程,并获得与大冰雹形成、生长相关的相关征兆偏振特征,进而提升对大冰雹超级单体的预警能力。利用厦门S波段双偏振雷达资料,结合双雷达风场反演和粒子相态识别算法对2019年4月22日发生在闽南地区一次导致大冰雹的超级单体进行了分析。研究表明:差分反射率因子(Z dr)大值区位于三体散射(TBSS)的起始位置及反射率因子(Z h)强中心的远端。同时,TBSS中的相关系数(CC)较低,TBSS的偏振特征有助于识别高空中的大冰雹。大冰雹区表现出高Z h和低Z dr的偏振特点,随着大冰雹降落融化,其表面存在外包水膜现象使得大冰雹周围的Z dr增大,CC减小。在超级单体低层的Z h强中心内存在一个差分相位常数(K dp)增大的区域,被称为K dp足。K dp对大冰雹较不敏感,是冰雹融化的较好指标。因此,K dp足可用于指示由冰雹融化导致的下沉气流区。在水平风场上存在明显的双涡旋结构。双涡旋结构有助于超级单体的发展及大冰雹的循环增长。在中气旋的东北侧,存在一个中等强度Z h、低Z dr、高CC的区域,被称为霰带。粒子相态识别算法显示霰带中主要的水凝物为霰。由于靠近中气旋,部分霰作为雹胚被卷入上升气流中。基于上述分析给出大冰雹超级单体的偏振特征和三维风场结构示意图。 展开更多
关键词 双偏振雷达 大冰雹 超级单体 双多普勒雷达风场反演 粒子相态分类
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一次西北气流型冰雹天气过程解析及防雹技术探讨
6
作者 黄海 谭江红 祝文丽 《中南农业科技》 2025年第7期101-109,共9页
聚焦2023年6月11日湖北省冰雹过程,选取襄阳-随州超级单体为典型个例,使用双S波段天气雷达资料,通过三维变分方法反演三维风场,结合回波特征分析雹云结构,探讨冰雹云早期识别指标和人工防雹关键技术。结果表明,人工防雹的催化理论和爆... 聚焦2023年6月11日湖北省冰雹过程,选取襄阳-随州超级单体为典型个例,使用双S波段天气雷达资料,通过三维变分方法反演三维风场,结合回波特征分析雹云结构,探讨冰雹云早期识别指标和人工防雹关键技术。结果表明,人工防雹的催化理论和爆炸理论都有理论支持将Z_(DR)柱作为作业部位,个例中基于零线“、穴道”理论分析出的防雹作用区与Z_(DR)柱一致性较好,可进一步探索。对流初期Z_(DR)柱特征先于Z_(H)特征变化,Z_(DR)柱的维持与变化对于回波的加强或减弱有较好的指示意义,Z_(DR)柱可用于冰雹预警。对流初期可以由Z_(DR)、CC特征识别出Z_(H)特征不明显的三体散射,能对冰雹的预警提供帮助。西北气流型天气系统下冰雹云发展迅速,当-20℃层以上出现强度超过45 dBZ回波时可考虑开展防雹作业,以实现早期降雨的效果。 展开更多
关键词 西北气流型冰雹天气 Z_(DR)柱 三体散射 双多普勒雷达风场反演 防雹技术
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一次雷暴单体相互作用与中气旋的演变过程分析 被引量：14
7
作者 陶岚 戴建华 孙敏 《气象》 CSCD 北大核心 2016年第1期14-25,共12页
2013年8月1日,上海位于副热带高压边缘弱垂直风切变的不稳定层结下,午后开始,不断有雷暴新生。在此次强雷暴过程中,生成了三个中气旋;特别是在第二个中气旋生成过程中,雷暴合并后呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋等超级单体的雷达回波... 2013年8月1日,上海位于副热带高压边缘弱垂直风切变的不稳定层结下,午后开始,不断有雷暴新生。在此次强雷暴过程中,生成了三个中气旋;特别是在第二个中气旋生成过程中,雷暴合并后呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋等超级单体的雷达回波特征,还具有标志大冰雹的三体散射长钉特征回波。本文通过分析常规天气观测、双多普勒天气雷达、自动气象站和风廓线雷达等资料发现,前两个中气旋的生成机制为:(1)前期雷暴出流的交汇形成了气旋性环流,加强了低层水平辐合,阵风锋类似锋面的作用促使低层的暖湿空气抬升;(2)在弱垂直风切变的天气背景下,由出流阵风锋导致环境垂直风切变有所增大,改变了雷暴发展的环境,形成了经典中气旋生成的有利环境。此外,超级单体中气旋(第二个)形成过程中,雷暴的合并使得上升运动加强,对流不断发展,增强了雷暴内的旋转程度,从而有利于中气旋的形成。在第三个中气旋形成过程中,由于雷暴中的弱出流被相邻雷暴爆发的下沉气流抬升,在中低层形成出流和人流间的旋转,因而被雷达探测为中气旋。 展开更多
关键词 中气旋 阵风锋 雷暴合并 超级单体 双多普勒雷达反演风场
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2022年3月14日江西及周边地区冰雹回波特征分析 被引量：4
8
作者 田白 马中元 +3 位作者 陈鲍发 段和平 刘懿枢 岳旭 《气象》 CSCD 北大核心 2023年第12期1521-1531,共11页
为更好地开展对江西冰雹天气的监测预警工作,使用MICAPS数据、自动站数据、雷达拼图数据、雷达PUP产品数据、双多普勒雷达反演风场数据、冰雹灾情照片视频和微信冰雹信息反馈等资料,采用天气学、雷达气象学等原理与方法,对2022年3月14... 为更好地开展对江西冰雹天气的监测预警工作,使用MICAPS数据、自动站数据、雷达拼图数据、雷达PUP产品数据、双多普勒雷达反演风场数据、冰雹灾情照片视频和微信冰雹信息反馈等资料,采用天气学、雷达气象学等原理与方法,对2022年3月14日江西及周边省份冰雹回波特征进行分析,结果表明:3月14日,江西及周边省份多地出现冰雹,20个区域站出现≥17.2 m·s^(-1)的大风,24个区域站出现≥50.0 mm的降水,且雷暴大风和冷空气大风混合出现。200 hPa高空出流区、500 hPa南支槽和风速切变、850 hPa低涡和切变线、地面辐合线和西南倒槽是冰雹天气主要系统;南昌订正后较大的CAPE、较强逆温层、中层干区和低层湿区为冰雹天气发生提供了环境条件。冰雹以超级单体回波为主,有时孤立存在,有时存在于回波群、回波带之中;回波强度≥60 dBz,强回波面积最小≥18 km^(2),最大≥180 km^(2);30~60 dBz强回波梯度距离≤6 km,具有明显的云砧前伸回波;冰雹回波生命史多数在2 h以上。在冰雹回波识别中,垂直积分液态水含量(VIL)是一个很重要的特征。江西冰雹单部雷达VIL在35~60 kg·m^(-2),雷达拼图上VIL为35~50 kg·m^(-2)。在冰雹回波2.5 km CAPPI图上,冰雹回波强度均≥60 dBz,最大可达65 dBz;在双多普勒雷达反演风场上多数回波中心具有中涡旋结构、侧面辐合风场、南北风场辐合等特征;有些个例风场比较凌乱。上述分析结果为江西冰雹天气的监测预警提供了分析依据。 展开更多
关键词 冰雹天气 超级单体 强回波面积 双多普勒雷达反演风场
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