利用Ka波段云雷达研究青藏高原对流云和降水的垂 直结构及微观物理特征

对第三次青藏高原大气科学试验的Ka波段毫米波云雷达功率谱和雨滴谱仪资料提出了数据处理和质量控制方法,并计算了常用物理量和国内运用很少的物理量(谱偏度、谱峰度、粒子平均下落末速度、大气垂直速度).应用这些物理量对2015年7月16日青藏高原(那曲)一次对流云-降水的垂直结构和微观物理过程进行了研究分析.结果表明:(1)青藏高原地区的降霰对流云在16:00-17:00发展到最强,具有和低海拔地区冰雹云相类似的结构;(2)同一对流云中,地面降霰前后,谱偏度由"正-负-正-负"结构变为负偏度为主,谱峰度由负值转为零值附近,云内粒子更趋于球形;(3)对流云中,强上升气流(≥6 m/s)贯穿-17～-7℃的过冷水层,冰晶与过冷水撞冻和淞附增长形成较大的霰,反之,上升气流较弱(≤4 m/s),淞附增长较弱,霰粒子较小;(4)对流云中,冰晶和霰的融化出现在环境0℃层上方的300 m区域内.     

基于激光测风雷达的机场低空风切变识别算法

介绍了低空风切变识别的研究情况,提出了一种基于激光测风雷达的机场低空风切变识别算法,针对性设计了重点监测区域和告警方式;并于2016年春季和2018年春夏季,在气候、地形复杂度不同的多个机场进行低空风切变监测试验,通过分别与国外某型激光测风雷达以及同时段航空器报告结果做对比,评估本文算法的切变识别能力。试验结果表明,本文算法可以有效监测到激光测风雷达探测范围内的低空风切变,命中率可达88%以上。     

西宁机场一次低空风切变的结构和特征研究

低空风切变是航空安全的重大威胁,为了研究高原机场典型低空风切变精细结构和演变规律,针对西宁机场2020-02-13出现的两类低空风切变过程,利用FC-Ⅲ型激光测风雷达资料,结合地面实况和风廓线雷达资料进行了分析。结果表明,两类风切变成因和演变特征有所差异,顺风切变线呈“锥形”,由机场西侧向东“嵌入”跑道,而逆风辐合线则呈“弓状”,自东向西影响机场,最大风速均超过20m/s;风场垂直结构具有不同特征,超过15m/s风速带向下传播造成顺风切变,逆风切变时风向首先在近地面变化超过160°;两次过程下滑道模式相邻时刻风速差均超过15m/s。高时空分辨率激光测风雷达能较好地探测到风切变的演变过程和精细结构,这对提高航空安全保障具有重要意义。     

Ka波段毫米波云雷达数据质量控制方法

针对国内首部固态、多观测模式体制的Ka波段毫米波云雷达观测资料,提出速度模糊、噪点-径向干扰杂波和悬浮物杂波的质量控制方法,并对方法效果进行了检验和分析.结果表明,该方法具有很好的成功率和稳定性,15个云过程检验的退模糊成功率都达到100%;能准确判断出速度模糊和类型并纠正平均多普勒速度和谱宽;能较好地滤除噪点和径向干扰杂波,并对缺测进行补值;能较好去除低空悬浮物杂波,同时保留小尺度的云.     

那曲夏季云宏观特征的毫米波雷达资料研究

为提高毫米波雷达对高原地区云宏观参数的观测能力,提出一种改进的反演方法,对比了该方法结果与激光云高仪(CL31)、Himawari-8卫星(HW8)观测结果的差异,并研究了那曲夏季空中云宏观参数的垂直分布和日变化特征。结果表明,提出的方法可以改善以往云边界检测法的云层错位和距离旁瓣回波影响的不足。雷达反演的云底比CL31高、云顶比HW8高,但雷达与二者结果的垂直分布和日变化非常一致。雷达对多层云的云底探测优于CL31,对云顶反演也较HW8可靠。距离旁瓣对不同云类的宏观参数探测都有显著影响。     

天气雷达产品色标改进北大核心CSCD

探讨了天气雷达色标配置规律,提出了两种改进的基本产品色标,利用实例对色标的改进效果进行对比分析。结果表明:改进后的色标可以使强度图的回波过渡性增强、回波中心更突出、阵风锋辨识度增强;速度图能更好显示出大风速区、急流、风切变和速度模糊、零速度线;谱宽图的过渡性增强,能更好反映出湍流强弱。两种改进的色标能有效满足视觉需求,并突出雷达图像中的关键信息。     

青藏高原那曲对流云中过冷水的毫米波雷达反演研究

对流云中过冷水的识别一直是气象探测的难点。基于Ka波段毫米波雷达功率谱数据,结合探空资料,提出了高原对流云内过冷水的识别和反演算法;利用那曲两个个例对算法效果进行了分析,并结合同址的微波辐射计资料对雷达结果进行了初步验证;最后,探讨了算法与以往方法的差异。结果表明：高原层积云、浓积云和高积云内由上升气流主导,云内粒子相态变化快,过冷水粒子的回波强度、粒径和含水量分布较广。对于不同云类,过冷水的空间分布存在一定差异。过冷水的回波强度、粒径和含水量都与上升气流速度呈正相关,在时间变化趋势和空间分布上都有很好的对应。微波辐射计和雷达的液态水路径在时间变化趋势和峰值大小上都较为一致,相关系数为0.63~0.79。与以往方法相比,算法对过冷水位置和参数反演的结果更为合理。     

基于激光测风雷达的低空急流结构特征研究

低空急流对航空安全保障以及灾害性天气预警预报等具有重要意义。为了研究低空急流的结构特征,基于激光测风雷达收集的数据,对西宁机场2017-11-30~2017-12-01的气象资料进行了分析。结果表明, 低空急流风速随高度先增大后减小,强度和厚度随时间减弱,急流轴高度随时间升高,在急流中心出现了强的冷暖平流,并随急流减弱而减弱,急流顶风向随高度顺转,湍流较强,01:30时急流结构受到破坏,湍流强度达到最大; 21:00以后低空急流中出现湍流团,风速波动较明显,湍流团尺度先增大后减小。这一结果说明高激光测风雷达对低空急流的结构特征以及低空急流内部强度和脉动有很好的探测效果。     

激光测风雷达研究微下击暴流引发的低空风切变

较强的低空风切变会引发超低空复飞,对飞机安全威胁较大。为了提高飞行安全保障能力,利用激光测风雷达和风廓线雷达提供的资料,对2018-04-26西宁机场突发的一次风切变进行了细致结构分析和形成机理研究。结果表明, 微下击暴流是造成此次低空风切变的主要原因,雷暴高压向外辐散气流和环境风同向叠加是低空风切变形成的直接原因; 干冷空气在2.0km高度处加速下沉,到达近地面形成雷暴高压,随后外流形成水平尺度约3.0km的辐散气流,而触发低空风切变; 此次低空风切变影响时间约8min,对飞行安全威胁最大是下击暴流产生初期; 0.4km~2.0km高度处上升气流迅速转为下沉气流的时刻,较低空风切变发生有约4min的提前量。该研究对如何利用测风雷达进一步提高飞行安全保障能力是有意义的。