基于天气雷达反演的参量和光流法在回波外推中的应用研究

发布时间：2020-10-14 10:47

　　 雷达临近预报最主要的难点是对于回波生消演变的预报,光流法是基于数学运算,没有考虑降水系统物理场变化的影响,预报结果不准确。本文考虑物理量场与降水系统演变存在的对应关系,利用物理量场对雷达回波外推结果进行订正,以达到更好的预报效果。在2016年南京地区的两次降水过程中,局地的温度平流、风暴相对螺旋度、散度、垂直速度和散度垂直通量这些参量与降水的演变存在明显关系。分析表明:层状云降水的“下暖上冷”温度平流、或对流型降水中雷暴后部的“下冷上暖”温度平流结构,有利于降水的加强;相对螺旋度的变化比降水的变化提前2.5~3.5 h;超过3 km高度的散度分布直接影响降水系统的发展;系统内4 km高度以上的垂直上升速度对降水加强最显著;4.5 km高度以上的散度垂直通量的负值与降水加强相关。可见,这些参量可以用于降水系统发展趋势的雷达临近预报。将局部光流法应用于三种类型的降水过程(大面积混合性降水、台风和雷暴)中,进行预报试验,结果表明:大面积降水回波(线性运动回波)、台风(旋转运动回波)、雷暴(快速变化回波)个例中,LK光流法预报效果较好。但是,LK光流法也存在一些不足,无法准确预报大片层状回波强度的逐渐减弱;无法外推出新生单体回波;回波边缘延展和收缩的预报不准确;随着预报时间增加,预报效果也会变差。这些误差都是由于光流法算法本身不具备预报降水系统强度变化的能力所造成的。选取10个背景场相似的降水过程拟合温度平流等物理量与dBZ_(8)0)(69))的经验关系式,得到对应时刻的回波订正量。在大面积降水、台风和雷暴三个个例中,利用这个经验关系,使三个个例的预报结果准确度提高,60 min预报结果比30 min预报结果改善更明显,这样可以弥补光流法外推时间增长、预报效果降低的不足。利用该经验关系式,对大面积降水和台风的预报结果的改善较好,但雷暴个例的效果较差,说明经验关系式的可靠性,还需统计大量个例来提高。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P412.25
【部分图文】：

第二章 降水过程与温度平流等物理量演变关系的研究度有所升高，较强暖平流的厚度也有所增厚，2~2.5km 的冷平流也增大，中心强度增大为-1.6×10-4K 1，超过 2.5 km 的暖平流也加强，与此对应，回波强度有所增强，降水得到加强。21 时以后，低层暖平流仍然加强，中心强度增大为5.8×10-4K 1，暖平流中心高度变化不大，而冷平流的高度有所降低，强度变化不明显，说明冷平流向近地面渗透，使温度递减率增大，大气更加不稳定，层状云降水仍会继续。从有限的数据可以看出，冷平流位于暖平流之上，大气层结不稳定，有利于降水的发生，降水的持续与近地面暖平流的加强有关。a) c)b)

第二章 降水过程与温度平流等物理量演变关系的研究度有所升高，较强暖平流的厚度也有所增厚，2~2.5km 的冷平流也增大，中心强度增大为-1.6×10-4K 1，超过 2.5 km 的暖平流也加强，与此对应，回波强度有所增强，降水得到加强。21 时以后，低层暖平流仍然加强，中心强度增大为5.8×10-4K 1，暖平流中心高度变化不大，而冷平流的高度有所降低，强度变化不明显，说明冷平流向近地面渗透，使温度递减率增大，大气更加不稳定，层状云降水仍会继续。从有限的数据可以看出，冷平流位于暖平流之上，大气层结不稳定，有利于降水的发生，降水的持续与近地面暖平流的加强有关。a) c)b)

11图2.2 2016年9月29日降水过程的物理量演变图( a)9月29日08时南京站探空曲线, b) 温度平流(× 104K 1), c) SRH (m2 s-2)和回波强度平均值, d)垂直速度(× 102m 1), e) 散度(单位：× 104 1), f ) 散度垂直通量（单位：× 106m s2) )2.2.2 个例二2016 年 11 月 21 日，南京出现了一次对流性降水过程。雷达站西侧出现几个孤立对流单体，这些单体向东移动并发展，在 06:18 时，抵达雷达站；之后，单体继续发展，组织成一条强对流带（如图 2.3e），并一直向东运动；10 时开始，对流开始减弱。从径向速度图（图 2.3a~c）中可以看出，雷达站附近早期的零速度线呈“S”型（图 2.3a 中
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本文编号：2840569