双多普勒雷达和三维变分方法反演不同类型降水风场对比

发布时间：2020-10-26 22:37

　　 本文利用三维变分方法对热带风暴、飑线和层状云降水等多种不同类型的降水过程进行风场反演,并与双多普勒雷达风场反演结果、风廓线雷达探测结果及原始径向速度等数据进行对比分析。探讨了三维变分方法反演风场的能力、在不同天气系统中的适用性以及在实际业务工作中的应用潜力。最后结合两种风场反演方法、NCAR/NCEP再分析资料、常规地面高空观测资料、雨滴谱仪和微波辐射计观测资料,综合分析了我国华南地区的一次强飑线天气过程的形成背景和成熟阶段的中尺度结构特征。三维变分方法反演风场的效果检验结果表明,三维变分方法反演获得的风场结构与各类型天气的基本特征基本一致,能够较好地反演出飑线系统低层强对流区前缘阵风锋处的风场辐合以及热带风暴的气旋式环流。误差分析表明,水平风速和水平风向的反演结果都比较可靠,层状云降水的风场反演效果优于热带风暴和飑线系统的风场反演效果。中低层水平风场与风廓线雷达探测到的结果较为一致,垂直速度能较好地反映该飑线过程中气流的上升和下沉运动。一次强飑线天气过程的中尺度结构特征分析表明,飑线系统过境前,广东省大部分地区处于低空急流区,有较强的垂直风切变和明显的水汽辐合,并伴有低空辐合、高空辐散的配置,处于较强的对流不稳定环境下。飑线过境时,地面测站气压上升,气温骤降、雨强和液态水含量迅速增加并达到峰值;飑线系统低层对流区盛行西北气流,中层主要盛行平行于飑线的西南气流。上升速度随高度增加而变大,且最大上升速度区与系统内部最强回波区对应。系统移动前方低层有较强的相对出流,而后方有更强的相对入流。低层辐合、高层辐散的配置,是造成本次飑线过程的主要原因。
【学位单位】：中国气象科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P412.25;P426.6
【部分图文】：

图2.12014年3月30日23时00分广州多普勒天气雷达(仰角1.5°)退速度模糊前(a)、后(b)径向速度图经上述退速度模糊处理后，再利用多普勒天气雷达三维数字组网及产品预处理(王红艳等，2009)将退速度模糊处理后的雷达反射率资料和径向速度资料插值到水直分辨率分别为1km 和0.5km 的水平直角坐标系中。2.4 风场反演方法介绍本文主要用到两种风场反演方法，分别是三维变分风场方法和双多普勒雷达风演方法，下面对两种方法的原理进行简单介绍。2.4.1 三维变分风场反演算法简介三维变分风场反演方法使用邱崇践提出的两步变分法(2006)，并在两部雷达共区域内使用Shao 等提出的方法(2004)，同时融合两部雷达的观测资料进行风场反方法的基本思想是：首先，对观测到的径向风作光谱分析，反演出一个光滑的代风场；然后，在代理背景风场和液态水含量平流方程的约束下在数据密集区域的率网格上获得更细致的风场结构。记直角坐标系中每个网格点上三个方向的风分量v、w，找到使目标泛函数 J 取得极小值的 u、v、wBrmECpJ (u ,v,w)=J+J+J+J+J

TIME（UTC）01:00 00:30 00:00 23:30 23:001.50 2014年3月30日23时—31日01时新会风廓线雷达探测到的(a)和三维变分风场到的(b)各高度水平风随时间变化以及同期多普勒雷达反射率因子时间-高度图(c)a 和图 4.3b 可知，4 km 高度以上，两种方法探测到的水平风速大小也相近；1.5 km 高度上，23 时30 分到次日 00 时 00

70A BCD图5.5 三水气象站雨滴谱观测的气象要素随时间的变化及雷达反射率因子的时间高度图(蓝色实线：液态含水量；绿色实线：中数粒子体积直径；红色实线：降水强度；紫红色实线：雨滴谱观测的雷达反射率因子)39
【参考文献】

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本文编号：2857612