春夏季节局地强对流雷达径向风预警指标研究

摘要

强对流天气的特点是尺度小、生命期短、发展迅速、强度剧烈、破坏性严重，特别是其强度具有快速增大又迅速减弱的大陡度峰值特征，因此对其观测与识别的有效时间短暂，导致预报预警的难度大。目前，天气雷达以其高精度的时间与空间分辨率、精细化的遥感探测能力、局域三维形势的特征展示，成为中小尺度强对流天气局地监测和预报的首要且有效的手段。天气雷达的基本信息包括回波强度、径向风、谱宽，本文关注径向风数值化信息提取。针对春夏季节局地强对流天气，采用天气雷达径向风场基数据，经系列数据预处理和质量控制，进行径向风所含数值特征定量信息提取，并基于这些定量信息，构建几种强对流指标，应用于不同地区及不同类型天气雷达，获得良好效果。 径向风场提供的主要信息为径向风的风速风向辐合辐散以及风向气旋或反气旋式切变。由于常规涡度散度特征量对大尺度环流风场特征描述较好，而对于小尺度局域风场，则由于局地风场小扰动多，干扰雷达探测，形成随机噪音，影响径向风特征表现，使涡度和散度呈现零散化。因此引入流函数与势函数，来描述体扫面上径向风场的基本旋转运动特征和辐合辐散状态。流函数和势函数的表达明显优于直接的涡度散度分布。采用对区域流场特征表达能力良好的流函数与势函数计算，并运用合适的边界条件及计算处理方案，由泊松方程迭代求出满足区域无辐散条件的特解，并通过逆运算重建径向风场及经统计检验重建效果，显示由所用边界处理方案解出的区域流函数与势函数是收敛的，对径向风场基本特征表达良好。其次，运用径向风流函数与势函数定量数值信息以及它们与局地强对流的密切关系，构建区域强对流时空预警指标方程，依托预警指标，提供径向风场分区精细化预警区位和时间演变特征。此外，鉴于雷达径向风辐合线往往是局地暴雨的径向风特征，运用矩阵转换技术开发了径向风辐合线客观自动识别方法。它可提供径向风辐合线的具体地理位置，尺度大小，走向分布，覆盖范围以及动态追踪等定量信息。进一步地将径向风辐合线与径向风定量信息背景场叠加，获得多指标综合性预警，可更精细化地反映局地强对流中小尺度系统时空特征。本研究就关于提升雷达径向风信息的充分应用，提供了新的思路以及多种有效的预警方式。

目录

声明

摘要

第1章引言

1．1研究目的与意义

1．2国内外研究进展

1．2．1春夏季节强对流天气研究

1．2．2强对流雷达监测与预警研究

1．2．3局地强对流雷达径向风研究

1．3本文研究内容

1．3．1研究重点

1．3．2各章内容

第2章资料与方法

2．1资料介绍

2．2计算方法

2．2．1雷达基数据预处理方法

2．2．2雷达径向风定量信息计算方法

2．2．3预警指标构建方法

2．3本章小结

第3章春夏强对流典型过程分析

3．1常州暴雨

3．1．1灾情介绍

3．1．2过程要素演变

3．1．3环流背景

3．1．4雷达探测特征

3．2盐城龙卷

3．2．1灾情介绍

3．2．2过程要素演变

3．2．3环流背景

3．2．4雷达探测特征

3．3赤峰龙卷

3．3．1灾情介绍

3．3．2环流背景

3．3．3雷达探测特征

3．4本章小结

第4章雷达径向风特征与分析

4．1雷达径向风预处理

4．2雷达径向风定量信息计算

4．2．1速度分解与坐标转换

4．2．2径向风插值

4．2．3径向风场的流函数与势函数

4．2．4径向风场的重建与检验

4．3径向风信息与强对流特征对应关系

4．4本章小结

第5章雷达径向风时空预警指标构建

5．1强对流分区预警

5．2强对流时间预警

5．3强对流径向风辐合线指标

5．3．1径向风辐合线指标构建

5．3．2预警辐合线与径向风场及其信息场叠加预警

5．4本章小结

第6章总结与讨论

6．1主要结论

6．2本文特色创新

6．3研究展望

参考文献

致谢

作者简介