天氣雷達圖像分析方法成都信息工程大學白愛娟

天氣雷達業(yè)務培訓2、強天氣的雷達監(jiān)測和預警方法天氣雷達與災害天氣預報1、對災害性天氣有強的監(jiān)測和預警能力。中尺度系統(tǒng)：災害性大風-颮線，龍卷、中尺度風切變，冰雹和暴雨、降雪等降水天氣。天氣尺度和次天氣尺度系統(tǒng)：水平風切變、鋒面、急流。2、良好的定量測量降水回波強度，定量估計大范圍降水。3、良好的多普勒測速能力：風速和風向切變、龍卷、低空急流、高空急流等。天氣雷達是強對流天氣的監(jiān)測和預警的手段!1、強度場上的強對流天氣識別①零度層亮帶冰水混合層或融化層，反映云體內(nèi)有明顯冰水轉(zhuǎn)化區(qū)，融化層以上為冰晶，通過融化層后，全部轉(zhuǎn)化為水滴。對應云內(nèi)氣流穩(wěn)定，無明顯對流活動。凝結(jié)高度平流層高度凍結(jié)高度云砧零度層亮帶零度層亮帶的強度PPI：抬高仰角，表現(xiàn)為以測站為中心的環(huán)狀或半環(huán)狀。是層狀云降水，或者混合云中的不穩(wěn)定降水轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的層狀云降水時的標志。

①零度層亮帶RHI：最強回波帶在零度層以下約200～300米，強度比兩側(cè)的回波強10～15dBz。

②旁瓣回波和三體散射三體散射和旁瓣回波三體散射PPI：半徑延長線A：三體散射，B：旁瓣回波②旁瓣回波和三體散射3、三體散射三體散射：雷達發(fā)射的電磁波在強降水中心和地面之間經(jīng)過多次散射后，返回雷達。雷達在強回波區(qū)的半徑延長線上定出一個弱回波區(qū)。旁瓣假回波旁瓣假回波旁瓣假回波識別RHI：為回波頂上出現(xiàn)一條細長的回波。當測站附近出現(xiàn)強降水時，常在回波頂出現(xiàn)一條細長的延伸很高的回波。判斷這類強降水回波的頂高時，需要除去旁瓣所造成的假回波。天氣雷達旁瓣和尾瓣的輻射能量很小，只有在近距離目標物有強回波時，才會出現(xiàn)虛假回波，因此出現(xiàn)假回波可判斷強烈天氣即將出現(xiàn)。BAB廣東肇慶的冰雹天氣回波三體散射和旁瓣回波③回波墻和穹窿結(jié)構(gòu)A：回波墻B：穹窿結(jié)構(gòu)回波墻的形成當云中一些大冰晶粒子達到足夠大的尺度時，降落速度變得很大，上升氣流無法托住，粒子幾乎垂直穿過上升氣流在有限的部位降落下來，形成回波墻，即柱狀的強反射率因子R。回波墻與冰雹和強降水，以及下沉區(qū)前緣的強偏西風一致?；夭▔η斑叺臒o回波區(qū)中有時是龍卷發(fā)生的地方，這里上升氣流可能最強，達到幾十m/s的量級。③云砧和回波墻云砧：強烈上升氣流托持而成的帶幡云砧。下層降水區(qū)前回波梯度大?；夭▔Γ河山缑娑噶?，強度梯度大的回波組成④窄帶回波-冷出流邊界-線對流前晴空回波西安咸陽機場的大風-窄帶回波大風天氣的晴空窄帶回波窄帶回波-陣風鋒0.5o仰角窄帶狀，有時圓弧狀。回波一般出現(xiàn)在雷暴群周圍。強度在10-25dBZ，達10km以上，高仰角短，低仰角長。速度圖上有正負速度區(qū)交界。強颮線的帶狀回波2、徑向速度場上的強對流天氣識別徑向速度場的應用1、推斷較大范圍風向、風速隨高度的變化，獲得垂直風切變，急流和風速最大值的詳細信息，估算散度、渦度等物理量。2、判斷速度場的不連續(xù)面.如：鋒面、切變線和輻合線等，識別一些強風暴現(xiàn)象，包括：陣風鋒，下?lián)舯┝骱妄埦怼?、識別低空急流.暴雨產(chǎn)生的條件之一是要有充分的水汽供應，而低空急流是為暴雨輸送水汽的通道，判斷降雨是否會繼續(xù)。①中氣旋識別-正負速度對中氣旋是與強對流風暴相聯(lián)系的最重要的雷暴。風場特征為：低層：輻合型氣旋；中低層：純粹氣旋式旋轉(zhuǎn)中高層：輻散型氣旋式旋轉(zhuǎn)；高層：風暴頂純粹輻散在髙懸的強回波條件下，中氣旋可以確定為強對流天氣強冰雹天氣的中氣旋中氣旋和逆風區(qū)超級單體的強回波和中氣旋2018年3月15日肇慶強冰雹風暴頂輻散風暴頂?shù)闹谐叨容椛⒓绷骱痛箫L速帶垂直風切變：風向突變90o冷鋒過境前的速度圖零速度線出現(xiàn)折角冷鋒過境后速度圖像反“S”型流場冷平流暖鋒過境前中尺度輻散和輻合場表現(xiàn)為正負速度對輻合和輻散場2）中尺度氣旋3）環(huán)境風中的中氣旋3）環(huán)境風中的中氣旋1.5°1.5°2.5°TVS龍卷渦旋的鉤狀回波和速度場龍卷渦旋的強度和速度強對流天氣中的中氣旋強度圖速度圖4）中氣旋中的龍卷渦旋輻合型中氣旋純輻合：正負中心呈徑向?qū)ΨQ。純氣旋：正負中心呈方位對稱。輻合型中氣旋：正負速度中心與向徑有一夾角，由兩種流場的相對大小和強度而定伴有輻合的中尺度反氣旋逆風區(qū)-強天氣的特殊回波逆風區(qū)：局部中尺度垂直環(huán)流的形成，是對流性暴雨天氣的判據(jù)中小尺度的逆風區(qū)逆風區(qū)：局部中尺度垂直環(huán)流的形成，是對流性暴雨天氣的判據(jù)強暴雨天氣的逆風區(qū)

20：03

20：34

21：42

22：37

＋－

西安雷達站2007年8月8日1.5度仰角速度分布圖輻合輻散輻合線逆風區(qū)逆風區(qū)意義逆風區(qū)示意圖（負區(qū)包圍正區(qū)的情況下）逆風區(qū)是中小尺度的輻合、輻散、氣旋和反氣旋運動結(jié)構(gòu)在速度PPI上的綜合反映。氣旋結(jié)構(gòu)反氣旋結(jié)構(gòu)輻散結(jié)構(gòu)輻合結(jié)構(gòu)雷達測站最大不模糊距離：Rmax=C/(2*PRF)

最大不模糊速度：Vmax=λ*PRF/4

C：光速，λ：波長，PRF：脈沖重復頻率脈沖周期：一個脈沖從發(fā)射到接收的時間。

多普勒兩難

opplerDilemma距離折疊示意圖強天氣特殊回波-速度模糊3.4度颮線的速度模糊11:09，0.5o速度模糊對波長是固定的的雷達，當選定了脈沖重復頻率PRF時，Rmax就確定了，就會存在一個Vmax。當目標的徑向速度大于最大不模糊速度時，就會產(chǎn)生混淆。由雷達測得的徑向速度將相差兩倍最大不模糊速度，稱Nyquist間隔或速度折疊。讀出的速度實際速度Nyquist數(shù)或速度折疊次數(shù)多普勒雷達探測兩難強對流天氣的特殊回波R場V場穹窿逆風區(qū)三體散射中