一次强降水过程TWP16风廓线雷达资料分析

2021-12-30 10:28郑石王冠关健华康博识黄兴友
装备环境工程 2021年12期
关键词:风场盘锦强降水

郑石,王冠,关健华,康博识,黄兴友

(1.中国气象局沈阳大气环境研究所,沈阳 110166;2.辽宁省气象装备保障中心,沈阳 110166; 3.中国气象局气象干部培训学院辽宁分院,沈阳 110166;4.辽宁省气象服务中心,沈阳 110166; 5.南京信息工程大学 气象灾害预报预警与评估协同创新中心,南京 210044; 6.中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室,南京 210044)

中国暴雨大多数是由台风天气形势所造成的,24 h降雨50 mm就成为暴雨,一个台风登陆通常24 h内可下几百毫米的暴雨,甚至可以达到上千毫米的特大暴雨。暴雨是中国东北地区主要的灾害性天气之一,大范围持续性暴雨和突发性暴雨均会造成严重的洪涝灾害,淹没城镇房屋,危害人民的生命和财产安全[1]。用雷达回波(Reflectivity)来估测登陆台风的降水量和降水分布是一项研究发展多年的技术,该技术的关键在于建立雷达雨量与实际雨量间的关系。

风廓线雷达开始于20世纪80年代,是高空气象探测系统的重要组成部分。风廓线雷达最初研制的目的是为了探测晴空大气风场。大量研究表明,UHF、VHF、P波段的风廓线雷达对降水信息也十分敏感,因此利用风廓线雷达探测资料实现对降水天气的监测具有重要研究价值[2-4]。风廓线雷达早在美国、英国、日本等国家已进行了业务组网全面应用,国内学者对风廓线雷达探空资料在科学研究和业务应用方面前期也开展了大量工作,并在诸多领域都取得了很大进步。国内应用风廓线雷达在探测降水方面已开展了一些具体工作,主要是应用水平风廓线分析暖平流、冷平流、风切变、高低空急流和风场辐合辐散等特征[5-6]。风廓线雷达径向速度大小及厚度与降水量的变化存在一定的关系;风廓线雷达信噪比的变化与降水的开始、结束及降水的变化有明显的对应关系[7];风廓线雷达速度谱宽、垂直速度、信噪比等资料结合分析可对降水过程进行估测;大气湿度与折射率结构常数之间存在着一定关系[8-9]。张旭斌等[10]在质控及其资料同化应用方面做了实验对比研究,通过准确描述模式初始场特征,最终对强降水发生的强度和位置作出精确预报。邹德龙等[11]指出了风廓线雷达能够探测出强降水发生前空中冷暖平流变化导致大气层结不稳定,风廓线雷达测到地面风向转变,对降水预报有一定的指示意义。张京英、郑石、Bob L W等[12-14]应用风廓线雷达资料对暴雨等强对流天气进行了分析,指出了强降水前,在垂直风场结构上可以清晰展示高低空急流脉动耦合,对强降水的发生有着很好的预示作用。体现出了风廓线雷达在监测中小尺度强对流天气独特的优越性和指导预报应用价值。

1 资料与方法

1.1 风廓线雷达资料

文中主要使用的探测设备为TWP16对流层风廓线雷达(探测方式为五波束),北京敏视达雷达有限公司生产,位于辽宁省盘锦市盘山区国家基本站,地处盆地,南面临海。利用辽宁SWAN系统及盘锦高频地波雷达和营口双偏振雷达资料进行辅助分析。TWP16风廓线雷达参数见表1。应用TWP16对流层风廓线雷达风廓线、径向速度、信噪比、折射率结构常数、谱宽等资料对2019年8月10—15日“利奇马”台风在辽宁省盘锦市登陆引发的强降水天气过程进行详细分析。

表1 TWP16型风廓线雷达高/低模式相关参数 Tab.1 Relevant parameters related to TWP16 wind profile radar high/low mode

1.2 高频地波雷达资料

文中所用OS081H型高频地波雷达为中船重工鹏力南京大气海洋信息系统有限公司生产,探测设备布设在盘锦市大洼区红海滩国家5A级风景区,位于渤海湾东北区域。探测资料为风场、流场、浪场,有效半径在150 km左右,扇形扫描120°范围,探测周期为10 min,见表2。

表2 盘锦高频地波雷达相关参数 Tab.2 Relevant parameters related to high frequency ground wave radar in Panjin

1.3 双偏振雷达资料

文中所用CINRAD/SA-D双偏振雷达为北京敏视达雷达有限公司生产,探测设备位于辽宁省营口市大石桥蟠龙山上。营口双偏振雷达(技术指标见表3)是东北首部业务升级的双偏振天气雷达,于2019年6月开始业务试运行。

表3 营口CINRAD/SA-D双偏振雷达主要技术指标 Tab.3 Main technical indicators of CINRAD/SA-D dual polarization radar in Yingkou

1.4 天气形势及台风系统演变分析

利用Micaps高空地面资料和卫星云图演变分析,台风“利奇马”对辽宁的影响共分为3个阶段:第一阶段是从10日8时至12日8时,辽宁主要受台风北上外围云系影响;第二阶段从12日8时至13日8时,台风“利奇马”在莱州湾回旋少动;第三阶段从13日8时至15日6时,辽宁受台风减弱为热带低压与西风槽结合影响。台风“利奇马”于13日11时停止编号,但其残涡依然影响辽宁,又与西风槽结合,给辽宁又带来一次降水集中时段。14日20时,500 hPa西风槽东移南下,不断有冷空气侵入到残涡中,干空气不断卷入,使深对流减弱,地面有残涡在渤海中回旋,又有一部分分裂北上到辽宁吉林中部。又由于台风“罗燕”的影响,辽宁南部水汽被阻断,吉林、辽宁中部水汽得到补充,逐渐向锋面系统转变。

1.5 降水实况分析

受台风“利奇马”和西风带冷空气共同影响,8月10日20时至15日20时,辽宁全省大部分地区累计降水量达100~250 mm,平均降水量达126.5 mm,突破1951年以来同期极值。此次降雨过程持续时间长,累计雨量大,影响范围广,风雨齐上阵。2019年8月10日20时—8月15日20时辽宁省雨情分布如图1所示,全省降水统计数据1561个站中,大于250 mm的站数为35个,100~249.9 mm站数1028个,50~99.9 mm站数390个,25~49.9 mm站数71个,10~ 24.9 mm站数17个。从影响范围广上来看,全省14个市均出暴雨到大暴雨,出现暴雨以上站数占总站数的91%,大暴雨以上站数占总站数的65%。此次台风影响强降水过程中,平均降水量最大值出现在盘锦地区,为162.3 mm。

从辽宁SWAN系统辅助分析可知,本次台风引起的强降水在盘锦地区主要有3个时段,降水主要时段为 8月10日12:00—15日04:00时。8月10日12:00,强降水前6 h,雷达组网基本反射率(强度)如图2a所示。可以看出,本次强降水开始阶段强回波区由西南至东北方向移动,逐渐进入辽宁省界,影响锦州,即将到达盘锦地区,均值为40~45 dBz。8月12日20:00—13日10:00,为本次强降水发展阶段,也是降水极大值时段。从8月13日09:00(见图2b)雷达组网基本反射率可以看出,强回波区域经过45 h的移动和消散,到13日09:00左右,强回波数值极大值达到50 dBz,标志着盘锦地区暴雨最强点的到来。8月15日23:30分(见图2c),可以清晰看出主要为零散微弱回波,降水完全结束。

图2 2019年8月11日12:00 (a)、8月13日09:00 (b)、8月15日23:30 (c)组合基本反射率 Fig.2 Basic reflectance at 12:00 on August 11 (a), 9:00 on August 13(b), and 23:30 on August 15(c), 2019 respectively

2 风廓线雷达特征分析

2.1 水平风廓线

2019年8月10日12:00—8月11日02:00,盘锦地区水平风逐时高度分布如图3所示。可以看出,降水前6 h,近地面到高空主要由西南风控制,风速随高度的增高而增大。近地面到150~750 m,平均风速为7 m/s;5000 m高度层平均风速达到14 m/s;5~12 km高度层,随时间推移,风速不断增大,最大 值达到35 m/s。强降水前期长时间深厚的西南气流积累为降水提供了充足的水汽和能量,具有明显的中尺度系统影响特征。雷达在8月10日19:00—8月11日02:00探测的风廓线上,近地面至1 km高度层存在风数据缺测,出现空洞,致使风廓线部分杂乱不完整,这主要是由于台风登陆对微弱的风廓线雷达回波干扰影响所造成。

图3 2019年8月10日12:00—8月11日02:00盘锦地区水平风逐时高度分布 Fig.3 Horizontal wind height distribution in Panjin from 12:00 on August 10 to 02:00 on August 11, 2019

2019年8月10日18:00时,风速和风向随高度的变化曲线如图4所示。可以看出,水平风场资料的 有效获取高度达到13.5 km,从近地面到6~13.5 km高度层,随高度的增加,风度不断变大,最大值为38 m/s,达到了高空急流的标准。0~6 km高度层,随高度的增加,风速变化稍有杂乱,不规律;6~13.5 km高度层,风速随高度的增加变化呈规律的正比关系,这是由于台风临近登陆,对大气底层影响较大,高层影响较小。由图4还可以看出,500~3 km高度层,风向随高度变化呈现顺转关系;3~4 km高度层,风向随高度变化呈现逆转关系;4~4.5 km高度层,风向随高度变化再次呈现顺转关系;4.5~5 km高度层,风向随高度变化再次呈现逆转关系;4.5~5 km高度层,风向随高度变化第三次呈现顺转关系;4.5~5 km高度层,风向随高度变化第三次呈现逆转关系。同一时刻随着高度增加,风向依次出现顺转逆转、二次顺转逆转、三次顺转逆转。结合同一等压面上的温度平流计算公式:

图4 2019年8月10日18:00盘锦地区风速、风向随高度变化的曲线 Fig.4 Curve of (a) wind speed and (b) wind direction with altitude in Panjin at 18:00 on August 10, 2019

式中:f为科式参数,f=7.292×10–5;Rd为空气气体常数,Rd=8.314。可以得出风向随高度顺转变化产生暖平流,逆转变化产生冷平流,与图4变化一致。3~7 km出现了两条明显S型曲线,表明在大气层中冷暖层相互叠加,对流效应明显,呈现多层平流结构。底层有冷平流叠加在暖平流上,大气层结趋于不稳定,并且风速随高度增高逐渐增大,底层辐合,高层辐散,有利于对流天气的形成,为强降水产生提供了充足能量。风廓线雷达可以准确清晰展示出水平风廓线资料 随时间在大气各个高度层的变化情况,其风场资料高时空分辨率的特点是其他类型雷达无法比拟的。

2.2 径向速度

在降水情况下,风廓线雷达探测到的径向速度为垂直方向气流运动速度与粒子运动速度之和,向下为正,向上为负。垂直方向上风速绝对值越大,反映出不同高度层上水汽和热交换的程度越剧烈,因此在一定程度上可以反映对流活动的强弱。

2019年8月10日12:00—8月11日02:00,盘锦强降水开始阶段径向速度随时间的变化如图5所示。该径向速度未作落速订正,代表了空气自身垂直运动和降水粒子引起下沉运动的加合后产品。从图5可以看出,在降水前6 h,从低层到高空为上升的暖湿西南气流。从18:30开始,4~8 km开始出现明显下沉气流,为6 m/s,大气层5 km范围内主要为下沉气流,此时强降水开始;8~12 km高空,气流继续被抬升,对流继续加强。

图5 2019年8月10日12:00—8月11日02:00盘锦地区强降水开始阶段径向速度随时间变化 Fig.5 The radial velocity at he beginning of heavy precipitation in Panjin changes with time from 12:00 on August 10 to 02:00 on August 11, 2019

2019年8月12日20:00—13日10:00,盘锦强降水发展阶段径向速度随时间的变化如图6所示。可以看出,本次强降水最大极值区域在5 km高度层。径向速度存在一个明显的分界线,5 km以下径向速度为8 m/s,极值为9 m/s;5 km以上径向速度均值为0 m/s。下沉气流主要集中在5 km以下,强降水主要由5 km高度对流层降水云系引起,5 km以上以微弱上升气流为主。径向速度大于9 m/s的垂直速度发生在12日20:00—13日10:00,并且下沉气流最大值出 现在13日09:00,达到11.2 m/s。这与强降水最大时段相吻合,即从12日20:00强降水开展,在13日00:00左右,降雨强度达到极值,13日10:00强降水结束。由以上分析可知,风廓线雷达径向速度探测到约9 m/s的垂直下沉速度反映了强降水的开始和结束时间,且垂直下沉速度数值越大,降水越强。风廓线雷达探测到的径向速度是空气中自身垂直气流下沉速度与降水时降水粒子下落速度共同造成的,从一定程度上也反映了降水粒子的密度,可进一步根据径向速度的大小来判断是否有强降水发生。

图6 2019年8月12日20:00—13日10:00盘锦地区强降水发展阶段径向速度随时间变化 Fig.6 The radial velocity development stage of Panjin area changes with time from 20:00-12 August 10 to 10:00—13 August 10, 2019

2019年8月15日00:00—14:00,盘锦地区强降水结束阶段径向速度随时间的变化如图7所示。从图7可以清晰看出,8月15日03:30强降水基本结束。地面到5 km大气层范围内,径向速度约为1 m/s,但其降雨粒子真实下落速度应该大于1 m/s,空中还有 微弱降水存在。直到8月15日23:30,径向速度为– 0.2 m/s,接近于0,降水完全停止。

图7 2019年8月15日00:00—14:00盘锦地区强降水结束阶段径向速度随时间变化 Fig.7 The radial velocity at the end of heavy precipitation in Panjin changes with time from 00:00 to 14:00 on August 15, 2019

2.3 信号噪声比

2019年8月10日12:00—8月11日02:00,盘锦地区强降水开始阶段信噪比随时间变化如图8所示。可以看出,强降水前6 h,10日12:00—18:00,SNR数值在25 dB左右,空中一直存在着微弱降雨过程。10日18:30,SNR数值开始不断变大,预示着强降水即将到来。

图8 2019年8月10日12:00—8月11日02:00盘锦地区强降水开始阶段信噪比随时间变化 Fig.8 The signal-to-noise ratio at the beginning of heavy precipitation in Panjin changes with time from 12:00 on August 10 to 02:00 on August 11, 2019

2019年8月12日20:00—13日10:00,强降水发展阶段信噪比随时间的变化如图9所示。可以看出,SNR数值55 dB的出现标志着此次强降水的极大值区域。在13日09:00出现70 dB SNR极大值,这与前面分析的降水最强时刻及径向速度出现极大值时间完全吻合,有着较好的对应关系。SNR数值55 dB的出现对应了此次降雨过程中最强降水时段的开始与结束,SNR强度与降水强度有着密切的对应关系。

图9 2019年8月12日20:00时—13日10:00强降水发展阶段信噪比随时间变化 Fig.9 The signal-to-noise ratio of the heavy precipitation development stage changes with time from 20:00 to 13:10 on August 12, 2019

2019年8月15日00:00—14:00,盘锦地区强降水结束阶段信噪比随时间的变化如图10所示。从图 10可以清晰看出,15日03:30左右,强降雨过程基本结束。SNR数值由50 dB左右突降20 dB左右,空气中还存在着微弱的降水。直到15日23:30左右,降水完全停止。

图10 2019年8月15日00:00—14:00盘锦地区强降水结束阶段信噪比随时间变化 Fig.10 The signal-to-noise ratio at the end of heavy precipitation in Panjin changes with time from 00:00:00 to 14:00on August 12, 2019

2.4 折射率结构常数

2019年8月10日12:00—8月11日02:00,盘锦地区强降水开始阶段折射率结构常数随时间的变化如图11所示。Cn2是反映大气湍流状况的常数,它与大气的湿度有关,通过平均的温度和气压来计算,是大气光学湍流强度的一个重要参量,可以看作是多普勒天气雷达不同时刻RHI回波特征。由图11可知,强降水前6 h,8月11日12:00—18:00,在5 km高度层以下,Cn2维持在1.0×10–13以上;在5~12 km高度层,Cn2维持在1.0×10–16左右,并且随着高度的增加而逐 渐变小。

图11 2019年8月10日12:00—8月11日02:00盘锦地区强降水开始阶段折射率结构常数随时间变化 Fig.11 The refractive index structure constant at the beginning of heavy precipitation in Panjin area changes with time from 12:00 on August 10 to 02:00 on August 11 , 2019

2019年8月12日20:00—13日10:00,强降水发展阶段折射率结构常数随时间的变化如图12所示。可以看出,8月12:20时—13日10:00,Cn2大于1.0×10–10区域标志着此次强降水的极大值区域,并且在10 km高度层以下,随着高度的降低,Cn2不断增大。由以上分析可以判断,Cn2为1.0×10–10对应了最强降水时段的开始和结束,Cn2最大值出现的探测高度和持续时间与降水有着密切关系。

图12 2019年8月12日20:00时—13日10:00强降水发展阶段折射率结构常数随时间变化 Fig.12 The refractive index structure constant during the development stage of heavy precipitation changes with time from 20:00 on August 12 to 10:00 August 13 , 2019

2019年8月15日00:00—14:00,盘锦地区强降水结束阶段折射率结构常数随时间的变化如图13所示。从图13可以清晰看出,15日03:30左右,强降雨过程基本结束。Cn2数值突降至1.0×10–16左右,空气中还存在较多的水汽。直到15日23时30分,降水停止。

图13 2019年8月15日00:00—14:00盘锦地区强降水结束阶段折射率结构常数随时间变化 Fig.13 The refractive index structure constant at the end of heavy precipitation in Panjin area changes with time from 00:00 to 14:00 on August 15, 2019

2.5 速度谱宽

2019年8月10日12:00—8月11日02:00,盘锦地区强降水开始阶段速度谱宽随时间的变化如图14所示。可以看出,8月10日18:30开始,5 km高度层以下,速度谱宽均值在2.5 m/s以上;5 km高度层以上,速度谱宽接近0 m/s左右。5 km大气高度层内,速度谱宽数值不断增大,预示着强降水即将开始。

图14 2019年8月10日12:00—8月11日02:00盘锦地区强降水开始阶段速度谱宽随时间变化 Fig.14 The velocity spectrum width at the beginning of heavy precipitation in Panjin area changes with time from 12:00 on August 10 to 02:00 on August 11 , 2019

2019年8月15日00:00—14:00,盘锦地区强降水结束阶段速度谱宽随时间的变化如图15所示。从图15可以清晰地看出,15日03:30左右,速度谱宽由2.5 m/s突降至0 m/s左右,强降水过程基本结束。降雨不同高度层内的速度谱宽与其降雨量存在着显著的线性关系,即降雨强度越强,速度谱宽数值越大。因此,利用速度谱宽的变化趋势,可以得到降水强的变化趋势。在强降水过程时段,速度谱宽与降雨强度 存在正比的线性关系,但是近地面300 m内,两者的相关性不明显,相关性很差。这是由于近地面地物杂波的影响与干扰导致,速度谱宽对速度差值十分敏感,即便微弱的地物杂波,对其都有很大的影响,所以在近地面区域会显示相关性变弱或看起来不具相关性的特点[15-17]。

图15 2019年8月15日00:00—14:00盘锦地区强降水结束阶段速度谱宽随时间变化 Fig.15 TheVelocity spectrum width at the end of heavy precipitation in Panjin area changes with time from 00:00 to 14:00 on August 15, 2019

2.6 多要素资料拟合分析

2019年8月12日06:00盘锦地区强降水多要素资料拟合如图16所示。将同一时刻水平风廓线、垂直速度、速度谱宽、信噪比、折射率结构常数多种资料拟合在一起进行验证分析。雷达采用全模式5波束观测。从图16可知,在5 km大气高度层以下,水平风廓线资料出现顺转辐合上升,聚集大量的水汽和能量,垂直速度均在5 m/s以上,速度谱宽均值在2.5 m/s 以上,SNR均值在50 dB以上,Cn2均值在1.0×10–13以上。从图像可以直观看出,风廓线雷达各资料有着较好的对应关系,可彼此互为验证。

图16 2019年8月12日06:00盘锦地区强降水多要素资料拟合 Fig.16 The heavy precipitation multi-factor data fitting in Panjin area at 06:00 August 12, 2019

3 高频地波雷达与双偏振雷达水平风场资料

高频地波雷达是利用垂直极化高频电磁波沿高导电率海水表面的绕射特性,实现对海洋环境气象要素产品进行监测,主要资料有风场、流场、浪场。程攀等[18]利用高频地波雷达对风场资料应用分析,结果表明,在风速<6 m/s、6~10 m/s和>10 m/s的不同风力条件下,高波地波雷达都有很好的可用性,作为大风过程分析、大风预警和强降水过程辅助研究是很好资料。文中给出了高频地波雷达所探测到的海平面风场,探测范围在数据有效半径(150 km)之内80 km左右,距海平面高度10 m左右,平均风速为8 m/s。说明在降水过程发展强盛时期,海平面上主导的西南风场输送大量暖湿气流,在盘锦汇聚,受夏季城市热力抬升作用,为降水过程提供能量。

高频地波雷达风场信息可用来印证风场输送情况,从垂直和水平两个角度以及从高空和近地面两个角度,得到同为西南气流为强降水发生提供水汽能量的结论。图17为2019年8月12日12:00时盘锦地区强降水前6 h高频地波雷达海平面上10 h左右水平风场资料,受“利奇马”台风登陆影响,从图17上可以看出,强降水前期,海面大风主要为西南风控制,50 km范围内风力均值在8 m/s。前期充足的西南风场气流、海水浪场涌动、流场滚动为强降水的发生聚集了大量的水汽能量,这与风廓线雷达水平风廓线资料(图3)分析结论完全一致。高频地波雷达水平风场资料只能展示半径150 km、海平面上空10 m高度层内、120°扇形范围的风场实况,风场资料在探测范围和时空分辨率等多方面存在局限性。

图17 2019年8月12日12:00盘锦地区强降水风廓线资料 Fig.17 The heavy precipitation wind profile data in Panjin area at 12:00 August 12, 2019

2019年8月11日18:00营口双偏振雷达水平风廓线资料如图18所示。结合多个不同时刻、不同仰角双偏振雷达风场资料与上述风廓线产品资料联合分析可看出,1 km以下近地面为东北风,1~3 km为东南风,3~5 km以上为南风,5 km以上为西南风。风向随高度呈顺时针旋转,顺转产生暖平流,底层到高空风场呈辐合的趋势。在8 km以上,风向出现微弱的逆时趋势,逆转产生冷平流,高空风场呈微弱的辐散趋势。从零风速线到低层1~2 km处存在明显的东南大风速区,中心风速为20 m/s[19-20]。双偏振雷达某一时刻水平风场资料获取同单偏振雷达获取风场资料原理一样,是在假设大气风场线性均匀的状态下,通过线性拟合运算得到,其单一时刻的风场资料只能反映出大气中真实风场实况的趋势,一般需要与多个时刻风场资料或径向速度资料结合分析,独立应用风场资料不能给出定性结论需进一步验证。

图18 2019年8月11日18:00营口双偏振雷达风廓线资料 Fig.18 Wind profile data of Yingkou dual-polarization radar at 18:00 on August 11, 2019

2019年8月11日18:00营口双偏振雷达径向速度资料如图19所示。盘锦位于营口北偏西方向130 km 左右,由图19可看出,在以雷达站为中心点,探测半径为230 km的等距离圆内,呈现出了明显的S形曲线。由径向速度资料可知,从大气低空到高空存在底层风向顺转、高层逆转,高层风向逆转产生的冷平流叠加在底层风向顺转产生的暖平流之上,大气层结趋于不稳定,有利于对流性降水的发生。从径向速度图的面积上看,底层负速度面积大于正速度面积,利于气流辐合上升,高层正速度面积大于负速度面积,利于辐散下降。双偏振雷达径向速度的分析结果可对其风场资料的分析结果进行进一步验证,两者相互结合分析可对降水进行预测。风廓线雷达可以独立应用水平风廓线资料得到风廓线随时间在各大气高度层的精准变化趋势,进而独立应用高时空分辨率的风廓线资料判断是否有降水发生[21]。

图19 2019年8月11日18:00营口双偏振雷达径向速度资料 Fig.19 The radial velocity data of Yingkou dual polarization radar at 18:00 on August 11, 2019

4 结论

1)风廓线雷达廓线资料可以展示大气水平运作在垂直方向的细微结构,清晰直观地反映出降水过程中风场垂直结构和变化特征,直观反映强降水开始前至降水结束后大气的微观风场变化,对强降水预报预警有重要意义和使用价值。定性判断和定量分析风向、风速随时间和空间的不连续变化,可以掌握天气系统的活动。在强降水阶段,大气对流上升和下沉运动严重不规律,探测资料很难满足局地均匀、各向湍流同性的条件,在一定程度上会影响回波信号,空气中存在大量的强降水粒子,也会降低风数据的获取率。当降水减弱时,湍流运动逐渐恢复稳定,风数据获取的峰值时间稍有偏差,这是由于降水最强阶段数据获取率较低所造成。因此,低的风数据获取率在某种意义上对强降水也存在一定的指示意义。

2)风廓线雷达径向速度、信噪比(SNR)、折射率结构常数(Cn2)能清晰反映此次强降水开始、结束、降水持续时间和强度。9 m/s的径向速度对应了强降水的开始和结束,垂直下沉速度越大,降水越强。55 dB信噪比的出现和结束对应了强降水的始末时间,最大信噪比70 dB的出现对应了降水强度最大极值点。折射率结构常数1.0×10–10的出现和结束反映了降水的始末时间,最大值 1.0×10–10出现的最大探测高度和持续时间与降水有密切的关系。降雨不同高度层内的速度谱宽与其降雨量存在着显著的线性关系,即降雨强度越强,速度谱宽数值越大,反之利用速度谱宽的变化趋势可以得到降水强的变化趋势。

3)将风廓线雷达多种二次产品进行拟合相互比对分析,均可得到高度一致分析结果。在5 km大气高度层以下,水平风廓线资料出现顺转辐合上升聚集大量的水汽和能量,垂直速度数值均在5 m/s以上,速度谱宽均值在2.5 m/s以上,SNR均值在50 dB以上,Cn2均值在1.0×10–13以上。从图像可以直观看出风廓线雷达各资料有着较好的对应关系,可彼此互为验证。

4)通过高频地波雷达和双偏振雷达水平风廓线资料进行辅助分析,均可得到与风廓线雷达风场分析一致结论,验证了TWP16风廓线雷达高时空分辨率独特的优势,可从不同角度探测中小尺度天气系统与暴雨等强对流天气。

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