利用多普勒雷达资料识别低空风切变和辐合线方法研究

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激光雷达在机场低空风切变探测中的应用研究

激光雷达在机场低空风切变探测中的应用研究

激光雷达在机场低空风切变探测中的应用研究王青梅郭利乐1,21( 1. 北京航空气象防化研究所,北京 100085;2. 94895 部队82 分队,龙岩 366205)摘要简述了低空风切变及传统探测手段的局限,结合我国香港国际机场的最新研究进展,对多普勒激光雷达的测风原理、低空风切变探测中的自动识别算法及预警系统进行了综述,最后介绍了风切变探测目前存在的问题及最新发展:高性能、人眼安全激光等激光雷达新技术以及数据产品的开发利用,是未来研究的重点。

关键词:激光雷达;低空风切变;危险因子;风切变识别算法;香港国际机场0 引言低空风切变是国际航空和气象界公认的飞机起飞和着陆阶段的“无形杀手”。

据不完全统计,1964-1985 年,在国际定期与不定期航班以及其他飞行任务中,至少发生了31 起飞行事故和3 起事故征兆,均与低空风切变有关,造成至少700 多人丧生[1]。

低空风切变生命周期短、尺度小、破坏性强,引起了国际航空界和气象界人士的广泛关注。

著名中尺度气象学家Fujita 教授对七十年代美国三次严重飞行事故调查分析后,得出强烈的下降气流是造成飞机坠毁的原因所在[2],从此开启了对风切变研究的先河。

传统的风切变探测手段有地表风速计、天气雷达、风廓线仪[3-4]。

基于地表风速计的低空风切变预警系统LLWAS 于1970 年研制成功并安装在美国100 多个机场,但其只能探测地表附近的水平风切变,高度有限并且探测性能取决于风速计的数量和位置部署,同时期发展的还有利用气压短时突变先兆为原理设计的气压涌升计,可以较好的探测阵风锋,常与LLWAS 配合探测;1980~1990 年间,基于C 波段的窄脉冲多普勒天气雷达终端TDWR 配置在美国、日本、新加坡等国际机场,TDWR 专门设计用来探测微下击暴流和阵风锋,对湿性风切变的探测效果很好,但晴空条件无回波信号且易受地物杂波干扰,设备成本较高;80 年代发展的还有基于大气湍流的风廓线雷达,可以探测和监视如低空急流以及地形引起的非短暂风切变,存在不足是波束不易扫描,不适合探测探测飞机进近和起飞路径的对流性风切变;此外还有利用测量精度很高的气象观测塔来分析风场变化,但其对机场飞行安全有影响,一般常作为标准值来校对其他遥1作者简介:王青梅(1959-),女,博士,高级工程师,主要从事大气光学方面应用研究*通信联系人:E-Mail:******************已公开发表在《激光与红外》2012.vol42(12)感设备的风场资料。

利用多普勒天气雷达资料对低空急流进行自动识别

利用多普勒天气雷达资料对低空急流进行自动识别

利用多普勒天气雷达资料对低空急流进行自动识别作者:章晗黄健赵玉梅来源:《科技视界》2013年第02期【摘要】本文在结合研究有关低空急流的特征和雷达探测资料的特性的基础上,先进行多普勒天气雷达径向速度预处理,再建立低空急流的速度图像模型,从而得到对低空急流进行自动识别条件。

【关键词】多普勒天气雷达;低空急流;速度梯度公式0 引言低空急流与暴雨有着非常密切的关系。

据统计在江淮梅雨期有70%以上的天数出现低空急流,其中79%的低空急流伴有暴雨,反之83%的暴雨伴有低空急流。

其他地区的统计结果大致相同。

绝大部分暴雨发生在低空急流的左侧200公里以内,其中多数又降落在低空急流的中心的左前方[1]。

郁淑华[2]对华南、湖南的低空急流的研究表明,多数低空急流出现在暴雨发生之前,少数在暴雨之后,或与暴雨同时出现,也有一部分暴雨与急流无关。

任敏[3]统计指出,长江中下游地区5~9月份都有低空急流出现,随着副热带高压的季节性北抬,急流逐渐向北推进,6~7月移至30°N附近,与长江流域梅雨期相对应。

所以雷达监测低空急流的研究对提高暴雨预报是具有重要意义的。

本文所讨论的低空急流为西南低空急流。

1 低空急流的特征1.1 低空急流的定义我国学者在研究中国低空急流时一般将其定义为,600hpa以下的大气低层某一层等压面上(指700hpa,850hpa,925hpa)在某一区域内存在的风速达到某一标准的强风带(最常用的风速标准是≥12m/s)。

[4-8]一个可供雷达探测分析参考的标准为:急流中心的水平距离≥80km,高度在3000m以下,时间尺度≥2小时,水平风速≥10m/s-1,风向一致的低空强风速区。

这里时间尺度作为一个附加的条件,主要是为了将低空急流与暖切变后的瞬时强风相区别。

此外,低空急流可以越过3km 高度与中空急流相衔接。

[9]1.2 低空急流的结构特征有关低空急流的结构有不少分析研究[4-7],这里从以下几个方面来介绍低空急流的结构特征:1)低空急流附近的垂直运动特征钱维宏[4]认为急流中心的左侧有一正切变涡度中心,右侧有一负切变涡度中心,则在急流中心的左前方有正的涡度平流,左后方有负的涡度平流,急流中心的左方有负的涡度平流,右后方有正的涡度平流,由此得到,急流轴附近由于涡度平流引起的垂直运动在急流中心的左侧上升运动最强,急流中心的右前方也可出现上升运动,唯有急流中心的右后方是下沉运动区。

多普勒天气雷达和TCFM导风资料同化在个例分析中的应用研究的开题报告

多普勒天气雷达和TCFM导风资料同化在个例分析中的应用研究的开题报告

多普勒天气雷达和TCFM导风资料同化在个例分析中的应用研究的开题报告一、研究背景随着气象科学的不断进步和技术的发展,现代气象预报已经进入了大数据和集合预报时代。

天气雷达和导风资料是气象观测中最重要的两个手段,它们能够提供有关下垫面和大气的信息。

但是,由于观测精度和空间覆盖率的局限,天气雷达和导风资料在气象预报中的应用仍然存在着一些问题。

因此,将这两种观测资料进行同化,以提高大气及其衍生变量的表示精度,已成为近年来气象预报研究的热点。

二、研究目的本研究旨在探讨多普勒天气雷达和TCFM导风资料同化在个例分析中的应用,并提高预报的准确性。

具体目标如下:1. 了解多普勒天气雷达和TCFM导风资料同化的基本原理和方法。

2. 收集相应的观测数据,并对其进行预处理。

3. 利用同化方法将多普勒天气雷达和TCFM导风资料相结合,获得高分辨率、高质量的预报结果。

4. 对比同化前后的预报结果,分析同化效果和影响因素。

5. 对研究结果进行总结和讨论,提出相应的建议和改进方案。

三、研究内容1. 多普勒天气雷达和TCFM导风资料同化的原理和方法。

2. 数据采集和预处理。

3. 同化方法的建立和优化。

4. 同化实验设计和结果分析。

5. 结果总结和讨论。

四、研究方案1. 收集多普勒天气雷达和TCFM导风资料,建立数据集。

2. 对数据进行质量控制和预处理。

3. 尝试不同的同化方法,并对比其效果。

4. 为了更好地观察同化效果,可以选取具有明显天气系统特征的案例进行研究。

5. 对比同化前后的预报结果,评估同化方法效果,分析影响因素和改进方案。

五、预期成果1. 对多普勒天气雷达和TCFM导风资料同化方法的优化提出建议。

2. 建立可行的多普勒天气雷达和TCFM导风资料同化方法。

3. 实验结果显示多普勒天气雷达和TCFM导风资料同化在个例分析中对预报精度提高的效果。

4. 撰写一篇关于多普勒天气雷达和TCFM导风资料同化在个例分析中的应用研究的论文。

地面辐合线演变与多尺度天气过程的相互作用分析

地面辐合线演变与多尺度天气过程的相互作用分析

地面辐合线演变与多尺度天气过程的相互作用分析车军辉;郭红艳;史茜;马丽【摘要】利用自动气象站、多普勒雷达和探空资料,对2012年7月4日山东半岛地区一次复杂天气背景下的地面辐合线演变过程及其与不同尺度天气过程的相互作用进行分析.结果表明:(1)3次天气尺度过程同地面辐合线发展演变关系密切,地面辐合线起源于渤海对流天气过程所产生的出流边界,辐合线深入内地成为鲁西北对流天气过程的触发系统,鲁西北对流过程和鲁南区域降水过程的产生又促使地面辐合线加强并转向北运动;(2)2次海陆和山谷局地热力环流过程促使地面辐合线南移发展;(3)风暴尺度对流过程与地面辐合线直接作用,首先地面辐合线与对流风暴的阵风锋对应,其次对流系统内多单体在地面辐合线的作用下整体向下游离散传播,而多单体的传播又造成雨带的快速移动.%By using high spatial and temporal resolution reanalysis products based on the ground stations,automatic weather stations and sounding data,as well as Doppler radar data,the interaction between surface convergence lines and multi-scale weather processes on 4 July 2012 was analyzed.The results are as follows:(1) The three synoptic scale processes were closely related with the surface convergence lines.On the one hand,the surface convergence lines originated from the outflow boundary created by convection process over Bohai,and then they moved towards the mainland and became the trigger mechanism of convection process over northwest area of Shandong.On the other hand,the occurrence of convection process over northwest area and regional precipitation process in south region of Shandong strengthened the surface convergence lines and pushed themnorthward.(2) The land-sea wind and the mountain-valley local circulation strengthened the surface convergence lines and pushed them southward.(3) Storm convection process and the surface convergence lines had a direct interaction.Firstly,the surface convergence lines corresponded to the gust fronts.Secondly,multi-cells of convection systems propagated downstream,which caused the fast moving of the rain belt.【期刊名称】《干旱气象》【年(卷),期】2017(035)001【总页数】9页(P91-99)【关键词】中尺度辐合线;海陆环流;山谷环流;中尺度雨团;传播【作者】车军辉;郭红艳;史茜;马丽【作者单位】山东省气象科学研究所,山东济南 250031;山东省济宁市气象局,山东济宁 272000;山东省气象台,山东济南 250031;山东省济宁市气象局,山东济宁272000【正文语种】中文【中图分类】P458.3非均匀下垫面的热力和动力作用常会造成大气边界层辐合线的发生和发展。

多普勒天气雷达风场资料的分析和应用PPT共56页

多普勒天气雷达风场资料的分析和应用PPT共56页
文 家 。汉 族 ,东 晋 浔阳 柴桑 人 (今 江西 九江 ) 。曾 做过 几 年小 官, 后辞 官 回家 ,从 此 隐居 ,田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材, 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
25、学习是劳动,是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢!
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21、要知道对好事的称颂过于夸大,也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤,荒于嬉;行成于思,毁于随。——韩愈
23、一切节省,归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰,决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
多普勒天气雷达风场资料的分析和应 用
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7、翩翩新 来燕,双双入我庐 ,先巢故尚在,相 将还旧居。
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若浮Βιβλιοθήκη 烟。9、 陶渊 明( 约 365年 —427年 ),字 元亮, (又 一说名 潜,字 渊明 )号五 柳先生 ,私 谥“靖 节”, 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散

单部多卜勒天气雷达探测低空风切变方法

单部多卜勒天气雷达探测低空风切变方法

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1 期
胡明宝等: 单部多卜勒天气雷达探测低空风切变方法
115
机场领航员最关心的是飞机所碰到的气流速度变化。 只要把切变值乘上飞机飞行速度就可得 其变化值。 该图一般可直观地看出机场附近存在潜在危险的飞行区域, 并能提前 10~ 15 m in 发出警报。 2. 4 风速和机速随距离的变化率
第 23 卷第 1 期 2000 年 3 月
南京气象学院学报
Jou rna l of N an jing In st itu te of M eteo ro logy
文章编号: 100022022 (2000) 20120113206
V o l. 23 N o. 1 M a r. 2000
单部多卜勒天气雷达探测低空风切变方法3
表 1 下击暴流辐散区中心位置与一维径向、二维复合风切变大值区对照表 T ab le 1 T he cen tra l po sition s of m icrobu rst and the la rge va lue a rea s of
12D (radia l) shea r and 22D (radia l and eleva tion) shea r
图 4 是风速、机速随距离变化率的图象。可以看出, 当飞机由远处向机场呈降落状态时, 平 均风速由负值变化到正值, 说明飞机由弱顺风变成强顶风, 飞机相对大气层的速度增加。 降落
图 3 飞机所遇气流速度变化图 F ig. 3 T he chang e of a irf low velocity p lane f ly ed th roug h by 270 km h

基于仿真雷达图像的低空风切变类型识别研究

基于仿真雷达图像的低空风切变类型识别研究

摘 要 : 采 用基 于小 波 变换提 取纹 理 特征 和 B P神 经 网络 对低 空风 切 变 的 类 型识 别 进行 仿 真 研 究。利用 已有 的仿 真 雷达 数据 生成仿 真 雷达 扫描 图像 , 通过 阈值 分 割提 取风 切 变 区域 , 之后
对其进 行 二层 小波分 解 , 求取 各 子 带 小 波 系数 的均 值 和标 准 差作 为 特 征 向量 。最 后 利 用 B P
S t u d y o n t y p e r e c o g n i t i o n o f l o w- l e v e l wi n d s h e a r b a s e d o n r a d a r i ma g e s i mu l a t i o n
・图像 与信 号处 理 ・
基 于仿 真 雷 达 图像 的低 空 风切 变类 型识 别 研 究
蒋立 辉 , 张春庆 , 熊 兴隆 , 庄 子 波
( 1 . 民航气象研究所 中国民航大学 , 天津 3 0 0 3 0 0; 2 . 智能信号与图像处 理天津 市重点实验室 中国民航大学 , 天津 3 0 0 3 0 0)
第4 3卷 第 3期
2 0 1 3年 3月
激 光 与 红 外
L AS ER & I NFRARED
Vo 1 . 4 3. No. 3 Ma r c h。 201 3
文章编号: 1 0 0 1 — 5 0 7 8 ( 2 0 1 3 ) 0 3 - 0 3 3 4 - 0 5
Ab s t r a c t : S i mu l a t i o n a r e ma d e t o i d e n t i f y d i f f e r e n t t y p e s o f l o w — l e v e l w i n d s h e a  ̄b y e x t r a c t i n g t e x t u r e f e a v e l e t t r a n s f o r m a n d u s i n g BP n e u r a l n e t w o r k . F i st r l y t h e s i mu l a t e d r a d a r s c a n i ma g e s a r e g e n e r a t e d b y u s i n g t h e e x i s t i n g s i mu l a t e d r a d a r d a t a , t h e n t h e w i n d s h e a r r e g i o n s a r e e x t r a c t e d b y t h r e s h o l d s e g me n t a t i o n; Th e f o l l o w i n g s t e p i s t w o l e v e l s w a v e l e t d e c o mp o s i t i o n o n i t ; T h e f e a t u r e v e c t o r s a r e o b t a i n e d f r o m t h e me a n a n d s t a n d a r d d e v i a t i o n o f

利用多普勒天气雷达PPI速度资料分析两种典型风场

利用多普勒天气雷达PPI速度资料分析两种典型风场

利用多普勒天气雷达PPI速度资料分析两种典型风场摘要2005年8月4日6时7分~9时整,受副热带高压减弱影响,8月2日、3日一直位于长江以北的地面弱冷锋南下,850Hpa、700Hpa、500Hpa图中均可见明显切变线形势。

利用714CD多普勒天气雷探测,我们可根据0速度线准确地捕捉到切变线的移动,准确地定位辐合中心,从而预报降水情况。

2005年8月6日5时今年第9号台风“麦沙”在温洲附近登陆,近中心风力13级(40m/s)。

本场受台风外围影响,从地面到高空上下一致偏北气流。

通过分析多普勒速度PPI 图,深入掌握多普勒速度PPI图的生成原理,掌握它的分析方法,并配合我们常用的PPI强度、PPI雨强、PPI谱宽图就可以正确分析中小尺度天气系统。

充分发挥雷达在短时、甚短时天气预报中的优势,为气象预报提供最有力的保障。

关键词PPI速度;0速度线;风场分析1 均匀偏北气流风场分析1.1 关于粒子速度根据多普勒效应公式:∣△f∣=2V/λ。

(△f :多普勒频率,雷达探测到的频率变化;V:粒子速度,λ:粒子散射波长。

)又据抽样原理可知,雷达可以准确测量的最大∣△f∣=雷达重复频率/2。

714CD雷达λ=5.6cm,当我们设定雷达工作频率为1 000Hz时,可以计算雷达可探测最大速度为:V=1000×0.056/4=±14m/s。

需要注意的是,这里的得到的“V”不是真实的三维运动速度,而是粒子运动相对与雷达的径向分量。

一般规定,远离雷达方向的V为正,朝向雷达方向的V为负。

1.2 台风外围近似均匀偏北气流风场特征如图1所示,均匀风场条件下,V0因为正对雷达探测中心其径向分量速度最大V1,V2的径向分量速度小于它本来速度,且越偏离雷达中心,径向分量越小,V3,V4的径向分量为0。

同样,远离雷达方向的速度径向分量也是如此,只是方向相反(正速度)。

经分析,我们可以得到如图2的风场示意图。

气流从负值区吹向正值区,0速度线垂直于风向。

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多普 勒天气 雷达 是探 测大气 风 场 中尺 度结 构 的 重要 手段 。许 多 中尺 度天 气 系统在 多普 勒 径 向 风场
・ 国家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 项 目“ 我 国南 方 致 洪 暴 雨 监 测 与 预 测 的 理 论 和 方 法 研 究 ” ( 2 0 0 4 C B 4 1 8 3 0 5 ) 和 北 京 敏 视 达 雷 达 有 限公 司 课 题“ 低 层 风 场 反 演 系 统 和 边 界 层 辐合 线 / 风切 变 识 别 系 统 研 制 ” 共同资助。
信 息 中都有 其 独 特 的 二维 特 征 结 构 _ 5 J , 利 用 这些 特
引 言
切变 线在气 象上 是专 指具 有气 旋 式切 变 的 风场
征可 以对其 进行 识 别和追 踪 。这 些识 别 和追 踪 技术 的研 究 应 用 正 是 临 近 预 报 技 术 发 展 中 的 重 要 内
等 。辐合 线或 切变 线上也 常会 出现强 对 流或 其 他天
气 现象 。
直时, 辐合 区在 多普 勒 雷 达 上 的显 示 为 速 度 沿 径 向 减小 的区域 , 进 而指 出可 以根 据 沿 径 向 的 最 大 速 度 梯度 区确定 阵风 锋 的位 置 [ 8 - 9 ] 。 在切 变线 的识 别 方 面 , 国 内外 已经 开 展 了一 些 研究 。美 国强 风暴 实验 室研 究 出某 些 阈值 以区别 中
生 和落 区具 有很 好 的指 示 作 用 _ 2 J , 并 且 是 强 单 体合 并 的动 力 因素 。强 对 流 过 程 的 预 报 对 交通 、 大 型 政
系统 , 利用人 工 智 能 的 方法 实现 对 风 切 变 的 自动 识 别_ l 。国 内 , 胡 明宝等 曾利 用 单 多普 勒 雷 达 风场 资 料 探测 低空 风切 变【 他 J 。 目前 国内外 有些 雷达 系统也 已经 提供 了一些 风 切 变产 品 , 可 以得到沿不 同方 向( 径 向、 方位 角、 仰 角) 的风切 变场 _ l 。一般 的算 法 是 先对 资 料 进行 预 处理 , 用线性 内插技术 对 缺测 区进 行 填补 , 然 后再 分
气旋 切 变 与 其 他 切 变 _ l 。 。 ; C a mp b e l l 等 研 制 了 W X1
风 切变包 括 水 平 风 的垂 直 切 变 , 水平 风 的 水平 切变 以及 垂 直 的 风切 变 。许 多研 究 和经 验 表 明 , 中
低 层 的 中尺度 辐合 线或 切变 线 的建 立对 于暴 雨 的发
容L 6 J 。1 9 8 2年 美 国 J A W S( J o i n t A i r p o r t We a t h e r
不连续 线 , 为 我 国 主要 降 水 天 气 系 统 之 一 。 而风 场
上气 流 聚合 的不 连 续 线 , 称 为 辐 合 线 。天 气 系 统
水 回波 与 风 切 变 高 值 区位 置 、 变化趋势一致 ; 垂 直 切 变 能够 提 供 径 向 风 场 的 高 低 层 配 置 信 息 ; 利 用 径 向 速 度 资 料 可
以 实现 对 风 切 变 和辐 合 线 的 自动 识 别 , 为 灾 害性 天气 预 警 、 预 报 提 供 重 要 的客 观 依 据 。 关 键词 : 多普勒天气雷达 ; 径 向速 度 ; 辐 合 线 ;切 变 线
维普资讯
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第 1 8卷 3期 2 0 0 7年 6月
应 用 气 象 学 报
J OURNAL OF APP LI E D METEOROL OGI CAL S CI E NC E
vo1 . 1 8.NO. 3
J u n e 2 0 0 7
S t u d y ) 研究 报告 中证 明 了多普 勒 雷 达 可探 测 微 下 击 暴 流 。Uy e d a 等 和 He r me s 等在 研究 自动识 别 、 追
踪 阵风锋 的方 法 中指 出 , 当 阵 风 锋 与 雷 达 径 向 不 垂
中具 有辐 合 线 或 切 变 线 性 质 的 很 多 , 如飑线 、 锋 面
治、 体育 等 活动 的气 象 保 障 有 重 要 的 意 义 。低 空 风
切变还 是造 成飞 行器 在起 飞或降 落 时发 生 事故 的主 要 原 因 。对 于龙 卷 、 飑 线等 强对 流 云 的发展 和 维 持 ,
低层 风 的垂直切 变也 有很 重要 的作 用[ 3 - 4 1 。
3 ( 陕西省气象台 , 西安 7 1 0 0 1 5 )
( 北 京敏视达雷达有限公司 , 北京 1 0 0 0 8 5 )


该 文 研 究 了利 用 多 普 勒 雷 达 径 向速 度 资 料 识 别低 空 风切 变 和辐 合 线 的 方 法 , 讨 论 了 不 同 的计 算 “ 窗 口” 大 小 对 资 料 预 处 理 效 果 和梯 度 计 算 的影 响 , 并 对 几 次 强 对 流 天气 进 行 识 别 、 分析。结果表 明: 预 处 理 采 取 先 中 值 滤 波 后 滑 动平均 , 选择合适的“ 窗 口” 能 在 有 效 去 除 库 间 脉 动 的 同时 保 持 中尺 度 信 息 ; 经过资料预 处理后 , 从 径 向 速 度 计 算 的 切 变 结 果 与 径 向速 度 中反 映 的 中尺 度 结 构 比较 一 致 , 能 够 从 这 些 资 料 中 自动 提 取 辐 合 和 切 变 的 中尺 度 信 息 ; 强 降
利 用 多普 勒 雷 达 资料 识 别 低 空风 切 变 和 辐 合 线 方 法 研 究
王 楠 ) 2 ) 刘 黎 平2 徐 宝祥2 张建 云4 )
( 中 国气 象 科 学 研 究 院灾 害 天气 国 家重 点 实 验 室 , 北京 1 0 0 0 8 1 ) t ( 北 京 大 学 物 理 学 院大 气 科 学 系 , 北京 1 0 0 8 7 1 )
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