多普勒天气雷达速度图的分析
多普勒天气雷达原理与应用6-雷达探测算法(1)
Oklahoma 发生大冰雹所必须的VIL估计值。
基于单体的VIL
垂直剖面产品
垂直剖面产品包括反射率因子剖面RCS、平 均径向速度剖面VCS和速度谱宽剖面SCS。可在半 径为230公里的雷达覆盖范围内的任意两点间做剖 面。 垂直剖面产品是由如下过程产生的体积产品： 1） 用1km分辨率的基本数据连接所有的仰角扫描； 2）对没有数据的地方用相邻二个仰角的资料垂直插 值， 垂直间隔为0.5km；3）没有从最高或最低仰 角向外外插。 反射率因子剖面和速度剖面产品各有两个， 分别对应于16个和8个数据级，谱宽剖面产品只有 一个。
步骤4 TVS处理：1）检查搜寻范围TPC （threshold search percentage）内所有的中气旋 2D特征；2）如果一个2D特征最大和最小径向速 度间的切变超过阈值TTS，则这个2D特征包含 一个潜在的TVS；3）如果一个3D特征中有2个 或更多的2D特征包含潜在的TVS，则一个TVS 被识别。
表6-7 新的冰雹探测算法HDA的评分 日期 11/02/1992 17/02/1992 25/03/1992 19/04/1992 28/04/1992 28/05/1992 02/06/1992 12/06/1992 09/06/1992 01/09/1989 总体 WT （Jｍ-1s-1） 20 26 63 66 74 97 100 120 126 134 H 16 13 30 16 94 5 3 0 0 40 217 M 1 10 9 12 39 0 3 0 0 20 94 FA 33 11 18 21 32 10 6 5 0 71 207 POD（%） 94 57 77 57 71 100 50 67 70 FAR（%） 67 46 38 59 25 67 67 100 64 49 CSI（%） 32 38 53 31 57 33 25 0 31 42
第五章多普勒速度型的辨认
第五章多普勒速度图基本识别在本章中你将学会：（1）识别径向速度特征的基本原则；（2）速度显示与垂直风廓线之间的关系；（3）如何用这些基本原则解释雷达速度产品。
在解释速度产品时，你必须牢记以下两点：（1）雷达显示的只是沿雷达径向的速度；（2）不正确地退模糊的速度和距离折叠会使速度产品的解释变得困难。
在学完本章后，你应该掌握下列知识：1.在均匀、不均匀、模糊（ambiguous）和复杂的气象条件下解释多普勒速度型。
包括如下几点：a.入流与出流（inbound and outbound flow）；b.与速度值对应的色彩；c.定常风向风速下的速度识别；d.风向风速随高度变化条件下的速度识别；e.速度最大值的识别；f.汇合（confluence ）与发散（diffluence）流型的识别；g.垂直不连续风场的识别；h.边界（boundary 这里指密度不连续面，如锋面等）的识别；i.辐合与辐散流型的识别；j.气旋式和反气旋式旋转流型的识别；k.上面两种流型的任何组合流型的识别。
2. 从均匀和不均匀的水平流型推断垂直风廓线。
3. 利用识别的速度流型估计相应的气象条件。
5．1 识别多普勒速度图的基本知识5．1．1 多普勒速度图象的PPI 显示方式新一代天气雷达是在一系列固定仰角上扫描360︒进行采样的，即在某一个仰角，雷达天线绕垂直轴Z 进行360︒扫描（即PPI 方式扫描），所采集到的是圆锥面上的资料（图5-1）。
在每个仰角上，以雷达为中心，沿着雷达波束向外，径向距离的增加同时也表示距地面的高度增大。
雷达所探测到的任一目标的空间位置(x,y,h) 可根据仰角φ、方位角θ、目标距雷达的倾斜距离r求得，其中测定目标高度h 的公式为：h = h0 + rsinφ+ r2 /（2R m′）式中h0 为雷达天线架设高度，r 为目标的斜距，R m′为等效地球半径。
在标准大气折射情况下，R m′为真实地球半径R 的4/3 倍，约8500 公里。
雷达气象学课件：第八章多普勒天气雷达资料在天气预警预报中
1、回波呈柱状(发展的阶段不同,柱状的高度不同),底 部及地，云顶高度较高，一般>6-7km，最高可达 20km，随季节差异大。 2、在高显上出现异常的高，是虚 假的旁瓣回波，出现此回波说明会 有冰雹云、甚至是大冰雹。 单体对流云内部只有一个强中心,而多单体组成的对流云 降水,往往具有不规则的外形和多个强度中心,强度也不一 定相同；
对流风暴云生命史的各阶段垂直剖面图
对流云风暴云降水生命史的回波特征：
1、积云阶段
PPI：抬高天线仰角才能观测到对流云回波,尺度很小,但边缘较清晰； RHI：回波位于中空,底部不及地,呈米粒状或倒梨状； 2、发展阶段 PPI：回波呈块状,内部结构密实,边缘较清晰,回波尺度和强度迅速增 大； RHI：回波呈柱状,底部及地,高度不断升高,且在接收机上进行衰减后 回波顶高度降落很少 3、成熟阶段 PPI：回波体大,内部结构密实,边缘清晰,局部有些发毛,回波强度很 大； RHI：回波高耸,加衰减后顶高降落很少,强回波区的高度也很高； 4、消散阶段 PPI：初期回波的尺度仍较大,但内部结构松散,边缘发毛,之后强度和 尺度都不断减小； RHI：初期顶高虽仍较高,但加衰减后顶高明显降落,强回波区位于回 波的中下部。之后,高度不断下降,后期显出零摄氏度层亮带。
图：典型单一单体对流云回波 强度图：云体高大，中心强度大 速度图：不同高度上有风切变。
单体风暴云的PPI回波图
多单体风暴云特征
多单体风暴云是强对流 风暴中出现机会最多的 一种，其实质是四个处 在不同发展阶段的对流 单体依序排列的集合体。 右图可看出：
1、外围的黑色波纹线:云的剖面边界，绿色:RHI上多单体风暴 云的回波,红色的强回波区:可能产生冰雹的区域； n+1：淡积云 n：浓积云（发展旺盛） n-1：发展成熟的积云 n-2：开始消亡的积云 2、左边的下沉气流和降水的拖制，可能产生层状云；右边的上 升气流使云不断发展、组织化的垂直运动使对流云的生命史比 单体对流云要长得多。
天气雷达径向速度图上的雹云特征
可靠性和时效 ∀
3 1 雷达多普勒径向速度图像统计
对表 中列举的雹云进行雷达多普勒径向图像
分析统计后得出/ 大风区0 为 次 / 中气旋0为
次 其他分别为 辐合 风速未达到大风区
的
标准 次 气旋性辐合 次 反气旋性辐合 次 ∀
各种雷达多普勒径向图像特征出现时伴随的天气现
象如表 ∀
表 2 北京地区 2001 年和 2002 年出现的 32 块雹云的多普勒径向速度特征分类
际风矢量与雷达扫描径向的夹角越接近于 β则多
普勒径向风速度越小 零径向速度线上的实际风向
与雷达波束垂直 当雷达作 β °° 扫描时 所
采集到的是圆锥面上的资料 在径向距离增加的同
时 距地面的高度也在增加 ∀ 因此 当在探测区域内
风场比较均匀时 出现的一个径向风的大值区 则认
为与这一高度的实际风向 !风速近于相等 ∀ 根据上
多普勒 天 气 雷 达 可 以 探 测 降 水 粒 子 的 径 向 速 度 可了解强风暴的三维动力结构 ∀ 国外从 世纪
年代就开始使用多普勒天气雷达研究强风 暴≈ 2 ∀在国内 葛润生等≈ 利用多普勒天气雷达 资料 对北京地区雹暴气流结构进行了研究 得到不 同于传统的超级单体雹暴中的气流模式 ∀ 近几年随 着多普勒天气雷达的布网 对冰雹等强对流天气系 统的研究正在逐步开展≈ 2 ∀ 北京市气象台曾利用
述多普勒径向速度图像分析的原则 发现有两种多
普勒径向速度图像特征 它们对雹云出现什么样的
天气现象有先期识别的指示意义 ∀
2 2 径向速度图像的/ 大风区0
分析多普勒径向速度图像时发现 冰雹云出现
时经常具有一种/ 大风区0特征 ∀ / 大风区0是指 °°
ς 图像中 风的来向所在象限出现一个多普勒径
天气雷达的基本工作原理和参数-168页文档资料
常规天气雷达仅能提供反射率 因子资料。多普勒天气雷达将提供 两种附加的基本资料，径向速度和 速度谱宽，它们将增强对强风暴的 探测能力，也能改进对中尺度和天 气尺度系统的预报。
体扫模式 (VCP:Volume Cover Pattern） 扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角，
而具体是哪些仰角则由体扫模式来规定。WSR-88D 可有20个不同的VCP，目前只定义了其中的4个： VCP11 -- VCP11（scan strategy #1，version 1） 规定5分钟内对14个具体仰角的扫描方式。 VCP21 -- VCP21（scan strategy #2，version 1） 规定6分钟内对9个具体仰角的扫描方式。 VCP31 --- VCP31 （scan strategy #3，version 1）规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。 VCP32 --- VCP32（scan strategy #3，version 2）确定的10分钟完成的5个具体仰角与VCP31相同。 不同之处在于VCP31使用长雷达脉冲而VCP32使用 短脉冲。 WSR-98D未定义VCP32。
自相干多普勒天气雷达结构框图
全相干多普勒天气雷达结构框图
fo 发射脉冲的载频 fd 多普勒频率
发射频率 Vs 多普勒频移
发射频率 多普勒频移
中国新一代天气雷达系统简介
• 1、雷达数据采集系统（RDA） • 2、雷达产品生成子系统（RPG） • 3、主用户处理器子系统（PUP）
多普勒天气雷达回波识别和分析之降水回波
多普勒天气雷达回波识别和分析之降水回波1.层状云降水雷达回波特征——片状回波层状云是水平尺度远远大于垂直尺度云团，由这种云团所产生的降水称之为稳定性层状云降水。
降水区具有水平范围较大、持续时间较长、强度比拟均匀和持续时间较长等特点。
⑴回波强度特征：①在PPI上，层状云降水回波表现出范围比拟大、呈片状、边缘零散不规那么、强度不大但分布均匀、无明显的强中心等特点。
回波强度一般在20-30dBz，最强的为45dBz。
②在RHI上，层状云降水回波顶部比拟平整，没有明显的对流单体突起，底部及地，强度分布比拟均匀，因此色彩差异比拟小。
一个明显的特征是经常可以看到在其内部有一条与地面大致平行的相对强的回波带。
进一步的观测还发现这条亮带位于大气温度层结0度层以下几百米处。
由于使用早起的模拟天气雷达探测时，回波较强那么显示越亮，因此称之为零度层亮带。
回波高度一般在8公里以下，当然会随着纬度，季节的不同有所变化。
⑵回波径向速度特征：由于层状云降水范围较大，强度与气流相比照拟均匀，因此相应其径向速度分布范围也较大，径向速度等值线分布比拟稀疏，切向梯度不大。
在零径向速度型两侧常分布着范围不大的正、负径向速度中心，另外还常存在着流场辐合或辐散区。
⑶零度层亮带：如前所述，在PPI仰角较高或者RHI扫面时，总能在零度层以下几百米处看到一圈亮环或者亮带回波，亮带内的回波比上下两个层面都强。
由于亮带回波总是伴随层状云降水出现，因此是层状云降水的一个重要特征。
〔零度层亮带形成的原因：冰晶、雪花下落的过程中，通过零度层时，说明开始融化，一方面介电常数增大，另一方面出现碰并聚合作用，使粒子尺寸增大，散射能力增强，所以回波强度增大。
当冰晶雪花完全融化后，迅速变成球形雨滴，受雨滴破裂和降落速度的影响，回波强度减小。
这样就存在一个强回波带，说明层状云降水中存在明显的冰水转换区，也说明层状云降水中气流稳定，无明显的对流活动。
〕2.对流云降水雷达回波特征——块状回波对流云往往对应着阵雨、雷雨、冰雹、大风、暴雨等天气。
新一代天气雷达演示
雷达平均速度图
中尺度（2-20KM）系统的速度图像特征
不是在整个显示屏范围内识别，而是在其中选择一个小区域（包含了整个中尺度系统），将其放大显示。 首先确定所选择的小区域在雷达有效探测范围内的方位及小区域的方向，并近似的认为该小区域在同一高度层上
纯气旋式流场；纯反气旋式流场；纯辐合流场；纯辐散流场；气旋式辐合流场； 气旋式辐散流场；反气旋式辐合流场；反气旋式辐散流场
雷达的导出产品：有30多种。常用的包括组合反射率因子； 垂直累计液态水含量；回波顶；风暴路径信息；冰雹指数；中 气旋；速度方位显示风廓线；1小时累计雨量；3小时累计雨量； 相对风暴径向速度区。
雷达数据质量控制
雷达数据质量控制主要涉及地物杂波抑制；去距离折叠和退速度模糊。
地物杂波：包括固定地物杂波和超折射地物杂波（AP杂波）。
一般雷暴（单个单体雷暴）
单个单体雷暴—在其生命发展史中自始至终只有一个孤立单体的风暴。 水平尺度：5-10km； 生命史：<1小时；雷达回波特征：回波较垂直，单体对称，少移，冰 雹小，灾害小。回波强度相对较弱，回波面积小，发展高度低、生命史较短，上升与下沉气流 无明显的倾斜性，气流结构易受损坏，不易发展强盛。
雷达基本产品反射率因子，平均径向速度和径向速度谱宽三 种基数据。
SA和SB两种雷达，反射率因子基数据沿雷达径向的分 辨率为1km，沿方位角方向的分辨率为1°，即1km*1°，平均 径向速度和速度谱宽基数据的分辨率为0.25km*1°；扫描仰角 从0.5°到19.5°。
SA和SB两种雷达，反射率因子观测范围为460km，径 向速度和谱宽为230km；大部分算法适用的范围位于230km内。 CC和CD型雷达的观测范围只有150km。
在中等到高的CAPE和弱的深层垂直风切变情况下，可以出现的唯 一强风暴是脉冲风暴，其不是一种独立的对流风暴类型，是以多单体风暴 形态出现，含有一个或多个脉冲单体。
雷达气象学之第三章(多普勒天气雷达探测原理和方法)
2、脉冲对处理法（PPP）
在一定假设条件下对每一个距离库内的连 续两个取样值作成对处理．从而获得平均 多普勒频率和频谱宽度。此法优点在于能 实时处理．并且有一定精度，但它不能得 到频率谱。
3、相干记忆滤波器（CMF）处理法
此法只需要一个线路，在不设置距离库的 情况下同时对雷达探测范围内各个距离上 作粗略的谱分析，并能用如PSI(平面切变 线是其)等直接显示出来。但它精度不高；
垂 直 风 廓 线
补充风符号
1.风向杆 表示风的 来向。 2.风羽每 条代表风 速4米/秒， 半条代表2 米/秒，三 角旗代表 20米/秒。
谱 宽
反 射 率
三、影响速度谱宽的气象因子
• 多普勒速度谱宽表征着有效照射体内不同 大小的多普勒速度偏离其平均值的程度， 实际上它是由散射粒子具有不同的径向速 度所引起的。对气象目标物而言，影响速 度谱宽的主要因子有四个：
• 显然，雷达有效照射体中粒子直径的差别 越大，由此造成的多普勒速度谱越宽。
• 因此速度的谱宽实际上也取决于降水粒子 的谱分布。
• 当雷达水平探测时，粒子的下落末速度在 雷达波轴上的径向分量为零，所以它对多 普勒速度谱宽没有任何影响。
• 而当雷达垂直指向探测时，粒子下落末速 度即为径向速度，故由此造成的谱曾宽作 用最大。
• 在实际工作中需要了解的是有效照射体内
平均的多普勒速度和速度谱宽度，根据以
上关系式，并注意到 f 2v 关系式，则平均
多普勒速度
v
,和速度谱方差
2 v
分别为：
v 1 v v dv
Pr
2 v
1 Pr
vv
2
v dv
径向速度谱密度、平均径向速度、径向速度 谱宽三者的关系示意图
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
大 尺 度 连 续 风 场 的 识 别
大尺度不连续风场的识别
中gama尺度（2-20km）流场特征的识别
小 尺 度 风 场 特 征 的 识 别
图4a.2002年5月27日08:55(gmt) 风暴相对速度图0.5仰角 fig.4a May.27.2002 08:55 (gmt) SRM Elev= 0.5deg
16:36 3 July 2007
16:42 3 July 2007
16:48 3 July 2007
16:54 3 July 2007
中尺度气旋（无环境风场）
中尺度气旋叠加南风
中尺度辐散（无环境风场）
中尺度辐散叠加南风
中尺度辐合（靠近雷达）
双中尺度气旋
双中尺度气旋
双中尺度气旋
双中尺ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ气旋
双中尺度气旋
双中尺度辐散
双中尺度辐散
谱宽的分析
• 目前应用很少 • 谱宽有局限性，谱宽值与重复频率和雷达
波长有关。 • 谱宽大表征着湍流强 • 层状云回波中，谱宽相对大的区域表示有
相对较强降水。 • 对流云回波中，谱宽大的区域，表示对流
云中气流比较混乱，有利于对流云的发展。
逆风区
图4d.2002年5月27日08:55(gmt) 风暴相对速度图3.4仰角 fig.4d May.27.2002 08:55 (gmt) SRM Elev= 3.4deg
20070703龙卷风个例
• 16:48在安徽和江苏交界处 • 14人死147人伤
16:30 3 July 2007
速度图的分析
中尺度划分
• 中—γ. (2-20km) • 中— β. (20-200km) • 中— α. (200-2000km)
大尺度连续风场的识别
速度图中，正速度表示目标物运动是离开雷达的 负速度表示目标物运动是朝向雷达的
速度图中，速度值接近0的线，叫零速度线
提供风场信息
图4b. 2002年5月27日08:55(gmt)风暴相对速度图1.5仰角 fig.4b May.27.2002 08:55 (gmt) SRM Elev= 1.5deg
图4c.2002年5月27日08:55(gmt) 风暴相对速度图2.4仰角 fig.4c May.27.2002 08:55 (gmt) SRM Elev= 2.4deg