《雷达气象学》课件:第七章雷达回波识别与分析.ppt
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- 雷达气象学 雷达 气象学 课件 第七 回波 识别 分析
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1、第七章多普勒天气雷达回波的识别和分析本章内容 基本概念 多普勒天气雷达径向速度场分析技术与方法一、多普勒径向速度一、多普勒径向速度的识别与分析的识别与分析 晴空和大面积降水多普勒速度图像分析 对流风暴的多普勒速度图像分析二、几种典型流场和二、几种典型流场和天气系统在天气系统在PPIPPI上的上的径向速度模式分析径向速度模式分析 非气象回波 气象回波非降水回波 气象回波降水回波三、雷达回波的识别三、雷达回波的识别与分析与分析一、多普勒径向速度的识别与分析实际为西风实际为西风各层实际风向的确定方法由多普勒速度图估算各层实际风向方法P276图10.2环境风场多普勒径向速度图各高度层风向假设:风速随高
2、度增加不变化的均匀流场由多普勒速度图估算各层实际风向方法各高度层风向设:当雷达指向零速度带上的点2时,其径向方位是330,则该点的实际风向是 33090,由于邻近的负速度区在其左侧,所以真实的风向应为:330- 90= 240。与此类似,带上点6的径向方位是150,负区在其左侧,真实风向应为150+ 90=240。以此类推,点3、5上的真实风向分别为300- 90=210和120+90=210,点1,7上的真实风向为:0- 90=270和180+ 90=270在地面,雷达站的零速度带是东西向的,所以地面风为南风,风向为180多普勒天气雷达径向速度场分析技术与方法 多普勒零径向速度线特征是否与向
3、径平行平行:平行:在不同高度上的风向相同;平行且通过原点(即测站):平行且通过原点(即测站):从地面到高空的风向完全相同与向径不平行(曲线):与向径不平行(曲线):风向随高度风向随高度发生变化发生变化走向是否有显著折角有显著折角:水平流场中有不同方向气流存在,可能存在锋面、辐合线、槽线等流场配合正负中心的分布情况和回波强度可以分析出天气系统形势。 走向是否与距离圈平行 平行且正负中心沿径向排列平行且正负中心沿径向排列:零径向速度线为辐合线或辐散线。 零线为闭合曲线零线为闭合曲线:不同高度上存在风向辐合,即垂直切变。 * *朝向雷达分量(朝向雷达分量(负)和远离雷达分量()和远离雷达分量(正)分
4、布特征。分布特征。 范围是否大致相同,且关于原点对称范围是否大致相同,且关于原点对称是是:不同高度上水平流场的基本气流一致; 否否:不同高度上水平流场中存在着不同的气流方向,甚至有中小尺度系统存在。多普勒天气雷达径向速度场分析技术与方法 大片正区和负区是否与向径对称大片正区和负区是否与向径对称可以分析锋面和切变线的位置,因为锋面存在时正负中心通常关于向径对称有无紧密相邻的成对强小尺度正负中心有无紧密相邻的成对强小尺度正负中心存在存在 排列较近(2050Km)的强正负中心存在时要注意是否存在强中小尺度系统甚至飑线存在 有无多普勒径向速度等值线密集带存在有无多普勒径向速度等值线密集带存在通常存在锋
5、面或飑线。等值线的走向对于确定锋面、飑线的位置非常重要多普勒天气雷达径向速度场分析技术与方法 强多普勒径向速度梯度带 若成弧状排列,可能存在强辐合带或飑线;若成近似圆形排列,可能存在中尺度气旋。多普勒天气雷达径向速度场分析技术与方法二、几种典型流场和天气系统在 PPI上的径向速度模式分析1、晴空和大面积降水多普勒速度 图像分析2、对流风暴的多普勒速度图像分析设:雷达天线作固定的低仰角探测一均匀流场,则Vf可略去不计,水平风速Vh在水平面上均匀,但随高度增加,风速大小、方向可以有变化。即Vr,Vh,风向均为向径r的函数。sin)(cos)cos()()(0fhRvvv)( cos)(arccos
6、C)(rrVCrVPPIhr值,则上式为:固定的取一系列同特征,令上等径向速度廓线的不为研究)(coscos)()(rrVrVhr(10.1)式)式(10.2)式)式天线所在方位天线所在方位(8.81)式式实际风向实际风向1、晴空和大面积降水多普勒速度图像分析风向不变、风速随高度变化的各种多普勒速度图像分析风向、风速均不随高度变化风向、风速均不随高度变化此时有:)(cos)(arccosrrVCh(10.3)式式由(10.3)式可得:在一定低仰角情况下,当取C值为0,3, 6, 9, 12,即可得到一系列径向线,见下图00cosarccosVC(10.2)式)式0)( r是常值其中00,V0)
7、(VrVh:式得径向速度廓线方程代入)2 .10(图图10.3图图10.4风向不变,风速随高度线性变化风向不变,风速随高度线性变化0)( rrCVrVh10)(此时有:010cos)(arccosrCVC(10.4)增加线性减小)取负值时,风速随高度增加线性增加,取正值时,风速随高度11(CC图图10.6风向不变,风速随高度的增加先增后减风向不变,风速随高度的增加先增后减0)( rrCVrVh10)(此时有rCrCCVrVh20210)()(当 0 r0其中C1,C2为大于零的常数风向不变,风速随高度先增后减,且地面和风向不变,风速随高度先增后减,且地面和最高高度风速均为零最高高度风速均为零一
8、次实测大面积降水的多普勒天气雷达速度回波图一次实测大面积降水的多普勒天气雷达速度回波图距离圈距离圈10km分析:分析:1)零速度带)零速度带近似平直,且近似平直,且通过雷达中心。通过雷达中心。2)排除速度)排除速度模糊,可分析模糊,可分析风向各随高度风向各随高度不变,为东南不变,为东南偏东风。偏东风。3)正负中心)正负中心牛眼分别牛眼分别 位位于于20km,300o方位和方位和20km,120o方方位处,说明风位处,说明风速先增后减,速先增后减,在在20km距离距离相应高度上的相应高度上的风速达极大值,风速达极大值,亦即为先增后亦即为先增后减的转折高度。减的转折高度。风速随高度不变、风向随高度
9、变化的各种多普勒速度图像分析风速随高度的增加不变的多普勒速度回波特征:各色标均收敛于测站中心。风速不变,风向随高度线性地顺转N例:左图中风向由低层西南风随高度顺转为西风(零值带呈S形),有暖平流出现。风向随高度作顺时针转变,多普勒径向速度的零值带呈S形。图图10.8风速不变,风向随高度线性地顺转风向随高度作逆时针转变,多普勒径向速度的零值带呈反S形。例:下图风向由低层东南风随高度逆转为东风,有冷平流出现。图图10.9风速不变,风向随高度增加线性地先顺转后逆转风向风速都随高度变化的多普勒速度图像分析图图10.10风向随高度顺转,风速随高度增加而增加,风向随高度顺转,风速随高度增加而增加,地面风不
10、为零。地面风不为零。一次实测的大面积降水风向随高度变化的多普勒天气一次实测的大面积降水风向随高度变化的多普勒天气雷达速度回波图雷达速度回波图(最大可测半径为(最大可测半径为64km,距离圈距离圈16km仰角仰角3.7o ,最大不模糊范围,最大不模糊范围27.9m/s)1)高度)高度16km范范围以内,零速度围以内,零速度带由近及远逆转,带由近及远逆转,说明说明16km高度高度以下风向随高度以下风向随高度逆转,为冷平流;逆转,为冷平流;2)高度高度16km-33km内,零值内,零值带自近及远地顺带自近及远地顺转,说明相应高转,说明相应高度间隔内风向为度间隔内风向为随高度顺转的暖随高度顺转的暖平流
11、。平流。3)高度)高度16km处处风向切换转折高风向切换转折高度由测高公式计度由测高公式计算得约为算得约为1km.一次实测的风向顺转,风速先增后减多普勒速度回波图一次实测的风向顺转,风速先增后减多普勒速度回波图仰角仰角5o,最大显示距离,最大显示距离40km,距离圈,距离圈10km.分析:分析:1)零速度带呈零速度带呈S2)近距离范围近距离范围(15km以内以内)的的零速度带平直,零速度带平直,呈东北偏北和呈东北偏北和西南偏南走向,西南偏南走向,然后分别顺转,然后分别顺转,到到40km时已分时已分别顺转到接近别顺转到接近90o和和270o方位。方位。说明低层为较说明低层为较均匀的东南偏均匀的东
12、南偏东风,然后随东风,然后随高度的增加,高度的增加,风向逐渐顺转风向逐渐顺转为偏南风。为偏南风。3)牛眼的速度牛眼的速度极值中心高度极值中心高度由测高公式可由测高公式可得得10km附近。附近。风向垂直方向不连续的多普勒速度图像分析风向突变风向突变90o,上下两层风,上下两层风速先增后减图像速先增后减图像图像分析:1)地面:静风2)上下层风向相差90度3)低空为东南风急流中心,风速随高度先增后减;上层为西南风,风速先增后减;但这两个急流的空间分布不均匀,低空东南风急流有辐合。这是因为Toward方向有折叠,而Awary方向没有;高空西南风急流Toward方向折叠了二层,Awary方向折叠了三层,
13、所以有速度的辐散风向突变风向突变180o,上下两层风速先增后减图像,上下两层风速先增后减图像图像分析:1)地面地面:C2)低空低空:东风急流,有水平辐合 (T方向30海里/小时, A方向17海里 /小时)3)高空高空:西风急流,没有明显的辐合、辐散。 (T方向、A方向最大风速为:44海里/小时)实测多普勒速度图像。实测多普勒速度图像。最大距离最大距离50km,仰角仰角3o,距离圈,距离圈10km分析:分析:1.地面风地面风2.低层风低层风3.高层风高层风4.是否牛是否牛眼?眼?5.最大风最大风速的高度速的高度6.风向突风向突变高度:变高度:按测高公按测高公式,式,3o仰仰角和角和5km斜离间隔
14、斜离间隔的高度约的高度约为为0.25km梅雨期多普勒速度回波图。梅雨期多普勒速度回波图。最大距离最大距离150km,仰角,仰角5.1,距离圈,距离圈20km1)15km范围内零范围内零速度带呈西北东速度带呈西北东南走向,尔后急南走向,尔后急剧逆转,到约剧逆转,到约18km距离后的零距离后的零速度带仍接近西速度带仍接近西北东南走向。北东南走向。2)近地面处的低近地面处的低层为东北风,相层为东北风,相应应18km以外的高以外的高度为西南风(排度为西南风(排除速度模糊)。除速度模糊)。3)风向急剧逆转风向急剧逆转的距离间隔约为的距离间隔约为3km,由测高公,由测高公式算得高度间隔式算得高度间隔为为0
15、.26km,说明,说明在在0.26km间隔内间隔内风向变化了风向变化了1804)40km最大速度最大速度值达值达25m/s非均匀水平风场的多普勒速度图像分析图图10.22 a图图10.22 b水平风场不连续的多普勒速度图像分析冷锋的识别(冷锋切变线): 冷锋后一般吹偏北风,冷锋前则吹偏南风.锋前有暖平流,锋后则冷平流.识别冷锋位置的方法:1)零线是否有明显折角,且零线附近等 值线是否密集2)冷锋位于等值线密集带靠近远离速 度中心一侧,并向零线折角方向延伸3)折角位于测站以北,冷锋未过境,折角 位于测站以南,冷锋已过境.图图10.16-2锋面移向测站时速度图解释:(锋面在测站的西北方)1、零值线
16、呈90度的折角 雷达附近零线呈东南-西北走向,所以测站周围吹西南风,风速先增后减,出现两个“牛眼”(急流中心)故低空有西南风急流,“牛眼”中心风速为37海里/小时。2、锋后,根据零线的走势 西北方有一个“牛眼”为趋向雷达方向的西北风,风速随高度先增后减,中心极值为44海里/小时。3、根据风速、风向分析判断它是一条锋面正接近本站。图图10.16锋面位于雷达站上空多普勒速度图像分析:(锋面从西北方向移到雷达站上空)1)零线呈折角,而折角正在测站,地面风速约为20海里/小时2)锋后为西北风,风速随高度增加 锋面从西北方移过雷达站 锋前为西南风、锋后为西北风 在两个风区,风速从地面的20海里/小时增至
17、边缘高度处的约40海里/小时图图10.16-1锋面移过雷达站的多普勒速度图像分析:1)在雷达站的东南方,零线顺时针转变(S形),冷锋前有暖平流,风速随高度增加;2)冷锋后风向随高度逆时针转(反S),风速随高度增加,有冷平流;3)地面:C*预报员可根据前后两幅多普勒速度图大致得到锋面的移动速度,大致估计锋面过境的时间和锋后的风速。向测站移动的向测站移动的中小尺度锋面中小尺度锋面的实测多普勒速度回波图的实测多普勒速度回波图距离圈为距离圈为10km.分析:分析:1)近距离圈,零速度带穿过显示)近距离圈,零速度带穿过显示中心且平直,呈东南西北走向,中心且平直,呈东南西北走向,负距离区在其左下侧,正速度
18、区负距离区在其左下侧,正速度区在其右上侧,说明此处为西南风。在其右上侧,说明此处为西南风。2)在零速度带西北侧约)在零速度带西北侧约20km距距离处突然转向北伸展,且转向零离处突然转向北伸展,且转向零速度带两侧速度径线密集。说明速度带两侧速度径线密集。说明突然转向的零速度线是正负径向突然转向的零速度线是正负径向速度的过渡带,和锋面的位置相速度的过渡带,和锋面的位置相同。同。3)锋面的左侧为负速度区,且其)锋面的左侧为负速度区,且其约约15m/s的速度中心约在的速度中心约在280o方方向,由此可分析到锋后的风向为向,由此可分析到锋后的风向为西北偏西风,风速西北偏西风,风速15m/s。4)根据前后
19、两幅多普勒速度图像,)根据前后两幅多普勒速度图像,预报员可大致得到锋面的移动速预报员可大致得到锋面的移动速度,从而大致估计锋面过境的时度,从而大致估计锋面过境的时间和锋后的风速。间和锋后的风速。2、对流风暴的多普勒速度图像分析对于中小尺度流场系统的多普勒天气雷达速度图像分析采用“显示窗”的方法。设显示窗位于雷达正北120km处,显示窗的尺寸为50km*50km中尺度气旋与反气旋流场及其相应多普勒径向速度图像蓝金模式的气旋速度分布示意图蓝金模式的气旋速度分布示意图气旋环流的速度气旋环流的速度气旋半径气旋半径)1RrrcV()/2RrrcV(RVcRVcRcVRcRrmax2max12max1ma
20、x/V,时,当1)气旋运动关键参数气旋运动关键参数:核半径核半径R的大小和该的大小和该半径处的最大旋转速半径处的最大旋转速度。度。2)从旋转速度为零的从旋转速度为零的气旋中心到气旋中心到R半径范半径范围内,旋转速度围内,旋转速度V随随半径线性增加。半径线性增加。3)在在R范围以外,旋转范围以外,旋转速度与半径成反比递速度与半径成反比递减。减。R:中尺度气旋的核半中尺度气旋的核半径(中气旋的尺度是径(中气旋的尺度是用用R核半径的大小来核半径的大小来衡量的)衡量的)c1,c2为常数。为常数。旋转核区旋转核区从雷达(位于中心)四个不同方向探测到的中尺度气旋多普勒径向速度 图像受环境南风影响的中气旋速
21、度图受环境南风影响的中气旋速度图大气旋中两小气旋中心连线与雷达视线垂直的图像大气旋中两小气旋中心连线与雷达视线垂直的图像大气旋中两小气旋中心连线与雷达视线成大气旋中两小气旋中心连线与雷达视线成45o角时的图像角时的图像一次强风暴(中尺度气旋)的多普勒速度回波图一次强风暴(中尺度气旋)的多普勒速度回波图1)在约)在约58km、20o左右左右方位区域中,有一对正负方位区域中,有一对正负速度中心,基本呈现方位速度中心,基本呈现方位对称,相距约对称,相距约7km2)正负中心的速度值不)正负中心的速度值不同,左侧负速度值约为同,左侧负速度值约为24-32m/s,右侧正中心速,右侧正中心速度值约为度值约为
22、48m/s,中心之间中心之间为值不大的正速度带。为值不大的正速度带。3)此中气旋随后派生出)此中气旋随后派生出二个龙卷风二个龙卷风4)在图中)在图中47km、约、约345o方位区域内存在另一中尺方位区域内存在另一中尺度气旋,相距约度气旋,相距约3km,正,正中心速度中心速度24m/s,负中心速负中心速度度-32m/s,其派生出一个其派生出一个龙卷风。龙卷风。近海台风中心区域的多普勒速度回波图近海台风中心区域的多普勒速度回波图距离圈距离圈50km分析分析1)排除速)排除速度模糊干扰度模糊干扰后,可见在后,可见在45km左右,左右,接近接近60o方位方位区域有一对区域有一对呈现方位对呈现方位对称的
23、正负速称的正负速度中心,相度中心,相距约距约40km,其间有一条其间有一条平直的零速平直的零速度带。度带。2)据蓝金)据蓝金模式,正负模式,正负速度中心间速度中心间距的中点即距的中点即为台风中心为台风中心位置。位置。2010年第三号台风年第三号台风“灿都灿都” 雷达强度回波图雷达强度回波图2009.6.27上午上午1:00香港雷达回波强度图,显示热香港雷达回波强度图,显示热带低气压浪卡正在大亚湾沿岸附近登陆。带低气压浪卡正在大亚湾沿岸附近登陆。中小尺度辐合辐散运动一次实测下击暴流的多普勒速度图像一次实测下击暴流的多普勒速度图像分析:分析:图中西图中西南方向南方向的正负的正负速度中速度中心基本心
24、基本呈距离呈距离圈对称,圈对称,其间明其间明显存在显存在一条零一条零速度带。速度带。辐散辐合中尺度气旋结合的多普勒速度图像分析从雷达(位于中心)不同方向探测到的气旋、反气旋、辐合、辐散多普勒径向速度示意图中尺度气旋中的龙卷涡旋特征(TVS)图像分析TVSTVS雷达速度回波特征雷达速度回波特征1、几乎所有典型龙卷都生成于一个已存在、几乎所有典型龙卷都生成于一个已存在的中尺度气旋中,且主要发生在核区内。的中尺度气旋中,且主要发生在核区内。2、除最大的和最近的龙卷外,其它龙卷的尺除最大的和最近的龙卷外,其它龙卷的尺度都小于雷达的波束宽度,因此,龙卷巨大度都小于雷达的波束宽度,因此,龙卷巨大的转动速度
25、在雷达波束内被完全平滑掉了。的转动速度在雷达波束内被完全平滑掉了。相应的龙卷涡旋特征(相应的龙卷涡旋特征(TVS)TVS)的多普勒速度不的多普勒速度不能反映出龙卷的范围和大小,只能反应出存能反映出龙卷的范围和大小,只能反应出存在在TVSTVS而不能完全确定有龙卷风产生,但可以而不能完全确定有龙卷风产生,但可以肯定存在较严重的灾害性天气。肯定存在较严重的灾害性天气。3、TVS的一个不变的特征是正负径向速的一个不变的特征是正负径向速度峰值正好相距一个波束宽度。度峰值正好相距一个波束宽度。TVS位于气旋中心的图像位于气旋中心的图像TVS位于气旋中心东北位于气旋中心东北4.5km处处雷达波束穿过气旋中
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