强对流天气临近预报-风廓线和雷电资料分析应用课件.ppt

1、2022-12-2112022-12-21短临预报中雷达技术的应用12022-12-21天气雷达技术及在气象保障中的应用1 -风廓线和雷电资料分析应用风廓线和雷电资料分析应用强对流天气临近预报强对流天气临近预报2022-12-2122022-12-212内容一、多普勒天气雷达应用基础二、对流性天气的环流背景四、雷暴分类和回波应用三、雷达主要产品和算法介绍五、风廓线和雷电资料的应用2022-12-2132022-12-213四、风廓线和雷电资料分析应用2022-12-2142022-12-214（一）风廓线天气雷达资料应用研究探测原理探测原理主要产品主要产品 资料应用资料应用 2022-12-2

2、152022-12-215 风廓线雷达检测大气中由于温压湿不均匀气团中的湍流混合引起的密度脉动湍流混合引起的密度脉动，这种折射指数的脉动就被用来作为表征空气平均速度的追踪目标。当发射一束电波时，由于温湿的湍流脉动，大气折射指数存在相应的涨落，雷达波束的电磁波信号将被散射，其中向后散射的部分将产生一定功率的回波信号，这种信号为晴空散射晴空散射。由于散射气团随风漂移，沿雷达波束径向风速分量大小将导致回波信号产生多普勒频移，测定回波信号的频移值可以计算出某一层大气沿雷达波束径向的风速分量值。（一）风廓线雷达探测原理1、大气湍流散射风廓线雷达探测原理风廓线雷达探测原理2022-12-2162022-1

3、2-216 能够形成晴空回波散射机制的一个必要条件必要条件是探测区域的湍流尺度等于二分之一的电磁波波长。由于大气的湍流尺度随高度增加，不同探测高度的风廓线仪要采用不同的电磁波波长。风廓线仪通常使用电磁波频率如表12022-12-2172022-12-217 通常采用五波束体制，有北、通常采用五波束体制，有北、东、南、西四个倾斜方向和一东、南、西四个倾斜方向和一个垂直方向，顺序向空中发射个垂直方向，顺序向空中发射电磁波。倾斜波束的倾角从电磁波。倾斜波束的倾角从1010到到2020不等。不等。由接收机接收大气湍流回波，由接收机接收大气湍流回波，根据回波的多普勒频移值得到根据回波的多普勒频移值得到不

4、同方向上大气运动速度的信不同方向上大气运动速度的信息，然后合成风向风速。息，然后合成风向风速。2、风廓线仪的基本工作机理2022-12-2182022-12-218 由三个波束即可计算出风向风速。设风矢量沿正由三个波束即可计算出风向风速。设风矢量沿正东、正北和铅垂方向的分量为东、正北和铅垂方向的分量为 、和和 ，矢量沿偏东、偏北和铅垂三波束上的投影，各向矢量沿偏东、偏北和铅垂三波束上的投影，各向速度分量计算公式为：速度分量计算公式为：dRddNRNdEREUUUUUUUUcossincossinEUNUDU2、风的计算2022-12-2192022-12-219 径向速度以朝向天线运动为正，矢

5、量的分量取正径向速度以朝向天线运动为正，矢量的分量取正值代表风来向。水平风速值代表风来向。水平风速 、风向、风向由由 、导出：导出：221tanNEHNEUUVUUHVEUNU垂直波束的径向速度URd与大气垂直速度一致。2022-12-21102022-12-2110由于倾斜波束偏离垂直的角度较小，取其水平分量的误差较大，因此，垂直波束的测量误差要小于水平分量的误差，即风廓线雷达最适于大气垂直气流的测量EastNorthWestSouthZenithVERTICALEASTRadar BeamsEquipment ShelterGPS Water VaporAntennaSurfaceObse

6、rvingSystemWind Profiler Radar AntennaRASS TemperatureSounder7.50 km16.25 kmLOWMODEHeightResolution250 mResolution900 mHIGHMODENORTH9.25 km7.50 km0.50 kmHeights Measured2022-12-21112022-12-21113、风廓线仪测风的分层高度 风廓线仪可采用不同的模式工作，由发射脉冲宽度确定测风的分层高度。边界层、对流层和平流层风廓线仪有不同的分层高度。如某对流层风廓线仪的三种工作模式对应的脉冲宽度分别是0.5s、2s、10s

7、。1s电磁波传输了300m的距离，则低、中、高模式的体平均值分别为75m、300m和1500m。表明每种模式分别对应厚度风的平均值。如图所示。2022-12-21122022-12-2112即使是边界层风廓线雷达其风层高度也不会小于50米。即风廓线雷达测量的也是某一层空气厚度的风向风速平均值。不是瞬时值。2022-12-21132022-12-21134、风廓线仪所测风向风速廓线风廓线仪所测风向风速通常用气象业务应用的风羽图表示。所用符号与气象用风向风速符号相同，有时为了区别风的大小以不同颜色表示。2022-12-21142022-12-2114 以斜波束倾斜15为例，各个波束中心距垂直波束间

8、的距离见列表。由风廓线线仪的工作波长可知，任何高度，五个波束在相同时间的一次采样都不是针对一个湍流气团的。由湍流尺度为波长的二分之一可知，湍流尺度在厘米量级。5、风廓线仪所测风向风速的特性2022-12-21152022-12-2115 1)所测风的采样空间是固定的，分层高度是固定的。2)每层的风向风速都是用风南北和东西矢量合成的。包含了一层内所有的细节。中间的每个位置的湍流运动信息对平均值都有贡献。3)必须取较长时间的平均值，不可能得到瞬时值。4)风廓线雷达测量的原理就是利用小尺度湍流的运动信息，得多大气大范围平流的运动数据。为此必须用时间的积累消除小尺度湍流的影响。风廓线雷达的平均时间尺度

9、至少不少于6分钟，有时可达一小时，才能得到有规律的大气平流的运动信息风廓线仪所测风向风速的基本特性2022-12-21162022-12-21166、相控阵风廓线雷达与多普勒天气雷达异同（1）测量目标风廓线雷达：测量范围从近地面层一直到对流层顶甚至更高的大气层。它检测大气中的密度脉动。探测晴空目标。多普勒天气雷达：探测空气中降水质点的运动和强度。（2）测速原理：均应用多普勒效应。（3）频段风廓线雷达：一般在40-3000MHz。多普勒天气雷达：中间频段，在1000-12000 MHz。2022-12-21172022-12-2117（4）天线风廓线雷达天线为多个探测单元组成的天线阵列，天线不动

10、，依靠每一个天线单元发射的脉冲的相位的变化改变发射波束的指向。一般为5个方向。多普勒天气雷达天线转动仰角的变化范围是从-1.0度到60度（CINRAD WSR98-D是从-1.2度到90.2度）（5）基本产品风廓线雷达：为5波束多普勒谱密度函数谱密度函数、平均回波平均回波功率功率、平均径向速度平均径向速度、速度谱宽速度谱宽，从而得到垂直廓线的水平风、垂直速度、谱宽、大气折射指数湍流结构函数和信噪比等数据。多普勒天气雷达：PPI平面或体扫的回波功率、径向速度、速度谱宽数据。2022-12-21182022-12-2118 国产风廓线雷达有边界层风廓线雷达边界层风廓线雷达、对流层风廓线雷达和平流层

11、风廓线雷达。对流层风廓线雷达又根据探测最大高度不同分为两种，最大探测高度为8000米的为低对流层风廓线雷达，另一种的最大探测高度可达12000米。边界层风廓线雷达边界层风廓线雷达最大探测高度通常为3000米。平流层风廓线雷达平流层风廓线雷达最大探测高度可达20000米。主要天线形式：平面相控阵天线、抛物面天线。风廓线雷达类型和基本产品2022-12-21192022-12-21191.边界层风廓线雷达2022-12-21202022-12-2120LLX06型气象雷达探测系统（大桥厂）和airda3000（爱尔达公司）3公里高度CFL-03B边界层风廓线仪3公里高度（23所）2022-12-2

12、1212022-12-2121CLC-8L波段边界层风廓线仪（14所）3公里高度SCRTWP-01型对流层风廓线仪和K/LLX802型边界层风廓线仪（38所）3公里高度2022-12-21222022-12-2122GLC-24型对流层风廓线仪68公里（14所）CFL-16型对流层风廓线仪1216公里（23所）2.对流层风廓线雷达2022-12-21232022-12-2123对流层风廓线雷达2022-12-21242022-12-21243.平流层风廓线雷达2022-12-21252022-12-21254、基本要素在均匀风的假定下,利用东南西北四波束(在五波束观测时)方向的径向速度计算出水

13、平风，单位 m/s显示方式 时间-高度风羽、等值线,矢量箭头,色块（1）水平风2022-12-21262022-12-2126风羽图2022-12-21272022-12-2127（2）垂直速度 垂直波束方向的速度，空气雨滴 或（五波束）径向速度的合成 单位 m/s 定义垂直速度向上为正（国外有时向下为正）空中垂直风+粒子降落的综合速度。判断空中是否存在降水。大气中垂直热交换的程度，判断对流发展强弱2022-12-21282022-12-2128垂直气流2022-12-21292022-12-2129（3 3）谱宽谱宽直接反映湍流强度(同 DOPPLER WEATHER RADAR)2022-

14、12-21302022-12-2130（4）信噪比 风廓线雷达获得的信号噪音比，单位 dB 可以大概的估算降水的强度和类型2022-12-21312022-12-2131信噪比的使用 信噪比是风廓线雷达获得的信号噪音比,与Doppler 天气雷达的回波强度有区别区别 风廓线雷达 多普勒天气雷达单位 dB dBZ标定 未标定 有降水关系 无确定数值 有关系式2022-12-21322022-12-2132（5）大气折射指数湍流结构函数 Cn2表征大气折射率强弱起伏常用的指标,反映大气折射率脉,雷达数据获取率需要高的大气折射指数 23/422MLCn20L式中为一通用常数，取值为2.80；为与涡动

15、粘性系数相联系的比值，与大气稳定度有关，对大气中、上层可取1；为大气湍流涡旋的主尺度；M 为折射指数的垂直梯度：2022-12-21332022-12-2133lglglg211 500.151lg10*6.776zzqTqzTpM式中p为大气压力，T为绝对温度，q和分别为比湿和位温。中性层结并保持干燥的大气层，值将降至极低 2nC2022-12-21342022-12-2134大气折射指数湍流结构函数2022-12-21352022-12-2135（6）功率谱2022-12-21362022-12-21362022-12-21372022-12-2137垂直气流叠加风羽图2022-12-21

16、382022-12-2138实时风羽图实时风羽图（7）典型图例2022-12-21392022-12-2139半小时风羽图半小时风羽图2022-12-21402022-12-2140一小时风羽图一小时风羽图2022-12-21412022-12-2141指定高度层风指定高度层风2022-12-21422022-12-2142合成风合成风2022-12-21432022-12-2143风报表风报表2022-12-21442022-12-2144 高度分辨率高度分辨率 垂直方向上的分辨率-雷达发射的脉冲宽度 h=C*，其中，C为光速，为脉冲宽度。数据探测精度低空发射脉冲宽度为0.33微秒，探测库长

17、为50米；高空发射脉冲宽度会增加，探测库长也会加大。低模态 50m；高模态 75m(0.5us)，100m（0.66us）、200 m（1.32us）、400m(2.64us）；混合模式 2022-12-21452022-12-2145 时间分辨率时间分辨率发射脉冲的重复周期；最大探测高度；累积点数；方向转换。2 min (相控阵)；6 min(机械转动)在风廓线雷达的显示软件上，测的风廓线是每2分钟或5分钟一组数据但实际上，10分钟或15分钟(相控阵)的滑动平均。(机械天线更长)2022-12-21462022-12-2146 最低探测高度最低探测高度两方面制约：a）脉冲宽度，b）相控阵雷达

18、形成平面波需要的高度。相控阵雷达的最低探测高度等于雷达探测距离库长，即Rmin=*C/2。形成平面波需要的高度：与平面天线阵列的口径有关。设平面天线阵列的口径为D，雷达波长，则Rmin2D2/。2022-12-21472022-12-2147 最高探测高度最高探测高度 相控阵雷达的最高探测高度Rmax理论上仅与雷达的脉冲重复频率有关。即：其中C为光速，PRF为脉冲重复频率。PRFcR2max2022-12-21482022-12-2148风廓线雷达资料应用传统测风方法，在计算层内的大气波动被掩盖。采用线性内插法，风向风速分别计算割断了风向风速间的联系。风是一个矢量，一切运算要遵循矢量计算的法则

19、。传统的气球测风方法在大多数情况下测量的不是测站上空的数据，空中风速越大距离越远。1、与传统测风的区别2022-12-21492022-12-2149 风廓线雷达所测风向风速在一规定层内利用了所有的湍流运动信息。风向风速的计算是用矢量合成的，其平均值包含了规定层内所有的气流变化的信息。风廓线雷达对风向风速的平均尺度是可以变化的。在滑动平均的情况下可能有相位的滞后。由此造成所测风的变化与实际风的变化不一致。风廓线雷达能够测量大气垂直气流的变化，并且误差比水平方向上要小。传统的气球测风不可能得到大气垂直气流的数据。2022-12-21502022-12-2150从风的随时间连续变化中，可以得到风向

20、风速演变的信息，这是传统测风方法不能做到的。可以用于风切变的判断，对短期天气预报特别有用。如下图可以看出空中风切变的情况2 2、资料数据的应用2022-12-21512022-12-2151 可以利用风廓线仪的分层数据代替传统的测风数据，用于气象勤务保障，例如提供弹道风。但必须注意与传统测风的区别。由于目前的所有应用的数学模型都建立在传统测风的基础上，在应用风廓线仪的测风资料时必须注意进行修正。2022-12-21522022-12-21522、风的分析（1）锋面和风切变监测1990年年8月后倾冷锋月后倾冷锋1990年年8月月1日日3日风廓线图（日风廓线图（010km）8月1日08时，北京高空

21、槽前，整层西南风。8月2日08时，850、700hPa槽移过北京，风向西北。500hPa以上仍处在槽前;20时500hPa高空槽移过北京，高空偏西风，200hPa为西南风。8月3日08时，300hPa以下均为西北风。8月3日09时整层转变为西北风，高空槽移过本站。2022-12-21532022-12-2153（2）低空急流和行星边界层风场的监测 20072007年年7 7月月2323日风廓线日风廓线雷达测得的水平风场雷达测得的水平风场 2007年7月23日肥东实况 2022-12-21542022-12-21短临预报中雷达技术的应用541998年6月9日香港风廓线雷达每10分钟的风廓线资料。

22、图中横坐标时间，纵坐标高度，范围1681844m，m边界层有切变，边界层有切变，具有中小尺度特具有中小尺度特征。征。（3）天气系统短时变化的监测2022-12-21552022-12-2155 3、降水的监测 存在降水时,垂直速度明显增加。在降水情况下，风廓线雷达探测到约小于-4米/秒的负垂直速度反映了降水的开始和结束，且垂直速度越小降水越强(定义垂直速度向上为正)垂直速度垂直速度2022-12-21562022-12-2156 下沉气流 实况实况:6时时30分有零星雪花出现，分有零星雪花出现，7时时08分降雪开始增大（雪花较大，且比较分降雪开始增大（雪花较大，且比较密，能见度也开始降低）密，

23、能见度也开始降低）2022-12-21572022-12-21短临预报中雷达技术的应用57存在降水时,信噪比明显增加 信噪比信噪比2022-12-21582022-12-2158横坐标时间，纵坐标高度，横坐标时间，纵坐标高度，垂直速度向上为正垂直速度向上为正 垂直速度凌晨2点半到6点半的4个小时内出现小于-4米/秒的负速度，最小负速度出现在3点到5点之间，小于-6米/秒。青浦气象站当天的观测事实:从02点开始下小雨，到6点25分雨量超过40毫米。信号噪声比信号噪声比19991999年年9 9月月6 6日强对流天气过程日强对流天气过程2022-12-21592022-12-21594、湍流监测空

24、中湍流边界层高度 :边界层内湍流强,边界层上湍流弱;边界层顶 Cn2 强出现极值.返回2022-12-21602022-12-2160大风天气风羽大风天气原始功率谱沙河机场晴天大风观测典型应用2022-12-21612022-12-2161当阳地形风 当阳由于地形关系，每天早晨近地面（300m高度以下）基本为偏北风，中午10点到12点之间，风向转为偏南风，雷达探测结果和实况完全符合。当阳机场地形风观测5、典型应用2022-12-21622022-12-2162低空东北风，高空偏南风，在1000米高度附近有一风向切变 风切变西郊机场风切变观测典型应用2022-12-21632022-12-216

25、3在1500-2000米高度上有一风向过渡带 风切变兴宁机场风切变风观测典型应用2022-12-21642022-12-2164杨村机场低空急流典型应用2022-12-21652022-12-2165晴空时的中波束谱和垂直速度晴空时的中波束谱和垂直速度降雨时的中波束谱和垂直速度降雨时的中波束谱和垂直速度垂垂直直波波束束观观测测降降雨雨典型应用2022-12-21662022-12-2166800m高度层发生辐散 兴城机场900m切变现象典型应用2022-12-21672022-12-21671700m高度层发生辐合 三亚机场1700m切变现象典型应用2022-12-21682022-12-21

26、68辐合高度的变化福州机场2000m小槽、500-1000m偏北风逐渐减弱现象典型应用2022-12-21692022-12-2169低空辐散,高空辐合武夷山机场750m和1650m风切变现象典型应用2022-12-21702022-12-2170暖平流，低空辐合衢州机场暖平流过程典型应用2022-12-21712022-12-2171温度层流:冷平流西郊机场冷平流过程典型应用2022-12-21722022-12-2172汕头机场强降水中暖平流过程典型应用2022-12-21732022-12-21短临预报中雷达技术的应用73冷锋和暖锋相遇,产生较强的降水,锋面处风向发生切变锋面产生的切变沧

27、州机场锋面过程典型应用2022-12-21742022-12-2174 降水开始时的垂直气流图降水开始时的垂直气流图 降水结束时的垂直气流图降水结束时的垂直气流图在在3131次降次降水中，水中，2727次准确，次准确，3 3次基本次基本准确，准确，具有很好具有很好的对应关的对应关系。系。雷雨开始时的垂直气流图雷雨开始时的垂直气流图 少云时的垂直气流图少云时的垂直气流图典型应用2022-12-21752022-12-21751010月月2 2日低空急流显示日低空急流显示 1010月月2 2日一次低空急流在不同资料上的显示。日一次低空急流在不同资料上的显示。806806雷雷达在达在0202时、时、

28、0808时、时、2020时时40040020002000米高度均存在急流，米高度均存在急流，最大风速分别为最大风速分别为1414、2121和和1818米米/秒。秒。典型应用2022-12-21762022-12-21短临预报中雷达技术的应用76 1010月月2 2日风报表日风报表 1010月月2 2日日850850百帕天气图百帕天气图22米米/秒秒20米米/秒秒典型应用2022-12-21772022-12-21短临预报中雷达技术的应用77 1010月月1313日风羽图日风羽图 1010月月1313日日2020时时850850槽线过境图槽线过境图 1010月月1313日日2020时，低空均为槽

29、前西南时，低空均为槽前西南气流，在气流，在1200120020002000米高度层有一气流米高度层有一气流转换过程，由西南气流转为西北气流，转换过程，由西南气流转为西北气流，与同日与同日2020时时850850百帕高空槽线过境实况百帕高空槽线过境实况有很好的一致性。有很好的一致性。监测低、高空槽线过境典型应用2022-12-21782022-12-2178 9 9月月7 7日风羽图日风羽图 9 9月月7 7日日8 8时时500500百帕图（西北转西南）百帕图（西北转西南）9 9月月7 7日，衢州上空有高压环流东移。日，衢州上空有高压环流东移。00-1000-10时，时，806806雷达在雷达在

30、4000-70004000-7000米高度均为西北气流，米高度均为西北气流，1111时以后转为西南气流，且西南风逐渐增大；时以后转为西南气流，且西南风逐渐增大；对应对应500500百帕高空图，可以看出本场正处在高百帕高空图，可以看出本场正处在高压前部，压前部，0808时为西北气流，随着高压东移，本时为西北气流，随着高压东移，本场场500500百帕上空转为高压后部西南气流。百帕上空转为高压后部西南气流。典型应用2022-12-21792022-12-21短临预报中雷达技术的应用79 风羽图上近地面风变化与冷空气过境风羽图上近地面风变化与冷空气过境 20112011年年1010月月2424日上午，

31、衢州机场有冷空气过境。从日上午，衢州机场有冷空气过境。从806806雷达的监测情况看，雷达的监测情况看，1010时时3030分前，从地面到高空都是弱偏西气流，分前，从地面到高空都是弱偏西气流，1010时时4242分起，地面风向转为偏北气分起，地面风向转为偏北气流，风向随高度逆转，冷平流增强，流，风向随高度逆转，冷平流增强，1111时后西北风维持，判定冷锋已经过境。从时后西北风维持，判定冷锋已经过境。从天气实况证实，天气实况证实，1010时时5555分起，本场出现锋后降水，风速从分起，本场出现锋后降水，风速从0909时前的静风或微风逐时前的静风或微风逐渐增大到渐增大到6 6米米/秒的东北风。秒的

32、东北风。由此说明，对于冷空气过境的监测，由此说明，对于冷空气过境的监测，806806雷达具有很雷达具有很强的时空分辨能力。强的时空分辨能力。20112011年年1010月月2424日上午，衢州机场有冷空气过境。从日上午，衢州机场有冷空气过境。从806806雷达的监测情况看，雷达的监测情况看，1010时时3030分前，从地面到高空都是弱偏西气流，分前，从地面到高空都是弱偏西气流，1010时时4242分起，地面风向转为偏北气分起，地面风向转为偏北气流，风向随高度逆转，冷平流增强，流，风向随高度逆转，冷平流增强，1111时后西北风维持，判定冷锋已经过境。从时后西北风维持，判定冷锋已经过境。从天气实况

33、证实，天气实况证实，1010时时5555分起，本场出现锋后降水，风速从分起，本场出现锋后降水，风速从0909时前的静风或微风逐时前的静风或微风逐渐增大到渐增大到6 6米米/秒的东北风。秒的东北风。典型应用2022-12-21802022-12-21短临预报中雷达技术的应用80 8 8月月3030日日0808时时500500百帕高空图百帕高空图 8 8月月3030日日0808时时850850百帕高空图百帕高空图东南风东南风12米米/秒秒东北风东北风18米米/秒秒 8 8月月3030日日0808时时500500百帕高空图百帕高空图 8 8月月3030日日0808时时850850百帕高空图百帕高空图

34、 8 8月月3030日风羽图日风羽图 8 8月月3030日，衢州机场受热带风暴日，衢州机场受热带风暴“南玛都南玛都”外围影响。外围影响。806806雷达监测到雷达监测到4000-60004000-6000米高度为明显的米高度为明显的东南风，风速东南风，风速8-128-12米米/秒，秒，1000-20001000-2000米高度风速米高度风速16-1816-18米米/秒，空中出现强盛偏东风的情况在无热带秒，空中出现强盛偏东风的情况在无热带气旋影响时是很难遇到的。比对同时间气旋影响时是很难遇到的。比对同时间500500百帕和百帕和850850百帕高空图，可以看出衢州上空百帕高空图，可以看出衢州上空

35、500500百帕高度附百帕高度附近为东南风近为东南风1212米米/秒，秒，850850百帕附近高度为较大的东北风，风速百帕附近高度为较大的东北风，风速1818米米/秒。秒。表明风廓线雷达风资料与天气图反映的热带风暴外围大风信息一致。表明风廓线雷达风资料与天气图反映的热带风暴外围大风信息一致。16-18米米/秒秒8-12米米/秒秒东北风东北风18米米/秒秒热带风暴外围高空大风监测热带风暴外围高空大风监测典型应用2022-12-21812022-12-21短临预报中雷达技术的应用81时间（时）020304050607080910111213风向（）5060801201206011017025025

36、0240240 风速（m/s）342111113557 从图看出，风廓线雷达探测情况与天气实况非常吻合，即近地面从图看出，风廓线雷达探测情况与天气实况非常吻合，即近地面0505时前为稳定的东时前为稳定的东北风，北风，1010时后为稳定的西南风，时后为稳定的西南风，05-1005-10时为风向转变的过程，风小风向较乱。时为风向转变的过程，风小风向较乱。表中为表中为1212月月2 2日日02-1302-13时地面风实况，从表中可以看出，时地面风实况，从表中可以看出，0404时以前为稳定的东时以前为稳定的东风，风，05-0905-09时开始倒风，风速小，风向乱，时开始倒风，风速小，风向乱，1010时

37、以后西风趋于稳定，风速增大。时以后西风趋于稳定，风速增大。确定风向转换时机确定风向转换时机典型应用2022-12-21822022-12-2182冷空气影响沙河机场个例沙河机场东北到西南为山区，海拔高度500到1500米。冷空气除了从河谷渗透下来外，一般是高空槽线临近或过后才大规模影响北京地区。风场上中低层先出现偏北或偏西风，然后逐渐向地面传递；2010年10月2日边界层风廓线雷达图 2022-12-21832022-12-2183监测大风个例 2008年10月8日上午，沙河机场组织直升机训练，预报有一较强系统过境，将有大风出现，并伴有轻到中度颠簸，建议先侦察天气，在飞行过程中加强空中颠簸报告

38、，适时停飞。风廓线雷达资料如图，350米高度0805出现了19.5米/秒的风速时，飞机报告有轻度气流；0817，50米高度风速达到16.8米/秒，预报员建议停飞，这时飞机报告气流开始加大，指挥员果断停飞。停飞后，在0853至0903，50米高度风速达到20米/秒，塔台地面瞬间风速达到16米/秒。2022-12-21842022-12-21842008年9月25日边界层风廓线雷达图 2022-12-21852022-12-2185低空急流个例 2010年3月30日北京地区出现一次低空急流（见图），华北北部出现了一次降水过程，降水强度偏北地区明显（急流的东北侧），能见度也非常差。2022-12-2

39、1862022-12-2186西郊机场多普勒速度图上的低空急流2010年3月30日西郊机场多普勒雷达资料 2022-12-21872022-12-2187结合测雨雷达监测冰雹等强对流天气的个例 雷暴、雷雨、雷雨大风、冰雹等对流性天气的短时和临近预报主要依据测雨雷达。但是由于目标与雷达位置的偏差、冰雹生命史短等原因，冰雹的短时甚至临近预报上，测雨雷达有它的局限性，准确率比较低。冰雹的生长需要低空强大的上升气流，而中空又需要强大的下沉气流，这两点边界层风廓线雷达能在一定的时限内监测到。2022-12-21882022-12-21882008年9月16日17时42分，沙河机场出现了一次小冰雹（直径3

40、mm），并伴有16（24）m/s的西北大风，17时30分至18时半小时降水量达到17.5mm。依据测雨雷达回波和边界层风廓线雷达的综合分析，气象台准确发布灾害性天气警报。2008年9月16日17时雷达图 2022-12-21892022-12-2189风廓线图上从1430，1000米至2000米之间出现了12m/s的低空急流，16时42分，2500米至3000米出现了20m/s的西北风，且风速明显增大，高度快速降低，结合高空图可以判断中空存在一定强度的下沉气流。分析对流回波强点高度和位置后，预报员于16时45分发布本场雷雨大风灾害性警报。2022-12-21902022-12-2190同时，垂

41、直速度场发生了较大的变化，16时42分以前没有下沉气流，16时46分3000米以下突然出现下沉气流，16时58分，下沉气流明显加大；同时测雨雷达显示回波强度略有加强，且强点直奔本场而来，预报员又迅速发布冰雹灾害性天气警报。2008年9月16日风廓线雷达垂直速度图 2022-12-21912022-12-2191低能见度个例 当地面风速小（2米/秒以下）和近地面层（500米以下）具有逆温层时，低层水汽、烟尘、汽车尾气等污染物不易扩散，随时间聚集影响空气透明度，从而形成低能见度。当具备上述两个条件时，空中低层湍流较小或很小，因而在风廓线雷达上反映出风速小、风向较乱。相反，当低层湍流加强时，也就是低

42、层逆温层被破坏时刻，在风廓线雷达上的反映是风速加大或风向变为稳定一致。2022-12-21922022-12-2192从10时09分开始，低层风向逐步稳定，能见度也从10时38分开始从500米转好至700米，但由于风速小，能见度没有彻底转好。2008年12月11日风廓线雷达图 2022-12-21932022-12-2193稳定性降水个例 沙河机场地势是东高西低，西侧是海拔500-1500的太行山，当低层有较大偏东风时，暖湿或冷湿气流（测站东边60公里是渤海）遇山会产生强迫上升运动，因此低层是否出现较大偏东风成为预报沙河机场有无降水的一个重要指标。2022-12-21942022-12-219

43、4沙河机场低层一直是较大的偏东风，垂直气流应当是向上的，但是空中却出现了明显的下沉气流（上图）。从4时31分开始，下沉运动逐渐向地面延伸，7时12分到达地面。那么这种下沉运动是什么东西形成的呢？比较合理的解释就是降水粒子（雪粒）的下沉运动。这种下沉运动向下传播的高度应当就是大量降水粒子到达的最低高度，那么我们可以利用边界层风廓线雷达的垂直速度外推计算来制作稳定性降水起止时间的临近预报。2022-12-21952022-12-2195动量下传风监测个例 当温度升高，近地面层湍流加剧，引起上下空气能量交换。交换的结果是下层风速增大，这种现象称动量下传，如果使地面风向突变或风速明显增大，就叫动量下传

44、风。动量下传风的预报难度大，原因是出现动量下传风时，近地面层一般有逆温层，其厚度和强度无法测量，同时温度的升高后湍流引起的能量交换情况更是不清楚。目前的预报方法是根据天气形势和温度日变化情况进行统计预报，准确率低。如果用风廓线雷达实时监测空中风场变化情况，就能比较直观的反映空中能量交换后风向风速变化情况，再结合温度日变化统计分析，就能对动量下传风作一比较准确的临近预报。2022-12-21962022-12-21962008年4月3日风廓线雷达图 2022-12-21972022-12-2197中云云底高判断个例 由于高度3000米以上湍流一般较弱，边界层风廓线雷达很难探测到回波，但是当300

45、0米以上有中云时，雷达能探测到中云反射回来的电磁波，并在相应高度风场产品中反映出来。也就是说，如果风廓线雷达风场出现两个层次：一个是3000米以下的，另一个是3000米以上的，中间是空白，那么3000米以上那个风场大体反映了中云高度。2022-12-21982022-12-2198时间45678910111213141516总云量10108964323691010高云量状高3Ci60003Ci60001Ci60004Ci60003Ci60003Ci60006Ci6000中云量状高8Ac30008Ac30005Ac30006Ac30001Ac30002Ac30008Ac30008Ac30002A

46、c3000低云量状高2Sc15002Sc15001Sc18002Sc18008Sc19502022-12-21992022-12-2199低层(空)风切变个例 风切变是指空间两点距离的风矢量差，即在同一高度或不同高度短距离内风向和风速的变化。发生在600米高度以下的低层风切变是飞机的起飞、着陆阶段严重威胁飞行安全的气象因素。2010年4月21日2022-12-211002022-12-21100从风向变化情况看，2000米以下风向随高度增加逆转，表现为冷平流特征，2000米以上风向随高度增加顺转，表现为暖平流特征，与实际天气形势非常吻合。2010年4月21日西郊机场多普勒速度图2022-12-

47、211012022-12-211012010年10月11日00时-08时59分降水过程风廓线产品信息实时风矢垂直速度Cn2信噪比2022-12-211022022-12-21102风矢谱宽实时2022-12-211032022-12-21103半小时风矢垂直速度信噪比Cn22022-12-211042022-12-21104风矢谱宽半小时2022-12-211052022-12-211051小时风矢垂直速度信噪比Cn22022-12-211062022-12-21106风矢谱宽1小时思考：思考：1 1、各产品的主要用途异同点、各产品的主要用途异同点 （在不同天气条件下）（在不同天气条件下）2

48、2、不同时间累积的关系、不同时间累积的关系2022-12-211072022-12-21107探测原理 主要产品 资料应用资料应用 二、雷电监测资料应用研究2022-12-211082022-12-21108 雷电是发生于大气中的一种瞬时高电压、大电流、强电磁辐射的灾害性天气现象。雷电的产生常常伴随着暴雨、冰雹、龙卷等灾害性天气，对飞行安全形成极大的危害。雷电监测设备的作用是实时监测作用区域内雷电发生情况和设备周围的大气电场强度变化情况，为气象保障服务提供雷电信息和雷电预警信息。雷电距离测定利用雷电发生时电磁波天波、地波到达测站的时间差确定。雷电方位测定是利用正交天线确定；大气电场强度利用场磨

49、式电场仪测量。（一）探测原理 2022-12-211092022-12-21109 它是根据导体在电场中产生的感应电荷原理，来测量大气电场的。旋转电极旋转时，电荷将通过一个感应电阻从地面被吸引到电极盘片上或从电极盘片上返回到地面，电荷的移动形成流经感应电阻的电流，在感应电阻上产生AC电压，电压的大小与作用到电极盘片上大气电场的强度成正比，对此电压进行处理就能计算出大气电场强度。1、场磨式大气静电场仪2022-12-211102022-12-21110大气电场设备室外部分2022-12-211112022-12-21111 天线接收雷电发生时产生的电磁信号，送入雷电信号处理器进行放大，根据积分器

50、处理后的信号计算出雷电发生的方位，根据频谱变换后的信号计算出雷电发生位置相对于传感器的距离，输出的原始雷电信息数据送入雷电数据处理模块进行区域运算处理，输出最终的雷电定位数据。2、雷电传感器2022-12-211122022-12-21112 脉冲波形判据表明：从一个真正的但远隔的云地闪中形成的天电，有可能过于失真而不能被接受。脉冲表面波本身在传播过程中经过地形时会被修正，一个从电离层反射的轻度延时的分量又叠加其上。由于这些原因，测向仪的名义范围通常为400 km；在经过了这样长的一段距离后信号强度衰减的影响不很显著。然而，许多更远的闪电也能接受，这就说明能检测到更远的闪电，尽管其位置与闪电频