强降水过程中多普勒雷达特征分析及风场反演

摘要

秦皇岛市短历时强降水频发,因其东临渤海、北依燕山,地形复杂,所以其强降水具有独特性。本文采用Micaps实时资料、NCAR／NCEP再分析资料、多普勒雷达资料、自动站风场及降水资料,利用WRF模式、雷达回波分析方法、EVAD方法、四维变分方法对秦皇岛市2009年7月6日出现的一次短历时强降水过程进行了细致分析,主要结论如下：
　　 ⑴采用WRF模式对本次强降水进行了数值模拟,结果表明：模拟的降水分布与实况较接近,但是模拟的秦皇岛降水偏弱;WRF模式能模拟出低槽在东移过程中在海风加强时段得到加深,其模拟的地面辐合线和水汽辐合中心对强降水具有明显的指示意义,但其对有关物理量的模拟偏弱。WRF模式模拟的降水和有关物理量偏弱,可能是由于初始场资料密度较小,模式在作格点插值时,较小的天气系统有可能被平滑掉。因此,采用常规资料时,WRF模式对中小尺度系统的模拟还有局限性。
　　 ⑵对本次强降水过程的多普勒雷达反射率因子特征、垂直风廓线特征及径向速度场特征分析得到：垂直风廓线产品能反映雷达上空大气水汽含量的变化；当中层有干冷空气入侵时,降水强度增大；多普勒雷达径向速度场对强降水的指示作用要早于反射率因子。
　　 ⑶运用EVAD方法计算平均大气散度,变分法计算平均大气垂直速度,对此次降水过程动力条件进行分析,通过与降水强弱变化的对比分析,结果表明：该方法能够反映出此次降水过程的动力学特征,当中低层辐合较强,出现强上升运动时,将会引发短历时强降水天气的产生。
　　 ⑷通过四维变分方法(每次输入相邻的两个体扫资料)进行风场的反演,对本次短历时强降水进行中小尺度天气系统分析,得到较为真实的中小尺度天气系统状况,强降水发生在“人”字型切变线的暖切变线的前侧,当暖切变线附近出现中-γ闭合气旋性环流时,降水进一步增强。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 本文研究的内容和研究目标

参考文献

第二章 多普勒雷达探测原理及应用

2.1 多普勒雷达探测原理

2.2 多普勒雷达径向速度图分析的基本方法

2.2.1 大尺度运动的多普勒径向速度图像特征

2.2.2 大尺度水平风场不连续流型(锋区等)的识别

2.3 单多普勒雷达风场反演的VAD方法

2.4 单多普勒雷达计算大气散度和垂直速度的基本原理

2.4.1 EVAD方法计算大气平均散度

2.4.2 变分方法计算大气平均垂直速度

2.5 本章小结

参考文献

第三章 WRF模式对一次强降水过程模拟

3.1 降水实况

3.2 环流背景分析

3.3 WRF模式介绍

3.3.1 WRF模式简介

3.3.2 WRF模式动力框架

3.3.3 模式物理方案简介

3.3.4 WRF模式的运行流程

3.4 试验方案设计

3.4.1 模式及定义域参数

3.4.2 模式运行结果分析

3.5 本章小结

参考文献

第四章 强降水的多普勒雷达特征及动力条件分析

4.1 多普勒雷达回波强度图特征分析

4.2 垂直风廓线产品分析

4.2.1 降水前期VWP风场特征

4.2.2 弱降水阶段VWP风场特征

4.2.3 强降水酝酿阶段VWP风场特征

4.2.4 强降水阶段VWP风场特征

4.3 多普勒雷达径向速度场特征分析

4.3.1 降水前期多普勒雷达径向速度场特征

4.3.2 弱降水阶段多普勒雷达径向速度场特征

4.3.3 强降水酝酿阶段多普勒雷达径向速度场特征

4.3.4 强降水阶段多普勒雷达径向速度场特征

4.4 EVAD方法定量计算大气平均散度和垂直速度的演变

4.4.1 弱降水阶段动力分析

4.4.2 强降水酝酿阶段的动力分析

4.4.3 强降水阶段的动力分析

4.5 本章小结

参考文献

第五章 四维变分方法反演低层风场

5.1 四维变分(4D-VAR)方法

5.1.1 价值函数的定义

5.1.2 价值函数梯度的计算和下降算法

5.2 4D-VAR方法反演秦皇岛短历时强降水的中尺度结构

5.2.1 资料和试验设计

5.2.2 风场特征分析

5.3 地面自动站风场资料分析

5.4 本章小结

参考文献

第六章 主要结论和创新点

6.1 主要结论及创新点

6.2 存在问题与研究展望

致谢

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