基于组网天气雷达的台风回波强度及风场三维结构研究

【摘要】：本论文研究基于中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室自主研发的新一代天气雷达基数据三维拼图系统(CinradMosaic),利用该系统的产品资料对比了单雷达与组网雷达探测台风的特点,并指出其优劣;提出了利用回波强度进行台风定位的一种方法,通过台风个例检验说明该方法是可行的并具有较好的精度;分析了“黑格比”台风的结构特征,提出一个反映台风对称性的参量,并分析其与“黑格比”台风移动路径的关系;最后结合拼图系统的格点反射率与能将多部雷达径向速度组网反演三维风场的两步变分法分析了“天鹅”台风的三维风场结构特点。其主要结果如下: 1)通过台风实例,对单站雷达资料与多站组网雷达产品资料的对其探测能力进行了对比分析,说明组网雷达资料在一定程度上填补静锥区和距离单雷达站较远的低层区,因此组网雷达相对于单站雷达具有获得空间更多的回波资料的能力,但组网雷达资料在融合多站资料的同时也平滑了一些较小回波结构特征。 2)提出基于组网产品(三维格点反射率与组合反射率)定位台风中心的一种方法——相关法,该方法的实例定位结果,以中央气象台发布的台风中心为标准,其平均绝对误差在15km以内;将该定位方法与利用径向速度定位台风中心的距离速度方法对台风“黑格比”与台风“天鹅”的定位结果做了比较,并指出两种方法的优缺点:距离速度法主要受到探测距离和处理速度模糊及水平风场的非对称性限制,它对台风具有较好的水平对称环流可以较好地确定台风中心位置;相关法主要依赖于眼区及周围是否具有较为典型台风的完整回波结构,但可以避免处理速度模糊的问题并具有较好的观测范围。对于实际观测到的台风存在各种各样特点,与理想台风模型存在差异,利用算法定位台风中心受到一些限制,在实际业务中应该结合人工定位,实行人机交互的方式来确定台风的中心位置。 3)基于组网产品(组合反射率和回波顶高)提出一个反应台风对称性的变量(D ),并分析了该变量在“黑格比”台风登陆过程中的变化特点:基于组合反射率的最大不对称方向与准对称方向的方位角呈逆时针旋转;基于回波顶高的最大不对称方向与准对称方向的方位角都呈顺时针方向旋转。4)利用去速度模糊的多部天气雷达径向速度资料由两步变分法组网反演了“天鹅”台风的三维环流结构,经过对反演结果的检验说明该反演结果具有较好的可信度。其风场特征主要有:在4km高度上,等距离圈上的平均切向风速随台风中心的距离增加而增加,并且在最大切向速度圈半径内接近Rankine涡旋模型线性增加,最大风圈之外增加变得缓慢,而平均径向速度随距离中心距离的增加变化不明显,维持在零附近;拟合4km高度上最大平均切向风速得到周期为2p正弦函数,进一步说明其风场是非对称的,且非对称波数为1;径向分量并不是在低层都是入流气流,在高层也并不是都是出流气流。