2008年南方暴雪中尺度三维精细结构的双多普勒雷达研究

使用双多普勒天气雷达三维风场反演技术对2008年1月～2月我国南方地区四次暴雪过程的双多普勒天气雷达基数据(包括南京与马鞍山双多普勒雷达、马鞍山与合肥双多普勒雷达、宜昌与荆州双多普勒雷达)进行高时空分辨率的三维风场反演，综合利用单部雷达资料分析技术、组网雷达基数据三维数字化拼图技术、高时空分辨率的自动气象站资料、探空资料、气象卫星资料对暴雪的三维精细动力结构进行综合研究，揭示其结构演变特征和灾害形成的动力机理，加深对暴雪结构的认识。这对于研究暴雪的形成和维持机理具有重要的科学意义,对于改进暴雪临近预报也有一定的帮助。

本项目优化了双多普勒天气雷达三维风场反演算法，解决了观测数据的非同时性和质量连续方程求解造成的误差累积问题，提高了反演精度。国内首次对2008年暴雪进行了双雷达三维风场反演，综合利用单雷达资料、组网雷达拼图数据、常规观测数据等，研究了暴雪的三维精细结构。揭示了暴雪三维结构、演变特征及其同暴雪形成、发展、持续、减弱、消亡的关系。. 1.优化了雷达三维风场反演算法，解决了数据非同时性和积分质量连续方程所造成的误差累计问题，提高了反演精度；提出利用距离权重混合插值算法扩展反演区域。. 2.优化多普勒雷达网三维数字拼图系统，提出雷达数据三维混合插值算法，最大程度保留原始数据特征，改善拼图数据质量。. 3.建立了新一代多普勒雷达网数据对比分析系统，可实现雷达网数据可靠性和一致性分析，具有业务推广价值；对江淮流域暴雪的雷达组网数据进行了对比分析。针对波束展宽对数据影响等因素，提出利用等距离线垂直剖面内的数据进行对比分析；提出快速坐标变换算法以满足实时需求，节约85%的计算时间。研究了江淮流域暴雪的雷达网数据，指出S波段雷达回波强度数据明显强于C波段雷达数据，S波段雷达数据之间差异较小，雷达网数据可靠性较好。. 4.研究了1月26-29日江淮降雪系统的三维精细结构，揭示了暴雪低层有β-中尺度气旋性切变线和β-中尺度气旋，有利于气流抬升和水汽辐合，对于暴雪的维持和发展非常重要；中低层有显著的风垂直切变，为暴雪的持续提供了动力；中高层以西南气流为主，为暴雪提供了充沛的水汽。. 5.研究了浙江1月29日降雪过程的中尺度三维精细结构，揭示雪带成熟阶段，强回波带低层为西南气流，中高层为西风，水平风速随高度逐渐增强；强降雪回波带低层为强辐合区和正涡度大值区，其两侧是辐散区和负涡度区。垂直剖面内，雪带内部交替分布着上升和下沉气流。雪带消散阶段，回波带上的辐合逐渐减弱，上升气流也逐渐崩溃，大部分区域逐渐被下沉气流控制。. 6.研究了2月1-2日的暴雪过程，揭示降雪云系2.5km高度以下有β-中尺度切变线，切变线对降雪的维持和发展非常重要。垂直剖面内，气流在暴雪系统内部低层辐合抬升后在中层转变为一致的西南气流；当降雪逐渐减弱时，切变线逐渐减弱并消散，低层风场的辐合结构特征也不复存在。