基于天气雷达反演的参量和光流法在回波外推中的应用研究

论文摘要

雷达临近预报最主要的难点是对于回波生消演变的预报,光流法是基于数学运算,没有考虑降水系统物理场变化的影响,预报结果不准确。本文考虑物理量场与降水系统演变存在的对应关系,利用物理量场对雷达回波外推结果进行订正,以达到更好的预报效果。在2016年南京地区的两次降水过程中,局地的温度平流、风暴相对螺旋度、散度、垂直速度和散度垂直通量这些参量与降水的演变存在明显关系。分析表明:层状云降水的“下暖上冷”温度平流、或对流型降水中雷暴后部的“下冷上暖”温度平流结构,有利于降水的加强;相对螺旋度的变化比降水的变化提前2.53.5 h;超过3 km高度的散度分布直接影响降水系统的发展;系统内4 km高度以上的垂直上升速度对降水加强最显著;4.5 km高度以上的散度垂直通量的负值与降水加强相关。可见,这些参量可以用于降水系统发展趋势的雷达临近预报。将局部光流法应用于三种类型的降水过程（大面积混合性降水、台风和雷暴）中,进行预报试验,结果表明:大面积降水回波（线性运动回波）、台风（旋转运动回波）、雷暴（快速变化回波）个例中,LK光流法预报效果较好。但是,LK光流法也存在一些不足,无法准确预报大片层状回波强度的逐渐减弱;无法外推出新生单体回波;回波边缘延展和收缩的预报不准确;随着预报时间增加,预报效果也会变差。这些误差都是由于光流法算法本身不具备预报降水系统强度变化的能力所造成的。选取10个背景场相似的降水过程拟合温度平流等物理量与dBZ80)（69）)的经验关系式,得到对应时刻的回波订正量。在大面积降水、台风和雷暴三个个例中,利用这个经验关系,使三个个例的预报结果准确度提高,60 min预报结果比30 min预报结果改善更明显,这样可以弥补光流法外推时间增长、预报效果降低的不足。利用该经验关系式,对大面积降水和台风的预报结果的改善较好,但雷暴个例的效果较差,说明经验关系式的可靠性,还需统计大量个例来提高。

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第一章绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 物理量国内外研究进展

1.2.2 光流法国内外研究进展

1.3 论文主要工作内容

第二章降水过程与温度平流等物理量演变关系的研究

2.1 利用雷达数据计算相关参量

2.1.1 温度平流的计算

2.1.2 风暴相对螺旋度SRH的计算

2.1.3 散度、垂直速度和散度垂直通量的计算

2.2 个例分析

2.2.1 个例一

2.2.2 个例二

2.3 本章小结

第三章光流法的讨论与评价

3.1 光流法基本内容

3.1.1 HS光流法

3.1.2 LK光流法

3.2 光流矢量的质量控制

3.3 雷达回波图的外推

3.4 个例分析

3.4.1 大面积降水个例

3.4.2 台风个例

3.4.3 雷暴个例

3.5 预报评价

3.6 本章小结

第四章预报强度订正研究

4.1 温度平流等物理量的选取意义分析

4.2 温度平流等物理量与回波强度平均值经验关系的研究

4.3 个例验证

4.3.1 大面积降水个例改进验

4.3.2 台风个例改进验证

4.3.3 雷暴改进验证

4.4 本章小结

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 创新点

5.3 不足与展望

参考文献

作者简介

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘燕斐

导师: 黄兴友

关键词: 光流法,临近预报,物理量,经验公式,强度订正

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 南京信息工程大学

分类号: P412.25

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000014

总页数: 61

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