郑州极端暴雨中双偏振雷达回波与风场特征分析

作     者：李建阳 

作者单位：南京信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：平凡

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：极端暴雨 双偏振参量 风场反演 回波特征 

摘      要：本文使用双偏振雷达数据、欧洲再分析资料ERA5数据、地面自动站数据、探空数据以及风云卫星4号(FY-4A)的云导风产品数据开展如下研究,首先对雷达数据进行了各项预处理,然后将其它数据结合作为背景场约束条件,利用变分法反演了郑州7.20暴雨过程极端降雨发生时段的风场。通过变分法和速度方位显示法(VAD)分别与ERA5进行均方根误差检验,验证了添加约束后的方法反演风场误差更小,相较于VAD法有着更好更精确的结果。最后结合双偏振参量对风暴内部的回波特征进行了分析,包括对流发展和成熟时期的回波、径向速度特征和风场结构。在平面与剖面上使用多种偏振参量对粒子相态特征、对流系统动力特征和对流结构进行分析总结,结果表明:(1)雷达基数据经过多种预处理后可以得到较为良好的结果,特别是径向速度数据需要进行退模糊处理才能进行风场反演计算。单部雷达利用变分法反演风场时,算法通过结合多源观测数据添加背景场约束项,相较于VAD算法,能够有效减小反演误差,获得更加精确的反演结果。(2)反射率因子回波特征为对流强降水区域由南北走向的带状区域逐渐聚拢汇集为团状;径向速度图特征为低层辐合,风向随高度顺转,伴随着暖湿空气的输送,有利于水汽抬升以及降水持续发展;风场结构为较大的垂直风切变。(3)水平面上差分反射率环与相关系数环用于判定融化层高度,融化层下差分反射率与差分相位常数的增加反映了冰相粒子的融化与雨水的碰并增长过程。差分反射率大值区受粒子分选机制的影响,在强回波区发展为狭窄且高强度的弧状区域时表明存在强上升运动,为暴雨的持续性发展提供有利动力条件。(4)垂直剖面上差分反射率柱状区域分布在差分相位常数柱状区域的偏南部,在强上升气流的作用下,在空间分布上呈现出分离现象,高层可能是由于水汽凝华放热使得高处区域升温,形成浓度较小,不规则枝状盘状冰晶粒子或融化的冰晶等。