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1.
针对多普勒雷达风场反演的体积速度处理(Volume Velocity Processing,VVP)方法中系数矩阵的病态问题,从数学上进行了分析和论证,对反演的误差进行了敏感性分析,并对垂直速度的求解方程作了改进。系数矩阵的条件数将随着待反演参量的不同而差别很大,通常的处理方法是舍弃量级较小的参量,通过对误差范数的分析,证明这种处理尽管存在模型误差,但能够降低求解难度和结果误差。对系数矩阵病态原因的分析发现,系数矩阵矢量的线性相关造成了矩阵奇异,当合并或舍弃线性相关项时,待反演参量会受模型误差的影响,并且这种模型误差的大小并不仅与待反演参量的量级有关,而且随着位置的不同而改变,但是部分待参量仍然可以保持准确值。在对VVP算法误差分析的基础上,分析并验证了舍弃部分参量时的反演误差,改进的算法为准确反演降水粒子的垂直速度提供了理论基础。 相似文献
2.
Wind shear reflects that the wind field is not uniform, which is one of the primary factors which make the retrieval of the wind field difficult. Based on volume velocity process(VVP) wind field retrieval technique, the intensity of wind shear is identified in this paper. After analyzing the traditional techniques that rely on the difference of radial velocity to identify wind shear, a fixed difference among radial velocities that may cause false identification in a uniform wind field was found. Because of the non-uniformity in wind shear areas, the difference of retrieved results between surrounding analysis volumes can be used as a measurement to show how strong the wind shear is. According to the analysis of a severe convective weather process that occurred in Guangzhou, it can be found that the areas of wind shear appeared with the strength significantly larger than in other regions and the magnitude generally larger than4.5 m/(s·km). Besides, by comparing the variation of wind shear strength during the convection, it can be found that new cells will be more likely to generate when the strength is above 3.0 m/(s·km). Therefore, the analysis of strong wind shear's movement and development is helpful to forecasting severe convections. 相似文献
3.
本文将有限区域求解流函数和速度势的Endlich迭代调整方法(E-T方法)推广至全球区域,并与常用Guass-Seidel迭代求解Poisson方程方法(G-P方法)进行了比较。结果表明:E-T方法适应于全球流函数和速度势的计算,其由内向外调整,不需严格考虑边界条件,可消除边界对计算结果的影响;E-T方法能准确分解和重建原始风场,而由于极地边界和差分格式影响,G-P方法求得的旋转风和辐散风之和不能准确重建原始风场,尤其是经向为固定边界时,两极地附近重建风场误差非常明显;E-T方法与G-P方法另一重要差异是前者利用流函数和速度势与风场偏微分关系直接进行迭代求解,不需计算涡度和散度,不但保证了重建风场的准确性,还防止了涡度和散度计算误差带来的二次污染。 相似文献
4.
纸质记录曲线的识别和数字化是图像处理和模式识别领域的一项重要内容, 是对气象档案馆保存的气象纸质曲线资料数字化的有效方法。该文研究并构建了电接风向风速自记纸数字化处理系统, 该系统主要包括4个处理阶段:自记纸图像的输入、图像预处理、自记曲线的分割、曲线的跟踪和识别。其中, 自记纸图像的输入应用TWAIN (Toolkit Without An Interesting Name, 无注名工具包协议) 标准来设计, 对记录曲线的跟踪识别, 该文提出的基于灰度积分投影的分段线性插值算法, 取得了很好的识别效果。 相似文献
5.
Summary
The multiple-Doppler synthesis and continuity adjustment technique (MUSCAT), developed for at least a pair of Doppler observations,
is based on both a simultaneous resolution of the equations relating the wind components to the measured radial velocities
and of the continuity equation, and the use of second-order derivatives in the cost function. It has been developed to solve
the geometrical limitations that result from a dual-Doppler radar configuration, and has been successfully applied to airborne
radar equipped for a fore-aft scanning. This paper intends to show the performance of this method in the case of a differing
geometry from a ground-based dual-Doppler radar system, using simulated Doppler data deduced from an analytical wind field.
It is shown that the constraint on the second-order derivatives allows to also obtain reliable wind vectors outside the Doppler
lobes, i.e., in regions along the radar baseline where ill-conditioned analysis occurs.
Received February 14, 2000/Revised April 4, 2001 相似文献
6.
为有效地识别和提取多普勒天气雷达风场信息,对Gao和Droegemeier提出的基于变分技术的多普勒雷达径向速度数据退模糊方法进行了改进。原方法中将背景风场、方位和径向速度距离梯度信息同时作为约束条件,对Nyquist数进行校正。但是该方法在迭代过程中使用了大量的数值分析和偏微分方程计算,造成径向速度场过度平滑和数据失真。针对这个问题,改进算法在得到径向速度分析场后,结合原始径向速度观测场,通过图像变化检测法,自动识别存在速度模糊的区域及计算需要校正的Nyquist数,对观测场的模糊区域进行校正。利用强对流天气和台风过程的雷达体扫数据验证了改进算法的可行性,并与原始算法及业务应用的WSR-88D算法对比。结果表明:改进算法有效地解决了原始算法中的不足,恢复真实的风场结构和分布特征,改善了退速度模糊的质量,从而得到更为合理的径向速度观测场;并且该算法退模糊效果优于WSR-88D算法,有助于为科研和业务应用服务。 相似文献
7.
基于概率分布特征定义全新风速阈值选取方案,不受地域及季节性影响,并综合风向信息建立兼顾风向风速的风场分类列表,采用邻域空间检验技术构建可集成风向风速的矢量风场检验方法。基于2018年4月1—30日GRAPES_Meso模式不同分辨率（10 km及3 km）逐小时预报产品,利用所开发的矢量风场检验方法分析表明:模式风向预报的随机性随着风速的增大而减小,即弱风的风向难以成功预报。通过矢量风场综合分析发现高分辨率预报效果在170 km空间尺度上24 h预报最大评分优势可达0.24,各邻域空间尺度上评分分布趋势保持一致。通过敏感性分析发现,所获取的综合指标可用于反映风场预报性能。同时,不同矢量风场分类方法将对评估结果产生影响,高分类方法评分稳定性更好,低分类方法受限于单一分类权重过大而影响评估一致性。因此,在计算能力允许的条件下,选择较高分类方式将有助于获得更为稳定的检验效果。 相似文献
8.
In this paper,a scheme of dual-Doppler radar wind analysis based on a three-dimensional variational method is proposed and performed in two steps.First,the horizontal wind field is simultaneously recovered through minimizing a cost function defined as a radial observation term with the standard conjugate gradient method,avoiding a weighting parameter specification step.Compared with conventional dual-Doppler wind synthesis approaches,this variational method minimizes errors caused by interpolation from radar observation to analysis grid in the iterative solution process,which is one of the main sources of errors.Then,through the accelerated Liebmann method,the vertical velocity is further reestimated as an extra step by solving the Poisson equation with impermeable conditions imposed at the ground and near the tropopause.The Poisson equation defined by the second derivative of the vertical velocity is derived from the mass continuity equation.Compared with the method proposed by O’Brien,this method is less sensitive to the uncertainty of the boundary conditions and has better stability and reliability.Furthermore,the method proposed in this paper is applied to Doppler radar observation of a squall line process.It is shown that the retrieved vertical wind profile agrees well with the vertical profile obtained with the velocity–azimuth display(VAD)method,and the retrieved radial velocity as well as the analyzed positive and negative velocity centers and horizontal wind shear of the squall line are in accord with radar observations.There is a good correspondence between the divergence field of the derived wind field and the vertical velocity.And,the horizontal and vertical circulations within and around the squall line,as well as strong updrafts,the associated downdrafts,and associated rear inflow of the bow echo,are analyzed well.It is worth mentioning that the variational method in this paper can be applied to simultaneously synthesize the three-dimensional wind field from multiple-Doppler radar observations. 相似文献
9.
10.
单多普勒雷达反演风场的质量控制 总被引：4，自引：1，他引：4
利用扩展VAP方法,通过极值订正,时间和空间连续性订正等方法,对反演后的风场进行质量控制,并与双多普勒雷达风场反演结果进行了对比.结果表明,经过订正的反演风场中大部分有明显误差的点得到了修正,而且订正后的风场更合理,与双多普勒雷达风场反演结果更一致,提高了反演风场的质量. 相似文献
11.
利用渤海观测站风场对ASCAT风场进行检验,发现其风速、风向均有较大误差,尤其在渤海中部以外的海域可信度相对较低。为提高ASCAT风场在渤海海域的精度,基于变分方法,利用渤海观测站风场对2017年9月—2018年2月的ASCAT风场进行订正,得到空间分辨率为12.5 km×12.5 km的订正风场。并对辽东湾、渤海湾、莱州湾、渤海中部和渤海海峡5个海域风场的订正误差进行检验,结果表明:ASCAT风场订正后精度提高显著,风速平均偏差从4 m·s-1减小为1 m·s-1,风向平均偏差从-30°~30°减小为-7°~4°,可见变分方法对渤海ASCAT风场有很好的订正效果,尤其对误差较大的渤海湾订正效果最为明显。对2017年12月18日的一次大风过程进行订正分析,结果表明:订正风场可以很好地反映沿岸风场信息和大风过程中的风速极值区,并能动态监测大风变化过程。变分方法解决了海面观测数据空间分辨率低、ASCAT数据精度低的问题,能够实时监测海上大风,且对大风预报有很好的指导意义,能够为海洋模式提供更精确的初始场。 相似文献
12.
针对多普勒天气雷达探测风场时,常因大面积无回波区的存在,对提取平均散度和平均形变信息的精度有较大影响。利用Sirmans建议的技术来模拟降水回波信号,得到含有0、1、2阶谐波的平面线性速度场并进行加噪处理,得到近乎真实的多普勒速度场。对模拟的平面线性速度场人为设定无回波区,利用VAD技术和迭代法对平面线性速度场做连续性缺口和非连续性缺口的迭代法填补。数值模拟结果表明:对于模拟的无噪声平面线性速度场,迭代法可以基本无误差填补连续性累积缺口在10°到180°的速度场无回波区;对连续性累积缺口,在σ_v=2m·s~(-1),SNR≥5 dB和SNR=20 dB,σ_v≤4 m·s~(-1)的情况下,连续性累积缺口在120°以内,迭代法能较高精度地填补速度场无回波区,填补后0、1、2阶谐波误差绝对值基本能控制在15%以内,80 km距离圈上缺口处迭代前后速度相对误差均在30%以内;对非连续性累积缺口为0°～180°的平面线性速度场,在附加不同噪声条件下,迭代法均可较好地填补累积缺口在180°以内的平面速度场,且80 km距离圈上缺口处迭代前后速度值误差均能控制在15%以内。说明利用迭代法填补多普勒速度场无回波区,填补效果较好,精度较高,这对改善从多普勒速度场中提取平均散度和平均形变信息的精度有极大的帮助作用。 相似文献
13.
文中提出的EVPP(Extended Velocity Plan Processing)方法是根据风场连续及局部分片光滑的性质,假定在一很小的分析窗内风矢量保持线性变化关系,使得在分析窗内反演得到的风场在矢径上的投影与实际观测的多普勒雷达径向速度场之间的误差达到最小,并利用零速度线这一特点对问题的求解做出约束,使得所得解尽可能达到全局最优,即:(1)利用变分的思想求出水平风速的大小及方向;(2)利用风场局部分片光滑,对风的方向做出矫正。虽然由于风场受到线性假设这一限制,使得其使用的范围得到了局限,但是在本文中利用零速度线这一特征使得反演的结果得到了进一步的提高。文中利用模拟的理想个例和实际观测到的个例分别进行了研究分析。为了证明其理论的可行性,首先我们利用三维冰雹云模式模拟了辽宁2005年7月8日的一次冰雹云过程,考虑到个例的代表性,我们选择了辐合、辐散、旋转以及均匀风场等4种类型的流场结构进行了模拟分析,同时为了验证该种方法对于资料质量的依赖性以及噪声的敏感性,我们在理想质量中加入了随机噪声。从对模拟风场的反演,证明了该方法理论上的可行性,而且噪声对其结构的影响不大。然后针对台风、飑线、强对流等实际天气过程作了进一步分析。最后对反演结果进行了误差分析,结果表明这一方法能较好地反演出中尺度系统的水平流场结构。 相似文献
14.
Constructing β-mesoscale weather systems in initial fields remains a
challenging problem in a mesoscale numerical weather prediction (NWP) model.
Without vertical velocity matching the β-mesoscale weather system,
convection activities would be suppressed by downdraft and cooling caused by
precipitating hydrometeors. In this study, a method, basing on the
three-dimensional variational (3DVAR) assimilation technique, was developed
to obtain reasonable structures of β-mesoscale weather systems by
assimilating radar data in a next-generation NWP system named GRAPES (the
Global and Regional Assimilation and Prediction System) of China.
Single-point testing indicated that assimilating radial wind significantly
improved the horizontal wind but had little effect on the vertical velocity,
while assimilating the retrieved vertical velocity (taking Richardson's
equation as the observational operator) can greatly improve the vertical
motion. Experiments on a typhoon show that assimilation of the radial wind
data can greatly improve the prediction of the typhoon track, and can
ameliorate precipitation to some extent. Assimilating the retrieved vertical
velocity and rainwater mixing ratio, and adjusting water vapor and cloud
water mixing ratio in the initial fields simultaneously, can significantly
improve the tropical cyclone rainfall forecast but has little effect on
typhoon path. Joint assimilating these three kinds of radar data gets the
best results. Taking into account the scale of different weather systems and
representation of observational data, data quality control, error setting of
background field and observation data are still requiring further in-depth
study. 相似文献
15.
垂直速度的反演一直是多普勒雷达风场反演的关键问题和难点,在对单多普勒雷达体积速度处理(VVP)法反演垂直速度进行敏感性分析和改进求解方程的基础上,对其反演三维风场和适用的风速条件做了模拟检验,并在强对流天气和台风实例中反演与验证。分析结果表明,改进的反演算法对径向风速的误差并不敏感,在高低仰角上的精度相同,观测误差越小或风速越大时,反演精度越高。对广州一次强对流过程的反演结果表明,改进的反演算法可以反演出对流单体中降水粒子垂直运动的变化。在中尺度气旋中,粒子垂直速度大值区的分布与气旋外围风切变的位置相符;在气旋的消散阶段下落速度增大,因而可通过粒子的垂直速度变化判断雨强的变化。对2006年超强台风"桑美"的反演结果显示,能够反演出台风中心的下沉气流以及外围交替出现的上升与下沉气流,在台风中心处下沉速度的大值区位于7-8 km高度,低层与高层的值相对较小。反演效果表明,改进后的反演方法较准确地反映了降水粒子的垂直运动,使多普勒雷达资料可揭示更多的三维风场细节,有助于改进强对流天气过程的风场结构分析和降雨落区的预测。 相似文献
16.
详细介绍了改善EVAD技术中测量水平散度的方法，用Sirmans建议的技术来模拟降水回波信号，通过此方法对模拟的含有0, 1, 2, 3阶谐波的非线性风场加噪声, 得到近于真实的多普勒速度场，并用此速度场得到的水平散度和以前的EVAD算法（Srivastava算法和Thomas算法）的水平散度相比较，结果表明:无论在非全方位不均匀采样、非全方位均匀采样、不同信噪比、不同速度谱宽条件下，文章建议的EVAD方法求得的水平散度精度有明显的提高。 相似文献
17.
针对目前业务上风速传感器现场校准方法存在的不足,通过改进气象部门广泛使用的杯式风速传感器现场校准设备,利用启动风速校验仪对风速传感器进行低风速段的校准,从而解决风速校验仪无法检测风速传感器整体性能的问题,实现了杯式风速传感器到实验室风洞标准的量值溯源。利用改进后的现场校准方法对风速传感器校准后,拟合出的线性回归方程与风洞检定结果进行比对发现,改进后的方法基本上能满足风速传感器现场校准的需要。 相似文献
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19.
流函数和速度势是表示风场的一种变量, 在数值天气预报模式和分析、同化方案中经常使用, 通常可以用风速分量场求解Poisson方程得到。对于有限区域系统, 往往采用差分方法, 但由于存在边界问题, 用计算所得到的流函数和速度势场重建风速场, 在边界附近经常出现明显的偏差。基于差分方法、利用有限区域风速场求解流函数和速度势场的基本方法和特点的分析, 在Arakawa A网格分布的有限区域, 设计了一种用差分方法求解流函数和速度势场的有效方案。在该有效方案中, 通过将有限区域向外扩展二圈, 风速场线性外推, 改进计算边界风速值和边界定解条件的效果; 尽可能使用协调、一致的差分格式, 提高求解精度; 最后利用一种增量订正迭代方法, 迭代2~3次就可以获得令人满意的结果。实例试验的对比、检验显示, 用该方案计算求得的流函数和速度势场重建风速场, 具有非常高的精度。 相似文献
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梯度法计算空气动力学粗糙度存在的问题 总被引：1，自引：0，他引：1
利用2009年春季内蒙古苏尼特左旗风速、空气温湿度的野外观测资料,用梯度法研究荒漠化草原区空气动力学粗糙度Z0时发现,Z0有明显的日、月分布规律。中性条件下,根据风速对Z0的不同影响可分为3个特征区。梯度法计算Zn有风速条件约束,只有在风速较大时计算的Z0真实可靠,确定可靠风速区域是正确应用梯度法计算Z0的关键。乙随风速值的增大成指数关系递减,可从指数函数的收敛性确定Z0。 相似文献