《雷达气象学》课件：2几种典型流场多普勒径向速度模式.ppt

1、几种典型流场和天气系统在PPI上的径向速度模式1、晴空和大面积降水多普勒速度图像分析2、对流风暴的多普勒速度图像分析1、晴空和大面积降水多普勒速度图像分析设：雷达天线作固定的低仰角探测一均匀流场，则Vf可略去不计，水平风速Vh在水平面上均匀，但随高度增加，风速大小、方向可以有变化。即Vr,Vh,风向均为向径r的函数。sin)(cos)cos()()(0fhRvvv)( cos)(arccosC)(rrVCrVPPIhr值，则上式为：固定的取一系列同特征，令上等径向速度廓线的不为研究)(coscos)()(rrVrVhr（1.2）式）式（1.3）式）式天线所在方位天线所在方位(1.1)式式实际风

2、向实际风向风向不变、风速随高度变化的各种多普勒速度图像分析风向、风速均不随高度变化风向、风速均不随高度变化风向不变，风速随高度线性变化风向不变，风速随高度线性变化风向不变，风速随高度的增加先增后减风向不变，风速随高度的增加先增后减风向、风速均不随高度变化风向、风速均不随高度变化此时有：)(cos)(arccosrrVCh(1.5)式式由(10.3)式可得：在一定低仰角情况下，当取C值为0,3, 6, 9, 12,即可得到一系列径向线，见下图00cosarccosVC（1.4）式）式0)( r是常值其中00,V0)(VrVh：式得径向速度廓线方程代入)2 .10(风向风速均不随高度变化的多普勒速

3、度图风向风速均不随高度变化的多普勒速度图N风向不变，风速随高度线性变化0)( rrCVrVh10)(此时有：010cos)(arccosrCVC（1.6）增加线性减小）取负值时，风速随高度增加线性增加，取正值时，风速随高度11(CC风速随高度变化的多普勒速度图风速随高度变化的多普勒速度图风向不变，风速随高度的增加先增后减0)( rrCVrVh10)(此时有rCrCCVrVh20210)()(当 0 r0其中C1,C2为大于零的常数风速随高度变化的多普勒速度图风速随高度变化的多普勒速度图一次实测大面积降水的多普勒天气雷达速度回波图一次实测大面积降水的多普勒天气雷达速度回波图距离圈距离圈10km分

4、析：分析：1）零速度带）零速度带近似平直，且近似平直，且通过雷达中心。通过雷达中心。2）排除速度）排除速度模糊，可分析模糊，可分析风向各随高度风向各随高度不变，为东南不变，为东南偏东风。偏东风。3）正负中心）正负中心牛眼分别牛眼分别 位位于于20km,300o方位和方位和20km,120o方方位处，说明风位处，说明风速先增后减，速先增后减，在在20km距离距离相应高度上的相应高度上的风速达极大值，风速达极大值，亦即为先增后亦即为先增后减的转折高度。减的转折高度。风速随高度不变、风向随高度变化的各种多普勒速度图像分析风速随高度的增加不变的多普勒速度回波特征：各色标均收敛于测站中心。风速不变，风向

5、随高度线性地顺转风速不变，风向随高度线性地逆转风速不变，风向随高度增加线性地先逆转后顺转风速不变，风向随高度线性地顺转上图：风向由低层西南风随高度顺转为西风（零上图：风向由低层西南风随高度顺转为西风（零值带呈值带呈S S形），有暖平流出现。形），有暖平流出现。风向随高度作顺时针转变，多普勒径向速度的零值带呈S形。风速不变，风向随高度线性地逆转风向随高度作逆时针转变，多普勒径向速度的零值带呈反S形。上图：风向由低层东南风随高度逆转为东风，有冷上图：风向由低层东南风随高度逆转为东风，有冷平流出现。平流出现。风速不变，风向随高度增加线性地先逆转后顺转风向风速均随高度变化的多普勒速度图像分析风向随高度

6、顺转，风速随高度增加而增加，风向随高度顺转，风速随高度增加而增加，地面风不为零。地面风不为零。一次实测的大面积降水风向随高度变化的多普勒天气一次实测的大面积降水风向随高度变化的多普勒天气雷达速度回波图雷达速度回波图（最大可测半径为（最大可测半径为64km,距离圈距离圈16km仰角仰角3.7o ，最大不模糊范围，最大不模糊范围27.9m/s）1）高度）高度16km范范围以内，零速度围以内，零速度带由近及远逆转，带由近及远逆转，说明说明16km高度高度以下风向随高度以下风向随高度逆转，为冷平流；逆转，为冷平流；2)高度高度16km-33km内，零值内，零值带自近及远地顺带自近及远地顺转，说明相应高

7、转，说明相应高度间隔内风向为度间隔内风向为随高度顺转的暖随高度顺转的暖平流。平流。3）高度）高度16km处处风向切换转折高风向切换转折高度由测高公式计度由测高公式计算得约为算得约为1km.一次实测的风向顺转，风速先增后减多普勒速度回波图一次实测的风向顺转，风速先增后减多普勒速度回波图仰角仰角5o，最大显示距离，最大显示距离40km，距离圈，距离圈10km.分析：分析：1)零速度带呈零速度带呈S2)近距离范围近距离范围(15km以内以内)的的零速度带平直，零速度带平直，呈东北偏北和呈东北偏北和西南偏南走向，西南偏南走向，然后分别顺转，然后分别顺转，到到40km时已分时已分别顺转到接近别顺转到接近

8、90o和和270o方位。方位。说明低层为较说明低层为较均匀的东南偏均匀的东南偏东风，然后随东风，然后随高度的增加，高度的增加，风向逐渐顺转风向逐渐顺转为偏南风。为偏南风。3)牛眼的速度牛眼的速度极值中心高度极值中心高度由测高公式可由测高公式可得得10km附近。附近。风向垂直方向不连续的多普勒速度图像分析实测多普勒速度图像。实测多普勒速度图像。最大距离最大距离50km,仰角仰角3o，距离圈，距离圈10km分析：分析：1.地面风地面风2.低层风低层风3.高层风高层风4.是否牛是否牛眼？眼？5.最大风最大风速的高度速的高度6.风向突风向突变高度：变高度：按测高公按测高公式，式，3o仰仰角和角和5km

9、斜离间隔斜离间隔的高度约的高度约为为0.25km梅雨期多普勒速度回波图。最大距离150km，仰角5.1，距离圈20km1)15km范围内零速度范围内零速度带呈西北东南走向，带呈西北东南走向，尔后急剧逆转，到约尔后急剧逆转，到约18km距离后的零速度距离后的零速度带仍接近西北东南走带仍接近西北东南走向。向。2)近地面处的低层为近地面处的低层为东北风，相应东北风，相应18km以以外的高度为西南风外的高度为西南风（排除速度模糊）。（排除速度模糊）。3)风向急剧逆转的距风向急剧逆转的距离间隔约为离间隔约为3km，由，由测高公式算得高度间测高公式算得高度间隔为隔为0.26km，说明在，说明在0.26km

10、间隔内风向变间隔内风向变化了化了1804)40km最大速度值达最大速度值达25m/s非均匀水平风场的多普勒速度图像分析非均匀水平风场的多普勒速度图非均匀水平风场的多普勒速度图N非均匀水平风场的多普勒速度图非均匀水平风场的多普勒速度图水平风场不连续的多普勒速度图像分析冷锋的识别(冷锋切变线): 冷锋后一般吹偏北风,冷锋前则吹偏南风.锋前有暖平流,锋后则冷平流.识别冷锋位置的方法:1)零线是否有明显折角,且零线附近等 值线是否密集2)冷锋位于等值线密集带靠近远离速 度中心一侧,并向零线折角方向延伸3)折角位于测站以北,冷锋未过境,折角 位于测站以南,冷锋已过境.向测站移动的向测站移动的中小尺度锋面

11、中小尺度锋面的实测多普勒速度回波图的实测多普勒速度回波图距离圈为距离圈为10km.分析：分析：1）近距离圈，零速度带穿过显示）近距离圈，零速度带穿过显示中心且平直，呈东南西北走向，中心且平直，呈东南西北走向，负距离区在其左下侧，正速度区负距离区在其左下侧，正速度区在其右上侧，说明此处为西南风。在其右上侧，说明此处为西南风。2）在零速度带西北侧约）在零速度带西北侧约20km距距离处突然转向北伸展，且转向零离处突然转向北伸展，且转向零速度带两侧速度径线密集。说明速度带两侧速度径线密集。说明突然转向的零速度线是正负径向突然转向的零速度线是正负径向速度的过渡带，和锋面的位置相速度的过渡带，和锋面的位置

12、相同。同。3）锋面的左侧为负速度区，且其）锋面的左侧为负速度区，且其约约15m/s的速度中心约在的速度中心约在280o方方向，由此可分析到锋后的风向为向，由此可分析到锋后的风向为西北偏西风，风速西北偏西风，风速15m/s。4）根据前后两幅多普勒速度图像，）根据前后两幅多普勒速度图像，预报员可大致得到锋面的移动速预报员可大致得到锋面的移动速度，从而大致估计锋面过境的时度，从而大致估计锋面过境的时间和锋后的风速。间和锋后的风速。2 2、对流风暴的多普勒速度图像分析、对流风暴的多普勒速度图像分析对于中小尺度流场系统的多普勒天气雷达速度图像分析采用“显示窗”的方法。设显示窗位于雷达正北120km处，显

13、示窗的尺寸为50km 50km窗区示意图窗区匀一着色，说明窗区内风速均为朝向测站RAD实例：显示窗中心位于雷达测站西南方，其方位240，距离雷达中心110km处，显示窗大小50km*50km. 窗内显示存在气旋特征。流场及其相应多普勒径向速度图像（气旋、反气旋）一次强风暴（中尺度气旋）的多普勒速度回波图一次强风暴（中尺度气旋）的多普勒速度回波图1）在约）在约58km、20o左右左右方位区域中，有一对正负方位区域中，有一对正负速度中心，基本呈现方位速度中心，基本呈现方位对称，相距约对称，相距约7km2）正负中心的速度值不）正负中心的速度值不同，左侧负速度值约为同，左侧负速度值约为24-32m/s

14、，右侧正中心速，右侧正中心速度值约为度值约为48m/s,中心之间中心之间为值不大的正速度带。为值不大的正速度带。3）此中气旋随后派生出）此中气旋随后派生出二个龙卷风二个龙卷风4）在图中）在图中47km、约、约345o方位区域内存在另一中尺方位区域内存在另一中尺度气旋，相距约度气旋，相距约3km，正，正中心速度中心速度24m/s,负中心速负中心速度度-32m/s,其派生出一个其派生出一个龙卷风。龙卷风。近海台风中心区域的多普勒速度近海台风中心区域的多普勒速度回波图距离圈回波图距离圈50km.分析分析1）排除速度模糊干扰）排除速度模糊干扰后，可见在后，可见在45km左右，左右，接近接近60o方位区

15、域有一方位区域有一对呈现方位对称的正对呈现方位对称的正负速度中心，相距约负速度中心，相距约40km，其间有一条平，其间有一条平直的零速度带。直的零速度带。2）据蓝金模式，正负）据蓝金模式，正负速度中心间距的中点速度中心间距的中点即为台风中心位置。即为台风中心位置。中小尺度辐合辐散运动辐合辐散一次实测下击暴流的多普勒速度图像一次实测下击暴流的多普勒速度图像分析：图中西南方向的正负速度中心基本呈距离圈对称，其间明显存在一条零速度带。圆圈中存在辐散。雷达测站（位于中心）从不同方向探测到的气旋、反气旋、辐合、辐散多普勒径向速度示意图2012年7月第8号台风“韦森特” 基本速度图（广东阳江雷达站）。分辨

16、率为1km，最大可测距离230km，仰角1.5。分析分析由图可见在离测由图可见在离测站（圆心）站（圆心）40km左右，接左右，接近近55方位区方位区域有一对呈现方域有一对呈现方位对称的正负速位对称的正负速度极值中心，零度极值中心，零速度带呈顺速度带呈顺S走走向。在方位向。在方位54离雷达离雷达64km处存在另处存在另一新生中尺度气一新生中尺度气旋旋(黑色圆圈）。黑色圆圈）。TVSTVS雷达速度回波特征雷达速度回波特征1、几乎所有典型龙卷都生成于一个已存在的中尺度气旋中，且主要发生在核区内。2、除最大的和最近的龙卷外，其它龙卷的尺度都小于雷达的波束宽度，因此，龙卷巨大的转动速度在雷达波束内被完全平滑掉了。相应的龙卷涡旋特征（TVS)的多普勒速度不能反映出龙卷的范围和大小，只能反应出存在TVS而不能完全确定有龙卷风产生，但可以肯定存在较严重的灾害性天气。3、TVS的一个不变的特征是正负径向速度峰值正好相距一个波束宽度。