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1、三 2径向速度场识别 10 2 10 3 大气科学学院白爱娟 什么是径向速度 定义 沿半径方向的速度 全风速的一个分量 正负 离开 或者靠近 大小 快慢 当雷达沿固定仰角旋转时 根据扫描一圈所构成的圆锥面内径向速度的分布 反推真实大气的流场 高低空急流 飑线大风 锋面 气旋与反气旋 切变线 辐合线等 径向速度场的应用 1 推断较大范围风向 风速随高度的连续变化 冷暖平流 急流等 2 推断大尺度的均匀和非均匀场 辐合辐散 3 判断不连续面 如 锋面 切变线和辐合线 风向突变等 4 判断中尺度辐合 散和中气旋 中反气旋 龙卷气旋等中小尺度系统 径向速度识别的基础 圆周的风速代表整个高度上的风速分析
2、基础是各高度上风向 风速比较均匀 满足风场连续的法则 扫描的圆锥面和假设的风场 速度场上风的分布 均匀流场的径向速度 西 径向速度或称多普勒速度 规定 1 朝向雷达的径向速度为负 远离为正 2 向北的方位角为0 向东为90 向西为270 度 向着雷达 速度为负最大值 远离雷达 速度为正的最大值 切向速度 多普勒速度0 北 切向速度 多普勒速度为0 用正弦曲线图来分析说明均匀西风流场中径向风速随方位角的变化 红 实际风 黑 径向风 实际风与径向速度图 确定雷达上空大尺度流场风向的原理 径向风速场的零风速线 负 正 零速度线 带 由径向速度为零的点构成的线 是推导实际风场的关键因素 1 静风 实际
3、风速等于或接近零 大气相对静止 2 只有切向速度 实际风垂直半径 零径向速度及其意义 等风速线 径向速度相同的点构成的线 零速度线 由径向速度为零的点构成的线 是推导实际风场的关键因素 零径向速度判断风场的依据零速度线上任何一点上真实风向与该点相对于天线的半径垂直 并且风向由邻近的负速度区 吹向正速度区 通过零径向速度确定风向和风速假定在雷达探测范围内 同一高度层上的实际风向是均匀的 零速度线上的任何一点的实际风垂直于此半径 从负速度指向正速度 这种方法只适用于风向均匀或风场连续变化的情况 对锋面等风向不连续面或者风向突变的情况就不一定适用 因为在不连续面上的风向复杂 而且风速很小 有时显示出
4、零速度包含了绝对值较小的正负速度范围 零径向速度及其意义 1 若零等速线为直线 且横跨整个屏幕 表示各高度层上 实际风向均匀一致 判断风向2 回波范围较大时 某高度层出现最大正 负速度中心 该高度层的实际风向从最大负中心指向最大正中心 判断风向3 均匀风场中某一高度上最大径向速度值可认为是该高度的风速 通常出现在距零等速线 90 的位置 判断风速 零径向速度的几种情况 1 均匀流场的速度图 在没有强烈垂直运动的情况下 环境风场大多数在水平方向上可假定是均匀的 只是在垂直方向上有变化 径向速度PPI显示既能分析某高度上的均匀风场 又能分析风场在不同高度上的变化 由此可以分析真实的环境风场 风向和
5、风速不随高度变化 西南风的径向速度场模拟 零速度线 直线 穿过雷达站 其它等风速线 直线 辐散状 风向 最大负中心 最大正中心 风速 最大径向风速值 实际观测的均匀流场 实际探测的 风 风速不变 1 风向随高度顺转 暖平流 风向随高度顺转 暖平流 S 型的径向速度场 S 型的径向速度 S 型 风向顺转的程度 速度特征 暖平流 S 型径向速度场 风速不变 风向随高度逆转 冷平流 风向随高度逆转模拟 反S 型的径向速度场 对流层中下层冷平流 风向不变 风速随高度变化1 风速随高度增加 风向不变 风速随高度变化1 风速随高度增加 风向不变风速随高度增加 风向不变风速随高度增加 风速随高度先增后减 风
6、向和风速随高度变化1 风速随高度增大 风向随高度顺转 风速随高度增大 风向随高度顺转 风速先增后减风向随高度顺转 风速先增后减 风向随高度顺转 S型风速变化不规则图 径向速度场上的急流 典型的径向速度场显示 2 垂直方向风向不连续零速度线出现折角1 风向突变90度 上下两层先增后减 实际大气中常出现风向的垂直不连续现象 例如在锋面 低空急流附近 或晴空时的边界层附近 实测风向突变90 风向突变180 上下两层先增后减 风向突变小于180 急流与风向突变 高低空急流的风向转变 径向速度场的低空急流 3 非均匀流场的径向速度图大尺度辐合场和辐散场 如果实际风向在各高度层上为大尺度的发散或汇合场 则
7、在速度图上 零等速度线呈弓形 但弓的背面必在雷达中心 用正负速度区的面积判断辐合和辐散的类型 S正 S负 辐散 S正 S负 辐合 3 非均匀流场的速度图1 辐合场 辐合 2 辐散场 辐散 大尺度的辐散场 辐合场的实例 3 锋面 气团移出源地后 与其它气团相遇 这些气团具有不同的温度和湿度特性 冷暖气团之间狭窄的过渡区域 称为锋面 锋面天气 具有很强的温度梯度 静力稳定度 绝对涡度和风垂直切变 因此常常造成大风 阴雨 雷暴 风沙等恶劣天气 锋面的空间结构 通常向冷气团一侧倾斜 一般锋可分为冷锋 暖锋 静止锋和锢囚锋 锋面附近气象要素分布 锋面附近各种气象要素会有明显的差异 在天气图上 根据这些差
8、异来确定锋面的存在和位置 锋区内温度水平梯度远比其两侧气团内部大 气压场特征 锋面处于低压中 等压线的最大曲率在锋线处 由于锋处于低压槽中 所以在水平方向从锋后到锋前 风呈气旋式转变 锋面附近径向速度分布 根据天气学原理 锋面或切变线邻近的两侧地区 风向突变 锋面或切变线为风向突变的狭长过渡区 利用多普勒雷达的径向速度资料 可以确定锋面或切变线之前或之后的流场特征 从而表明了锋区的存在及其所处的位置 锋面未到达时 锋面未到达的速度图 锋面到达 锋面离开 冷锋过境前速度图像零速度线出现折角 冷锋过境后速度图像 反 S 型流场冷平流 暖锋过境前 冷锋位于测站的径向风速场 冷锋过境时的流场 海燕台风
9、的速度图 中小尺度系统常与暴雨 冰雹 雷雨 大风 龙卷 下击暴流 阵风锋等灾害性天气密切相关 识别中小尺度系统的速度图像 是用实测资料分析对流性天气的重要基础 中小尺度系统不是在整个观测范围内识别 只是在显示屏上选择一小区域 将其放大 因此要确定选择小区域在雷达有效探测范围内的方向 并近似认为这个区域在同一高度层上 4 中小尺度现象 强对流天气定义 强对流天气 目前我国通常规定龙卷或冰雹直径 5mm或阵风风速 17m s 以及24小时降水在50mm以上的对流性天气 天气尺度划分 按大尺度 Macro 中 Meso 和小 Micro 来划分 每一尺度约差两个量级 中小尺度天气系统标准 中尺度 2
10、0 200km 小尺度2 20km 特征 水平尺度小 气象要素梯度大 非地转平衡和非静力平衡 类型 中低压 中气旋 雷暴群 对流风暴 气旋和锋面中的中尺度系统 MCC 中尺度重力波 海陆风环流 高低空急流中的大风核 热岛效应 龙卷等 中小尺度天气系统的对象FallenHail FallenHail HailDamage Hail 美国强对流系统中龙卷是最严重 超级单体风暴云 超级单体风暴云 产生强降水超级单体 Roanoke TornadoPath19 36 19 43UTC Roanoke TornadoPath19 38 19 44UTC 百里风区 年年风阻运输冷锋后偏北大风 20072月
11、28日1 55 5807次列车运行至南疆铁路吐鲁番段珍珠泉至红山渠站间42公里 瞬间大风袭来 11节车厢侧翻 2 00前后珍珠泉平均风速32m s左右 瞬时风速最大达到43 4m s 风力超过13级 新疆30里风区强风4月10日吐鲁番市区沙尘暴列车车窗被大风卷起的沙石打碎 灾情与实况2006年6月25日17 20 19 30 陕西中部出现了强雷阵雨 大风 冰雹天气 渭南市大部分地区出现了7 8级短时大风 大荔县出现最大风速32 5m s的11级狂风 为历史最大值 渭南市7县43个乡镇遭受强雷雨 大风 冰雹灾害 降雹持续时间10 40min 最大雹径3cm 19 04大荔县 34 9 N 109
12、 9 E 1小时降水量17mm 同时伴有12级大风 最大风速33m s 突破了历史极值 2006年6月25日陕西中部飑线弓形回波雷暴大风 大风造成大荔26个乡不同程度受灾 吹到树木12000根 损毁房屋4126间 因灾受伤50多人 死亡8人 其中7人为大风吹倒房屋所致 1人为雷击死亡 此次灾害涉及面积广 损失严重 共造成共84 2万人受灾 倒塌房屋2500余间 农作物受灾面积37 88万亩 绝收21万亩 设施农业受灾1 5万棚 在12分钟的狂风冰雹中 7个年幼的生命瞬间离去 对事发跆拳道馆坍塌事件的所有亲历者和目击者来说 是一场惨痛记忆 2007年7月合肥龙卷 2006年8月4日佛山龙卷 20
13、09年6月3日河南飑线大风雷暴 2005年6月10日黑龙江宁安市沙兰镇沙兰河上游山区突降暴雨 淹没了沙兰镇中心小学 103名学生 2名幼儿在内 共117人遇难 强对流伴随的雷电灾害 以大电流 高电压 强电磁辐射为特征 北京2005年5月31日强冰雹 4 中小尺度速度场识别 中小尺度天气系统运动尺度小 雷达的探测范围内能测到它们全部 讨论速度图是迅速识别强对流天气系统流场结构的基础 假定 雷达站位于图像的南方 中尺度辐散和辐合场 表现为正负速度对 实测的辐合和辐散场 2 中尺度气旋 3 环境风中的中气旋 强对流天气中的中气旋 强度图 速度图 4 中气旋中的龙卷涡旋 径向速度图中的逆风区 逆风区
14、局部中尺度垂直环流的形成 作为对流性暴雨天气的判据 逆风区 辐合型中气旋 纯辐合 正负中心呈向径对称 纯气旋 正负中心呈方位对称 辐合型中气旋 正负速度中心与向径有一夹角 由两种流场的相对大小和强度而定 伴有辐合的中尺度反气旋 练习 中小尺度流场的特征 假设 雷达站位于图像以南 判断中小尺度天气系统 中尺度气旋 暴雨 龙卷 冰雹 强风等剧烈天气 确定雷达站位置 查找近邻的正负速度对 根据两个速度对相对雷达站的位置 确定是气旋 反气旋 还是辐合 辐散 根据正负速度区的中心数值识别其强弱 判断其发展 低层是辐合性气旋 高层是辐散性反气旋 则系统将发展 如果气旋和反气旋无明显辐合 也无明显辐散 中尺
15、度系统达到一个相对极值 未来在一个较短时间内将发生调整 课后习题 1 简述零径向速度的定义和意义 2 当风速为5m s 风向从地面到高空均为北风时的径向速度的特征 并绘制风速随方位角的变化 3 在均匀风场下零速度线为直线的风场有哪些特征 4 在均匀风场下 若零速度线顺转 径向速度的分布特征有哪些 如果风向逆转呢 5 在均匀风场下 若风向随高度不变 风速在中空有最大值 简述此时多普勒速度图像特征 6 在冷锋过境前 过境时和过境后 其径向速度图像正负区的分布 以及零速度线的特征 7 径向速度场上辐合和辐散流场的特征如何 8 在径向速度场上如何识别中气旋和中反气旋 9 在径向速度场上怎样判断中小尺度天气系统 10 判断下面两张图中的风场情况 包括风速大小 方向 以及随高度的变化情况 第10题图1 第10题图2 谢谢
