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本文利用我国2007年8月建成的首部沿海新一代移动天气雷达(CINRAD/CCJ)和长乐新一代天气雷达(CINRAD/SA)对台风和强热带风暴的观测数据,应用单多普勒雷达VAP反演和本文新提出的热带气旋VAP扩展应用方法(TCEVAP),以及双多普勒雷达三维风场反演等方法,结合卫星云图资料、6h一次的NCEP再分析格点资料(水平分辨率为1°×1°经纬度)、区域自动气象站加密观测资料及常规气象观测等资料,对2007年登陆和影响福建的热带气旋环流内中小尺度系统包括台风外围强降水系统、台风外围小涡旋、台前飑线以及台风近中心结构进行分析和研究,开展的主要工作和得到主要结论如下:
1、新设备、新资料的及时应用。CINRAD/CCJ是2007年中国气象局在我国沿海布设的第一部新一代移动天气雷达,它的建设目的一方面是为了弥补长乐天气雷达正北方向的盲区,另一方面是为了加强沿海特别是台湾海峡的气象服务保障能力,同时也可以通过移动观测为科学试验提供支持。CCJ雷达宁德白马山主阵地与长乐雷达相距66.2km,是处于最佳探测距离的双雷达。在该雷达到达福建的第二天就进行了移动观测,并获得较为精细的观测数据。在2007年3个相关台风和热带风暴天气过程中,CCJ雷达均进行了观测。本文及时应用新设备观测的资料,对台风相关系统结构进行分析,一方面挖掘最新探测数据的科学价值,使新设备的建设效益得到及时的发挥;另一方面对雷达系统的探测能力进行检验,对今后科学试验的组织和方案设计、业务运行管理均有借鉴作用。应用分析表明,CCJ雷达的探测能力和机动性能较强,能够在移动和固定状态下获取比常规雷达更为精细的观测数据。通过与固定雷达的联合观测,可以获取比以往单多普勒雷达更多的关于热带气旋结构方面的探测信息。
2、提出一种新的适用于热带气旋近中心环流的VAP单多普勒雷达风场反演扩展应用方法(TCEVAP)并进行了初步应用分析。它是根据热带气旋近中心环流近似对称的特点,在离中心等距离的圆周上采用局地风速不变,风向线性变化的假定条件,对风场进行反演的一种方法。对“韦帕”台风的初步分析结果表明:
1)该方法的反演结果基本合理,既能反演出热带气旋近中心区涡旋性切向环流,又能反演出法向风分量。2)台风眼区附近的风向基本上沿眼壁的切线方向;3)在螺旋云带上的强回波区,以及螺旋云带内侧和尾部附近,风场具有一定的特征;4)反演风场中的正涡度高值区(气流气旋性曲率高值区)往往对应于雷达回波强度高值区。
3、双多普勒雷达三维风场反演技术的应用。应用较先进的双多普勒雷达三维风场反演技术,对台风外围小涡旋发展、台前飑线及台风外围强降水的中尺度结构进行了分析,增强了对台风结构的了解。其中的台风外围小涡旋发展和台前飑线的双雷达观测个例国内尚不多见。分析结果表明:1)台风外围云系中的扰动可以发展成小涡旋,其动力学机制有待探讨;2)在适当的条件下,台前飑线的前端附近会出现对流云体的“自组织”现象,生成一条与台前飑线相似的云带;3)台前飑线的结构有三个特征:一是每个强回波中心背向台风中心一侧的迎风面对应于强风中心。二是每个强回波中心迎风面一侧中低层对应正涡度区,背风一侧为负涡度区。另外,在强中心的低层存在小范围负涡度区;三是靠近台风中心一侧是系统性的上升气流。而在背向台风一侧是系统性的下沉运动,而且这种在回波中心两侧的垂直运动的变化非常急剧。对于发展强盛的回波中心区,迎环境风一侧为上升气流,背环境风一侧为下沉气流。强回波底部会出现由降水所引起的下沉气流;4)台风外围强降水系统内,强回波区的迎风一侧有系统性的上升运动,背风一侧有下沉气流。强盛阶段时强回波的下部出现下沉气流。在减弱阶段,回波强度大大减弱,强回波范围逐步分散并缩小,上升速度明显减弱,且在背风一侧出现较大范围的下沉气流。降水强度,由对流发展的强度、大尺度环流和水汽背景条件及特殊的山地地形抬升作用共同决定。
4、双雷达风场反演技术业务应用基本框架的建立。本论文的出发点来源于实际业务需求,在本论文研究过程中进行了相关的数据处理、显示、分析功能的集成开发,完成了双雷达观测技术应用于实际业务的基础性工作。