本技术涉及气象学领域,提出了一种创新的阵风锋识别技术,该技术整合了测风激光雷达和多普勒天气雷达的优势,以提高对超出激光雷达探测范围的阵风锋的识别能力。
背景技术
强对流单体中的下沉气流将高空冷空气带到地面形成冷池,并在近地面处形成辐散风场向四周扩散,受单体移动方向、地形及天气背景影响,这一扩散气流在强对流前沿形成一条弱冷锋,成为阵风锋。阵风锋多发生在成熟阶段的风暴单体或飑线附近,由雷暴大风引起,由于下沉气流的近地面出流常常风速极大,阵风锋在局地表现为雷暴来临前的突发性强烈阵风,形成显著的强风切变,常常造成严重的气象灾害。当阵风锋经过本场时,会导致本场附近出现明显的风切变,对于飞行器的起降具有严重的威胁,因此准确有效识别阵风锋具有非常重要的意义。
目前主要依靠多普勒天气雷达来探测阵风锋,主要方法包括(1)基于径向风场中的辐合线进行识别;(2)阵风锋在多普勒天气雷达的回波图像中表现为强对流前沿的一条或多条弧形的狭窄弱回波,因此还可以基于回波图像中的窄带弱回波进行识别。或者还可以采用上述两种方法的结合来识别。但是多普勒天气雷达对于阵风锋的近场探测是长期以来的难题,多普勒天气雷达对于尤其是10km以内的近场阵风锋存在识别效果差、变形严重的问题,主要原因包括:(1)从回波特征来看,阵风锋的窄带弱回波会淹没在近场的晴空杂波中,客观上增加了误判风险。(2)从速度场特征来看,阵风锋的径向速度辐合特征仅在方位角夹角约正负45度区间范围内较为显著,而多普勒天气雷达的信噪比较低、风场一致性较差,从而在近场更加难以有效获取阵风锋识别图像。(3)多普勒天气雷达的扫描周期较长(典型值为6分钟),难以对快速移动的阵风锋(约1-2km/min)进行精细化的探测追踪和准确的临近预警。
目前还有一些做法会利用测风激光雷达来探测阵风锋,阵风锋在径向风场中表现为类似锋面的特性,从而可以基于辐合线的识别方法进行探测。与多普勒天气雷达相比,测风激光雷达的信噪比高、速度场一致性更好,从而可以对阵风锋在方位角夹角更大的区间内进行近场识别。另一方面,测风激光雷达的时空分辨率更高,从而可以对阵风锋进行更精确的临近预警。但是测风激光雷达的缺点在于:(1)受限于探测范围,难以对阵风锋进行远距离监测;(2)同样受限于探测范围以及探测手段,难以对阵风锋相关的强对流单体进行探测确认,从而增加了虚警误判的风险;(3)外推算法需要相邻两个以上时次的锋线观测历史记录,因此需要阵风锋锋线深入测风激光雷达的视场数公里才能完成历史记录的积累,实现较好的识别效果,这极大限制了临近预警的时效。
实现思路