用改善的EVAD技术和变分法计算大气垂直速度.pdfVIP

S4用改善的EVAD技术和变分法计算大气垂直速度 1 2 2 3 胡志群 汤达章 梁明珠 夏文梅 1 南京气象学院 应用气象系 2 大气科学系 江苏 南京 210044 3 江苏省气象台 江苏 南京 210008 摘要 Srivastava等人提出的EVAD技术 在实际应用过程中 因经常出现病态矩阵 而无法求解 Thomas利用权重函数法解决求解问题 本文提出利用修正的Gram-Schmidt算法 MGS法 解决求 解问题 并通过两个实例 根据这两种改善的EVAD方法 分别计算出大气平均散度 再用变分法 对散度值进行调整 然后利用连续方程 计算大气的垂直速度 并对各种结果进行了比较分析 关键词 多普勒雷达 EVAD技术 MGS法 变分法 大气垂直速度 对于大 中尺度天气系统的大气的垂直速度测量 一直是气象学当中十分重要但又很困 难的课题之一 随着我国多普勒天气雷达布点工作的展开 利用多普勒天气雷达资料获取大 气垂直速度将是一项经济而且行之有效的办法 对改进我国非常规气象资料的利用有着重大 的实际意义和令人鼓舞的前景 大面积降水的产生 维持和消散往往跟低层的大尺度辐合辐散有关 低层辐合 有利于 降水产生 或维持 辐散则相反 相对应的多普勒速度图像上的辐合辐散特征一般很明显 但利用径向速度对各高度水平散度加以提取 并形成定量化的雷达产品国内外还没有 本文 利用目前已较成熟的EVAD 技术 在这方面作了一些尝试 60 年代初期 Lhermitte 和 Atlas [1]提出了单部多普勒天气雷达测量风场的一种方法 称 为VAD Velocity Azimuth Display 技术 应用这种方法 单部多普勒雷达可以得到降水区 中各高度上的平均风向和平均散度等 在VAD 方法中 因为V 实际上为雷达有效照射体积 f 内平均大气垂直速度w 和雨滴在静止大气中平均下落末速度 W 之和 因此 当雷达高仰角 0 探测 使V 对径向速度V 的贡献不可忽略时 由于V 的不确定及在水平方向的不均匀性 f r f 将导致利用VAD 方法求得的水平散度有较大的误差 只有当雷达VAD 扫描仰角较低或有效 照射体积中粒子的垂直速度V 已知时 才能得到不同高度上的水平风向 风速 散度和形 f 变等物理量的垂直结构 为了改进这个缺点 Srivastava[1]等人将 VAD 方法加以改进推广 称之为推广速度方位 显示方法 Extended VAD 简称EVAD 方法 他假定在某一高度h 的平面上 水平散度和 垂直速度在较小的高度间隔内不变 为某一常数 这样应用此间隔内不同仰角或不同距离的 径向速度资料 得到多个水平散度和垂直速度值 然后应用最小二乘法 得到这二个物理量 的最佳估计值 但此方法假设条件有问题 违背了回归变量的方差在独立变量的范围内为一 常数的基本假定 故分离水平散度的效果不好 并且在实际计算过程中 使用最小二乘法求 散度估计值时 因经常为病态矩阵 而无法求解 Thomas [2]在Srivastava 的基础上 提出用带有权重的最小二乘法分离水平散度的技术解 决求解的问题 并且分离的效果有所改善 但在信噪比较小 速度谱宽较宽的条件下 还存 在误差 基金项目 江苏省科技厅BS2003054 项目资助 1 [3] 本文提出利用修正的 Gram-Schmidt算法 MGS法 解决求解的问题 得到与Thomas