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【闲聊娱乐】雷达测风注意事项

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有感而发打字,所以没图:
1. 观察的高度跟雷达仰角、水平距离有关。因为大气折射,雷达的扫描路径会比纯粹的直线向下偏移,所以在用几何方式使用地球半径和简单的毕氏定理计算扫描高度的时候,使用的等效半径是本身的半径*1.33。基本上,仰角提供一个跟距离呈线性的高度,地球曲率再提供一个二次的额外高度。高度自然会影响换算因子,比较低的高度有更多实测资料来找出一个普遍的换算因子,高度高的话则缺少数据
2. 径向解像度大致不变,但切向解像度跟距离成正比(角解像度不变)。这会导致远处台风的眼墙回波在一个方向比另一个方向窄,需要注意(例如测量眼的大小的时候,又或者看22奥鹿南海巅峰)
3. 雷达测风的原始数据会混入一些像素级的波动,有一些是台风实际的波动,另一些是雷达的测量误差。如果可以长时间、对一定区域取平均,可以减少这种误差
4. 不过想对区域取平均的话需要注意风的方向。单雷达测风只能测径向风,这意味着如果一个普通C5有着平均140kt的FL风速,360度的眼墙里只有大约60度(arccos(135/140)*4)的眼墙能够测到不低于135kt的风速,剩下300度的区域都会因为风向对不准而测不到本来的风速。理论上,定一个中心后,假设风完全是绕着中心的切向风,可以弥补一下这个问题
5. 承上,危险半圆在吹相对于雷达的切向风的话就基本不可能直接测量了。这时候可以假设FL风速场是个轴对称风速场叠加移速。进行这个计算的话,推荐同时计算两侧眼墙的风速,然后取平均,之后再叠加
6. 如果有多个方位的雷达,可以更准确地反演出全方位的雷达风场,实际上机载雷达就能做到这点。
7. 我们常用的FL风速是过程中飞机遇到的最高10秒平均风速。这个FL风速本身会波动,而机构的习惯往往是取高值。和机载雷达的风场比较的话,会发现FL风速往往比雷达风速略高;我记得偏差是5kt的量级
所以,从雷达风场定强的话,起码需要经过以下计算:
强度=(对最高雷达风速取时间和空间的平均+雷达解像度补正+飞机采样补正+危险半圆移速补正)*高度换算因子
例子(具体数据可能出错,请注意):有一个奥鹿在东侧扫到了64-69m/s,先折合到67*3.6/1.852=130kt。奥鹿是远离雷达的针眼台风,切向解像度很明显看不清眼墙,激进一点+10kt。飞机采样效率高,一般再+5kt。扫的方向完全不是危险半圆,移速有15kt左右,所以保守一点+10kt。计算后高度大约是2.5km,基本上就是700mb高度,换算因子0.9。最终强度:(130+10+5+10)*0.9=139.5kt
现在能想到的大概就这些,欢迎补充


IP属地:英国1楼2024-02-11 03:31回复
    2


    IP属地:江苏来自Android客户端2楼2024-02-11 03:48
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      放两张高度折算常用到的图
      图一是考虑了大气折射的回波高度折算表,通过仰角和距离计算出ARL(雷达站以上的高度),若雷达站有海拔再加上雷达自身海拔,得到扫描高度。
      图二是tc风速随高度变化的平均曲线,这个曲线仅统计到3km,更高空的层面比较缺乏数据,平均而言风速应该是递减的,但有一小部分(dorian,海燕等)会有第二个风速峰。实际情况中单个tc的垂直结构可以明显偏离平均曲线,但采用雷达定强时很难有关于垂直结构的明确信息,这也是雷达测风定强主要的误差来源之一。



      IP属地:江苏来自Android客户端4楼2024-02-11 04:04
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        “理论上,定一个中心后,假设风完全是绕着中心的切向风,可以弥补一下这个问题”
        GBVTD其实就是这个手法的进阶版简单理论里,多普勒雷达测量到的风速=实际风速*sin(夹角),也就是说会按照雷达风速/sin(夹角)来推算实际风速。这意味着夹角越小、误差越大,因此反演时也是夹角小的区域的风速更容易出现偏差
        然后这种误差一般来自于中心位置的错误,这机制导致平均风速、以及以此推算的气压的准确度会高于最高风速的准确度。也就是说,16chaba的推估气压会比风速可靠


        IP属地:英国5楼2024-02-11 04:09
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          哦对了,推估气压的理论基础是非边界层风速约等于梯度风+低空气压梯度能够直接折算为地面气压梯度。根据一些数值模拟的研究,4楼提到的双高度风速峰是实际风速在超梯度风-次梯度风(实际风速高于/低于梯度风)之间随着高度增加而切换所造成的现象。
          近海面的风速受摩擦力影响,显然是次梯度风,而核心区边界层顶端(一般不高于1km)则会有超梯度风。对大多数台风来说,更往上的风速都趋近梯度风,而这梯度风也会随着高度增加、“暖心厚度”减少而慢慢减弱。不过根据模拟,如果台风有高强度和比较小的眼,容易在高一点的高度(大概2-3km,但要按照个例来分析)产生次梯度风,並在更高的高度(4-6km)产生超梯度风。
          上述动力学方面的因素显然会同时影响气压反演的准确性和风速的高度换算因子的具体数字,所以很需要多用雷达(包括机载雷达)来观察一些有着三维风场的、会随着第四维时间变化的台风不过如果只是想比较相对强弱,那么难度倒是低两截


          IP属地:英国6楼2024-02-11 04:21
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            借楼放一些台风的数据,读数进行了时间和空间的人脑自动平滑
            23苏拉:巴士巅峰捕捉到了全程,风速巅峰8.30 08-10Z,在130-135kt之间反复波动。由于是在东边测得,加5kt移速补正,再加5kt飞机采样补正。波束高度3.3km,换算系数估一个0.95,最终结果约135-140kt。
            23小犬:风速巅峰10.4 11Z,2km高度140kt,由于北边眼墙很烂就不往上加移速了,加5kt采样补正之后换算结果为120-125kt。
            16莫兰蒂:进入扫描范围的时候是9.13 18Z(刚过itbayat),测得170-175kt,高度2.4km(差不多是FL高度)。再加5kt采样补正,最终结果155-160kt。
            21灿都:擦湾湾北上的巅峰,9.12 01Z稳定测得150kt左右风速,高度2.6km,加5kt采样补正之后换算结果为135-140kt。


            IP属地:美国7楼2024-02-11 07:03
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              苏拉8/30 08~10z附近的一些图像







              IP属地:北京来自Android客户端10楼2024-02-11 08:35
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                灿都 9/12 01z





                IP属地:北京来自Android客户端13楼2024-02-11 09:05
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                  莫兰蒂这个点儿大概意思意思,刚开始进动,雷达比较远
                  小犬就不放了



                  IP属地:北京来自Android客户端15楼2024-02-11 09:21
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                    灿都确实挺抽象的,9.13 00Z测下来大约还有110-120kt,09Z还有85-90kt,这都和上海一个纬度了


                    IP属地:美国16楼2024-02-11 09:43
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                      0. 为什么是这贴是【闲聊娱乐】
                      1. 那既然是我提出整这么一个贴的,那我就写个雷达测风的原理与基础吧
                      什么是雷达测风?
                      雷达测风是通过多普勒效应带来的回波频率变化来测算物体的相对速度。高中物理告诉我们,这个测速需要计算两次频率变化,一次移动发射源,一次移动物体,具体怎么算这里就不再赘述了。
                      然而,现代雷达并非这么简单,为了提高雷达的观测能力,现代雷达使用了「脉冲波」(相对于连续波),因此,我们需要引入另一个雷达的基础参数:PRF(Pulse Repetition Frequency,脉冲重复频率)。
                      我们还需要注意,雷达所测得的是「径向速度」,切向速度并不能被探测到,其中,「正的速度」为远离雷达,「负的速度」为接近雷达。
                      有聪明的小伙伴可能注意到了,当速度大到超过上限的时候,他就变成负的了???
                      这个「速度上限」就是最大不模糊速度(Nyquist Velocity)
                      辣么 什么是最大不模糊速度?那些「倒过去的速度」(模糊的)是怎么一回事?
                      这里面的物理其实很好理解,我们刚刚提到的PRF就是其中的罪魁祸首。
                      解释起来有点困难,看这个图就明白了
                      上面是实际的发射频率和回波频率的差距,下面是雷达所解算出的,点代表的是每次脉冲

                      当回波和发射的频率差距大于PRF/2时,就会出现速度模糊
                      通过重新排列(过程我懒得写了),我们可以得到最大不模糊速度=(PRF*波长)/4
                      如果我们遇到了模糊的速度,按照不模糊的地方推出他的正确方向,然后转换回去就可以了
                      这个过程就叫做「退模糊」(dealiasing)
                      为什么大家计算雷达高度用的不是地球的实际半径?
                      地球的大气会让雷达波发生折射,其中,取决于具体的条件,大气的折射率还有可能发生变化,在极端条件下,折射甚至可以超越地球的曲率。
                      通常计算所使用的「等效地球半径」为8500km,也就是1楼介绍的6378*1.33
                      为什么雷达经常测到高的离谱的速度?为什么要重采样
                      在理论上雷达能测到的是很完美的高分辨率风速,然而在现实世界中,是会有噪声的。
                      同时,我们要考虑到小尺度的风速变化,正如之前的楼层中提到,这一点其实和阵风是一个道理。
                      在热带气旋中层这样很接近理想的环境里,在一定面积内一个时间的平均风速和在一个点测一定时长的平均风速存在一定的对应关系。
                      通常,在热带气旋分析中使用的雷达是重采样到5km或6.25km分辨率的,在今天,大部分雷达的分辨率都比这两个数字要高。
                      当然,大家往往也使用土方法,直接采集最大风速区周围几个像素点的平均风速,根据经验,也不会有太大偏差。


                      IP属地:北京17楼2024-02-12 02:38
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                        苏拉风速巅峰可能在8.29夜间融合置换前
                        这时候CMG成环,眼温也不错,哨兵扫了19℃,WMG同样铺满眼底




                        IP属地:北京来自Android客户端18楼2024-02-12 10:14
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                          海葵有雷达测风吗?


                          IP属地:广东来自Android客户端19楼2024-02-12 11:19
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                            南海等等其他有没有雷达测风数据,Noru2似乎测出过顶级C4水平,其他的比较强的想看看


                            IP属地:浙江20楼2024-02-13 16:53
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                              雷达测风还可以这样子用来(像JMA试验的方式那样)推算一下气压。我是手动选取了关键地点的风速来结合梯度风公式推算气压,技术力更高的话还能用上整个二维风场来推算
                              (眼内气压梯度是相当重要的,因为眼内的回旋半径小,气压梯度会比风速偏高。因此,眼内风速分布的内推能够比较明显地影响结果)
                              本次结论:轩岚诺在31日置换期的气压可低达900hPa


                              IP属地:英国21楼2024-02-18 05:46
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