S波段与X波段天气雷达探测参量差异及组网融合处理研究

随着X波段双偏振雷达探测网的增多,与S波段双偏振雷达开展组网观测愈发具有必要性。利用北京地区2021年7月27日的一次强对流天气过程的观测资料,对X波段双偏振雷达组网观测值和S波段双偏振雷达观测值进行一致性定量分析,结果表明：两者观测的反射率因子（Z）一致性好,差分反射率（ZDR）差异集中在0dB值附近,Z≥30dBz时,差分相移率（KDP）差异显著。根据观测值差异特征,比较了探测参量直接融合和距离指数权重融合两种数据融合方式,通过分析偏振参量垂直剖面图发现,融合后可以相互弥补探测盲区,KDP通过距离指数权重融合的方式过渡更加自然。本文融合效果可供不同波段雷达融合组网提供参考。     

常规天气雷达数字化组网软件设计

本文提出一种常规天气雷达数字化组网拼图的软件设计思想,包括单部雷达的数据格式、雷达局地直角坐标向地图直角坐标的变换以及准实时组网软件建立原则和结构流程。并介绍在IBM PC/XT微处理机上初步建立的华东雷达网模型。     

江苏北部龙卷雷达组网探测策略

为了探测、分析和研究尺度小、生命史短、致灾重的龙卷等强对流天气三维精细化垂直结构及演变规律,江苏正在龙卷易发区苏北平原建设高时空分辨率的双偏振雷达网。本文为支撑苏北龙卷雷达网建设,从龙卷雷达组网的必要性出发,重点分析苏北龙卷雷达组网策略。研究表明:(1)苏北龙卷雷达网拟采用大天线、全固态、高性能技术指标的X波段双偏振雷达组网,采用不同的观测模式,可获得空间一致性好、时空分辨率高且丰富的探测数据,满足龙卷等强对流天气的快速、精细化探测要求。此外,采用较高的脉冲重复频率等扩展测速范围,解决X波段雷达速度模糊问题。(2)经理论计算与比较,苏北龙卷雷达网可采用正三角形组网拓扑结构,取累计空间密度值90%,雷达间距为60km时,波束直径b_s特征值为282.0m,最低波束高度b_h特征值为52.6m,探测灵敏度Z_(min)特征值为2.7dB;X波段雷达组网与S波段业务雷达相比,在60km探测距离处,其波束直径减小了约2倍,0°仰角盲区高度降低了约1.5倍,探测灵敏度降低了2.4dB。即在方位分辨率、探测盲区、弱回波探测能力、数据空间一致性等方面均得到提升,可提供更多低于1km、甚至百米的高时空分辨率的雷达资料,便于捕捉龙卷等强对流天气。(3)苏北龙卷雷达网在盐都、阜宁、大丰、宝应、兴化(龙卷易发区),各布设一部固定式X波段全固态双偏振多普勒天气雷达。综合考虑在苏北平原雷达选址的各种因素,最终雷达网基本单元拟采用近似正三角形(N=3,L=45～65km)的拓扑结构。5部高时空分辨率的龙卷探测雷达组成3个近似正三角形的单元,镶嵌在S波段雷达业务网内(盐城、淮安、泰州雷达中间)。后续可进一步增加雷达数量及拓宽观测区域,例如在高邮等龙卷易发地区,可增补X波段天气雷达或C波段相控阵天气雷达。     

数字化测雨雷达的组网与拼图

从气象业务的实际应用出发，阐明了以呼和浩特713天气雷达为主站，集宁、东胜711天气雷达为子站进行数字化天气雷达组网、拼图的意义和作用。论证了组网拼图的必要性及研制实施过程中的依据和方法，提出了目前尚存在的问题及投入业务应用和建立广域的中西部测雨雷达组网拼图的设想和方案。     

多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析

在正常情况下, 由于天线仰角和地球曲率原因, 雷达波束位置在远距离处要比近距离处高。当雷达电磁波能量被部分阻挡时, 回波强度观测值低估; 被完全挡住时, 探测不到地物后的目标。该文利用高分辨率地形高程数据计算波束阻挡率, 确定组网拼图有效数据区域以及波束部分阻挡时的回波强度订正方法。根据业务观测模式VCP11及VCP12的14个仰角值, 在标准大气假定下, 对湖南、江西、浙江、福建、广东、广西和海南已建多普勒天气雷达组网的数据有效区域进行计算, 绘制出海拔1500 m, 3000 m和6000 m高度上有效区域图。分析结果表明:CAPPI数据有效范围比等射束高度图更能反映出多普勒天气雷达业务观测范围; 若采用VCP12模式观测, 与采用VCP11或VCP21模式观测相比, 不仅增加低层探测密度, 而且可扩大雷达实际探测距离, 其回波数据更适合于组网拼图。     

多部X波段天气雷达测量偏差分布及组网拼图结果分析北大核心CSCD

在与附近新一代天气雷达对比的基础上,利用自2013年6月起中国科学院大气物理研究所的三部X波段天气雷达在江苏开展了组网观测试验的观测资料,初步对雷达的探测能力和雨区衰减做了分析和订正,同时使用了中国气象科学研究院三维组网系统,将X波段天气雷达与业务雷达资料组网,探索了X波段天气雷达的对业务雷达的补充效果。结果表明:(1)X波段天气雷达的观测数据分别受到了地物回波、遮挡及雨区衰减的影响,已对基数据做了初步的质量控制;(2)通过回波结构和廓线图的对比,经地物抑制、衰减汀正等方法质控后的数据存一定范围内具有较高的可靠性,同时三部X波段天气雷达能够有效探测到60 km内的降水结构,其回波分布较为合理,准确的反映了降水区域的特征;(3)将三部X波段天气雷达观测资料与业务中的新一代天气雷达组网后,得到了结构连续、分布更广、平滑作用更低的资料,补充了新一代天气雷达的低空盲区。     

新一代天气雷达三维数字组网软件系统设计与实现

天气雷达三维格点组网基数据具有多方面的应用价值,而且,新一代天气雷达观测资料目前基本上都可以实时传输到区域中心,为充分发挥雷达网的作用,基于近期相关具有实用性的研究成果,在国内首次研制了新一代天气雷达三维数字组网软件系统.系统以后台数据处理为核心,辅以简便的控制界面,多线程编程技术提高了系统数据处理的效率,模块化的多线程管理便于扩展新算法模块,混合语言编程技术缩短了科研成果业务化应用的周期.系统可在微机上运行,进行高时空分辨率的区域雷达三维数字组网以及二次产品生成.     

基于雷达回波概率特征的雷达部分遮挡区域识别算法

部分遮挡是影响雷达观测资料质量的重要误差源之一。基于雷达回波的概率特征,本文提出一种不依赖高精度地形信息的雷达部分遮挡区域识别算法。该算法无须以人工方式建立样本数据库,只需直接检测实际业务应用中雷达连续观测的反射率因子,统计雷达探测范围内的每个格点出现大于某一反射率因子阈值(定义为Z阈值)的概率,并通过设置适当的概率阈值(定义为C阈值)来确定不同遮挡性质的雷达探测区域。应用该算法,使用2012年5-10月金华、衢州及上饶雷达连续探测资料,识别得到金华、衢州和上饶三部雷达距离地面3 km高度层上CAPPI的完全遮挡区域、部分遮挡区域和无遮挡区域;同时,通过对比2013年4月29日金华、衢州、杭州、上饶、黄山雷达3 km高度重叠探测区域的雷达反射率因子,检验了雷达部分遮挡区域识别结果的有效性,并分析了算法阈值的敏感性;最后,结合剔除部分区域弱回波的方案,对雷达组网拼图算法进行优化改进。结果表明:通过选择适当的Z阈值和C阈值算法,可以有效识别雷达部分遮挡区域;算法阈值的设置是识别部分遮挡区域的关键,较为适中的Z阈值有利于C阈值的选择;优化后的组网拼图算法可以有效解决部分遮挡问题,有效地提高了组网拼图数据的质量。     

一种基于分布式的雷达拼图处理系统框架

以TITAN（Thunderstorm Identification Tracking Analysis and Nowcasting）系统为基础框架，通过引入大数据处理技术，对系统中各个模块间的通信机制、数据处理和存储方式进行优化，结合中国气象科学研究院的雷达数据质量控制方法和高效的雷达数据解析和拼图方式，实现了辽宁省及周边地区10部雷达的同步观测和雷达组网拼图处理系统的实时运行和雷达产品的按需定制。该拼图处理系统能够实现雷达数据的流式传输；通过Kafka（分布式发布订阅消息系统）实现雷达数据的分布式处理；并通过采用Cassandra数据库存储，提高雷达数据存储的稳定性。     

多普勒天气雷达三维数字组网系统开发及应用

为充分发挥多普勒天气雷达网的联网观测优势,依托已有科研成果,开发了多普勒天气雷达三维数字组网软件系统。介绍了该系统的整体设计、系统框架、主要功能模块、数据处理流程和相关算法,分析了系统性能及组网结果的实用性、可靠性,讨论了实际应用中影响组网效果的两个重要因素。业务运行测试及实例分析结果表明:该系统运行稳定;在微机上可实现约15部雷达、频率为6min左右的高时间频率的三维组网;算法合理,组网结果可靠;为中小尺度天气分析提供了便利,为临近天气预报开发等工作提供了数据基础;有必要对软件系统进行升级,以便更好地满足应用需求, 提高组网结果质量。     

基于消息调度的江西省天气雷达拼图技术方法

为提高多普勒天气雷达资料处理效率,基于消息中间件技术、数据缓存等技术,开展了雷达资料处理与组网拼图技术应用研究.采用RabbitM Q消息中间件,实现雷达资料质量控制、网格化处理、数据缓存等实时调度处理.采用多进程技术,实现雷达资料组网拼图和可视化绘制.在此基础上,构建分布式并行业务运行系统,对江西省8部多普勒天气雷达进行组网拼图处理,实时制作时空分辨率分别为6 m in和0.01°的雷达拼图产品.基于消息的雷达拼图技术显著提高了数据处理时效,满足了天气监测预警等精细化气象业务服务需求.     

基于高分辨率高程数据统计分析新一代天气雷达组网的地形遮挡影响

新一代天气雷达由于受到地形限制产生波束遮挡导致波束能量衰减,从而造成雷达探测回波强度偏弱、雷达定量估测降水结果失真,因此对于雷达波束遮挡情况的统计和分析是一项重要的基础研究工作。利用SRTM （Shuttle Radar Topography Mission）数字高程数据对中国目前业务运行的212部新一代天气雷达波束遮挡情况进行模拟计算分析。计算结果包括雷达单站遮蔽角、VCP21模式0.5°、1.5°、2.4°、3.4°、4.3°仰角波束遮挡率、混合扫描及分区混合扫描波束遮挡率、雷达单站探测范围覆盖情况;计算并绘制全国天气雷达组网遮挡率拼图,统计全国天气雷达组网遮挡情况;利用2019年8月广东省11部天气雷达基数据对比验证单站及组网遮挡计算结果。结果表明雷达组网探测面积覆盖率超过70%,整体覆盖效果较好,遮挡计算结果与实际数据对比验证结果高度一致,对雷达数据订正、降水估测等产品具有正贡献。      

浅谈做好CINRAD／CC雷达的维护保障工作

1引言 随着全国新一代天气雷达组网布点建设接近尾声，新一代天气雷达已进入全面业务应用阶段，中国气象局也相应做出雷达维护保障从以厂家为主向省级装备部门和台站相转移的部署，这样对台站雷达机务人员的维护保障水平就有了一定的要求。本文对CINRAD／CC雷达的日常维护工作内容进行了简要的总结，主要是使雷达维护保障人员能够认识到雷达维护工作的重要性，掌握雷达维护的主要工作任务，从而降低雷达故障率，更好地发挥CINRAD／CC雷达的工作效益。     

多普勒天气雷达的统一授时和同步观测初探

多普勒雷达在短时预报和强对流天气的监测中发挥了很好的作用,将多部雷达科学地进行组网拼图,能够更好地发挥雷达的合力效能,而对参与组网的多部雷达进行统一授时,实现同步观测,可以进一步提高雷达拼图的质量。据此,介绍了采用GPS时间系统对雷达进行授时的具体方案,以及实现雷达同步观测的技术方法。     

三维可视化技术在雷达三维组网产品显示中的运用

采用三维可视化技术,将三维面重建算法和体重建算法引入气象雷达回波图像的分析中,同时与中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室开发的新一代3D组网拼图产品相结合,对2007年9号台风"圣帕"进行了三维显示。结果表明:对于单部雷达体扫产品,三维组网拼图产品能全面地掌握更大范围内雷达回波的演变过程;相对于单一的二维平面的分析显示,三维可视化技术在构建回波的空间分布状况,尤其是回波的空间结构上有更大的优势,三维可视化技术结合雷达三维组网拼图产品为雷达回波的分析提供了一种更为全面的方式。     

广州相控阵天气雷达组网站址分析

X波段双偏振相控阵天气雷达在观测中小尺度天气系统方面具有优势,然而在反射率因子超过一定值之后,有效探测距离会急剧下降。利用雷达组网建设,能确保有效探测,提高观测数据质量。根据相关文献资料,结合2018年5月7日广州暴雨过程,得出组网观测系统中的X波段相控阵天气雷达彼此间隔为35～45 km,基于此间距,通过综合分析,明确广州X波段双偏振相控阵天气雷达组网建设站址。     

CINRAD/SAD双偏振雷达非降水回波识别技术

双偏振雷达观测特征参量（如相关系数、差分反射率等）能有效抑制地物、超折射、电磁干扰、海浪和晴空等非降水回波。在上海南汇WSR-88D双偏振雷达非降水回波识别算法基础上,对我国升级布网且纳入业务运行的CINRAD/SAD双偏振雷达数据进行算法测试、算法模块适应性改进,利用江苏、广东的双偏振雷达观测冰雹、融化层、台风降水及各种杂波个例进行算法检验评估,并在组网拼图中展示质量控制效果。结果表明:总体上算法对非降水回波的识别准确率达到95.2%,降水回波的误判率为2.6%。但对夏秋季节夜晚的大面积晴空回波算法识别准确率低于90%,有待尝试利用深度学习方法改进。     

边界层风廓线雷达在降水时段中的在线分析应用研究

本研究提出了一种在边界层风廓线雷达连续运行的降水探测时段中对降水频谱进行在线分析的新的应用方式。详细介绍了边界层风廓线雷达在线分析原理和方法。同时结合典型降水频谱个例,分析了可获得的多个潜在的气象参数和信息。并指出,该在线分析方式的实施可以使风廓线雷达的应用领域从晴空探测向降水测量拓展;有效缓解当前风廓线雷达应用存在的瓶颈问题;间接证明边界层风廓线雷达组网间距不固定的观点。文章分析说明,随着在线分析方式的推广应用,边界层风廓线雷达将成为单站精细化气象探测和预报/服务的重要工具。     

天气雷达回波区域拼图实现方法

针对目前天气雷达存在型号繁多、开机时间不定等问题，提出天气雷达回波图像功率、时间、空间的归一处理方法，将不同雷达的回波图像归一化，为拼图提供统一的数据源，利用重叠区域回波技术构成组网雷达回波图像，采用球面投影技术，得到较为理想的天气雷达区域回波图。     

运用雷达组网拼图建立精细化人工增雨作业参数

利用安徽省合肥、阜阳、蚌埠、黄山4部S波段多普勒雷达,江苏南京、徐州2部S波段多普勒雷达,河南驻马店以及江西九江的S波段多普勒雷达,对这8部同型号的多普勒雷达进行组网和资料拼图插值,通过GIS数据和地理空间转换,建立了2～8 km高度强度场雷达拼图,并根据火箭弹道轨迹方程,计算火箭人工增雨作业的仰角、方位角和用弹量,精...