中国气象科学研究院雷达气象研究50年

该文回顾了自20世纪50年代以来, 中国气象科学研究院在模拟信号的天气雷达、数字化天气雷达、多普勒雷达和雷达新技术如双线偏振雷达、双基地多普勒雷达等雷达技术研究及其在冰雹、暴雨、台风等中尺度天气过程的监测和临近预报等方面的应用工作, 特别介绍了近年来开展的针对暴雨、台风的中尺度外场试验、双多普勒雷达和双多基地多普勒雷达技术在风场中尺度结构中的应用、双线偏振雷达在云和降水微物理结构探测中的应用、新一代天气雷达三维数字组网及临近预报方法研究等工作; 对中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室在雷达气象领域研究的未来进行了分析和展望。     

避雷针对天气雷达回波影响的研究

针对避雷针对天气雷达回波影响的问题,通过对天气雷达的盲区及雷达散射截面(RCS)的理论分析,利用HFSS仿真软件及实验的方法,研究水平极化下,不同材料不同尺寸的避雷针的雷达散射截面,结论是:在相同材料避雷针及相同雷达波长情况下,避雷针高度、半径与其雷达散射截面呈正相关;在相同雷达波长情况下,避雷针为理想金属的雷达散射截面比塑钢与理想金属组合材料的雷达散射截面大;实验结果表明避雷针架设在X波段多普勒天气雷达天线附近时,对雷达回波造成的影响可忽略不计.研究结果为在天气雷达附近架设避雷针提供了理论和实验依据,具有应用价值.     

星载雷达与C波段地基雷达数据一致性个例分析

为提高单部雷达与多部雷达组网探测降水的精度,对地基雷达进行了一致性定标。星载雷达作为标准参考源已应用于S波段天气雷达的一致性定标,但对于C波段天气雷达的适用性仍有待研究。为此,本文选择了位于较高纬度的兰州C波段业务雷达,设计了以星载雷达标定C波段雷达的方法。通过对两个降水个例进行分析发现:定标后的C波段雷达回波强度和降水反演精度均有一定改善。说明采用星载雷达对C波段雷达进行定标也是可行的,这有利于解决西部地区地基雷达组网探测的一致性定标难题,展现了良好的应用前景。     

新书架

正《多种雷达集成技术在中国南方暴雨监测中的应用》刘黎平等著该书从雷达探测暴雨、台风中尺度结构及其临近预报的需求出发,从新一代天气雷达在灾害天气监测和预警中的应用和雷达新技术的发展,特别是新一代天气雷达质量控制和三维基数据拼图、毫米波雷达及其在云探测中的应用、双线偏振雷达资料分析方法和应用研究等方面介绍了国内的最新研究成果。该书对雷达遥感研究、雷达技术发展、雷达在暴雨监测中的业务应用等方面均有重要参考价值,是雷达气象方面的研究生、预报员和雷达技术人员的重要参考书。     

网络化多普勒天气雷达反射率因子的衰减订正

利用国内第一个网络化雷达试验平台的观测资料,基于网络化雷达反射率因子衰减订正算法,对观测数据进行衰减订正。并与单部雷达自适应约束算法和常州S波段雷达观测资料进行比较分析,结果显示订正方案合理。个例分析表明,经过雨区后单部雷达探测的回波强度较弱甚至探测不到,而网络化雷达可以利用多部雷达的共同观测,弥补单部雷达探测上的不足,体现出网络化雷达衰减订正的优势。     

双基雷达联合探测降水廓线的研究

利用1998年淮河流域能量和水循环试验(HUBEX)中的一次地面雷达与星载雷达(简称为双基雷达)联合探测雨强的资料,比较了现有的几种测雨雷达回波衰减订正方法.选取了一条比较有代表性的降水廓线,利用地基雷达数据对其进行衰减订正.结果表明,在雨区的中上部,星载雷达探测效果优于地基雷达;从"零度层亮带”往下至近地面,地基雷达探测效果优于星载雷达.     

GPM/DPR雷达与CINRAD雷达降水探测对比

通过对比星载DPR雷达与地基CINRAD雷达的降雨测量值,评估星地雷达联合应用的潜力。为了提高对比的准确性,在尽可能高的时空分辨率下,以几何匹配与格点匹配相结合的方式,提取星地雷达降水样本数据。2015年6月30日降水过程的对比分析结果表明:泰州、常州CINRAD雷达反射率因子在两站中分剖面的平均值偏差0.94 dB,地基雷达之间有很好的一致性;在DPR雷达与常州、泰州CINRAD雷达同时覆盖的降雨区域,星地之间雷达反射率因子的平均值偏差分别为-1.2 dB和-1.6 dB,显示星地雷达也有较好的一致性;现有DPR雷达陆上衰减订正算法在缩小星地雷达偏差方面起到一定作用,平均订正量0.4 dB,只要回波覆盖充分,匹配样本的高度以及其到地基雷达的距离对对比结果没有明显影响,而衰减订正和匹配样本区回波覆盖率是影响星地雷达对比结果的重要因素。     

区域雷达网同步观测对比分析

利用长江中游的合肥、宜昌、武汉、常德和长沙雷达周围的1:25万的地形高度数据得到各雷达的混合扫描仰角和等射束高度拼图。选用2004年7月17—19日5部雷达同步观测的雷达体扫资料,分析了各雷达的最低扫描仰角;在尽量排除地物杂波、波束阻挡、距离衰减和波束展宽等因素影响的情况下,对比分析了5部雷达构成的有重叠覆盖区的7个雷达对的反射率因子差异。结果表明:(1)对雷达最低扫描仰角进行分析可以检查雷达的仰角标定,武汉和合肥雷达平均最低观测仰角比VCP21扫描方式规定的要低;(2)用雷达对等距离线上的反射率垂直剖面可以分析雷达对同步观测的回波空间位置和强度差异,常德雷达和其周围雷达同步观测的回波高度明显偏低;(3)用雷达对等距离线上某高度的反射率因子曲线变化的一致程度可以分析雷达的方位标定,这5部雷达没有明显的方位定标偏差;(4)用雷达对等距离线上某高度的平均反射率因子差可以分析雷达对同步观测的系统观测差,宜昌雷达和其周围的雷达相比,观测的回波强度偏强,而武汉和其周围的雷达相比,观测的回波强度偏弱;(5)反射率因子差的时间平均值随着反射率因子的大小变化而变化,当观测的反射率因子越大时雷达对的反射率因子差的时间平均值也越大。     

新一代天气雷达天线伺服故障的维修

针对由硬件引起的新一代天气雷达的故障,根据雷达报警信息和雷达故障现象,结合故障单元电路原理图,对故障单元进行分析并排除雷达故障,保障了新一代天气雷达的正常工作。     

新一代天气雷达均一性评估

为实现对全国天气雷达不同波段、不同型号、不同区域的回波差异进行检测和评估,确保雷达组网数据的均一性,利用经过严格数据质量控制后的单站雷达CAPPI格点数据,建立了可靠的相邻雷达回波强度均一性检测算法,并根据我国天气雷达回波差异实际状况制定了均一性评估标准,实现均一性算法的业务运行,使雷达观测同一区域回波反射率的实时均一性评估成为可能。从评估结果来看:①S波段雷达整体均一性强于C波段雷达,SA雷达均一性状况最好,CC、CD雷达均一性状况较差;②以SA型号雷达为主的华东、华南地区均一性较好;③雷达波段不一,型号繁多的偏远区域均一性较差。均一性评估系统对有回波但回波强度、回波位置不正确以及雷达数据时间错位的情况,能有效弥补其他质控算法的短板,及时发现雷达回波异常,缩短故障修复时间,提高雷达数据准确性。     

基于图像处理技术自动判别雷达异常产品

对雷达产品的实时监控是中国气象局气象探测中心运行监控实时业务工作的重要内容之一,因此实现自动化识别雷达异常产品具有重要的现实意义和研究价值。论述基于图像处理技术实现自动识别雷达异常产品,详细介绍系统实现模型及雷达数据异常自动识别算法,其中主要阐述了特征提取、迭代学习器等相关内容。通过对检测出的雷达产品异常产品分析表明,基于图像处理技术的雷达产品异常自动识别系统可以高效的、实时的检测出异常雷达产品,便于技术人员快速发现雷达异常并及时修复,也可作为雷达维修或雷达升级改造的依据,提高雷达的使用效率。     

基于预测的双线偏振天气雷达数据无损压缩算法

随着双线偏振天气雷达技术的发展,雷达提供的探测参量越来越多,数据精度不断提高。探测性能提升使得天气雷达数据量急剧增长,数据存储和传输是雷达网络化应用中需要解决的重要问题。数据压缩算法用于减小传输和存储的数据量,但通用的数据压缩算法并未充分考虑双线偏振天气雷达数据的特点。文中提出适用于双线偏振天气雷达数据压缩算法（DPRC）,使用径向预测减小天气雷达数据相关性,实现了天气雷达基数据的高效无损压缩。使用CSU-CHILL雷达数据和双线偏振改造后的CINRAD SA雷达对DPRC的算法性能进行评估,试验结果表明,DPRC较通用的压缩算法压缩率更高,适用于高分辨率双线偏振雷达数据无损压缩。      

南昌多普勒雷达与713-C雷达降水回波产品对比分析初探

通过对比多普勒雷达和713-C雷达在同一时间、同一站点对降水回波的探测资料,找出它们在同类产品上的差异,对完成713-C雷达观测向多普勒雷达观测的过渡,用好多普勒雷达提供参考性意见。     

CINRAD/CC雷达技术指标测试方法

以CINRAD/CC型新一代天气雷达为例,结合中国气象局新一代天气雷达测试大纲要求,对新一代天气雷达技术指标的测试方法进行总结,给出了雷达各项技术指标测量时的雷达状态、测试框图、测试步骤等,并对测试过程中的注意事项进行了详细说明,以期为从事新一代天气雷达工作的技术人员提供参考。     

榕江双偏振雷达与三穗雷达在黔东南一次大暴雨过程中的应用对比分析

为进一步提升黔东南三穗CINRAD-CD雷达及榕江双偏振雷达产品在山区强降雨过程中的应用能力,提升短临预报预警服务水平,对2部雷达在2022年7月18日大暴雨过程中观测和定量降水估测的差异进行对比分析。结果表明：榕江雷达总体探测能力强于三穗雷达,在黔东南州西部地区,由于雷公山地形阻挡作用,榕江雷达对低层探测能力减弱,在黔东南州中部及以东地区榕江雷达探测能力明显强于三穗雷达;2部雷达探测得到的组合反射率因子峰值与地面分钟降雨量峰值对应关系较好,当降雨减弱时,三穗雷达衰减更明显;三穗单偏振雷达对降水的起止时段及累积降水量的估测能力明显不足,而榕江双偏振雷达QPE产品对降水起止时间及降雨定量估测结果基本接近实况,在业务应用中具有较高的参考价值。     

雷达数据传输方式的改进及时效性分析

对单站雷达资料传输、省际雷达数据交换的实现方式与时效性进行分析,给出影响雷达数据传输时效的影响因素及改进措施。结果表明采用基于ROSE的雷达单站资料传输和区域雷达同步观测可确保本省及周边雷达基数据和产品在1min之内到达预报员桌面,与通过国内新一代通信系统进行省际雷达数据推送相比,区域同步观测对通信线路带宽要求更低,时效更高。介绍了雷达数据传输及通信线路的改进方式及综合运用多种实时传输方式的业务运行方案,为雷达数据传输方式的改进和提高提供参考,满足气象业务对雷达资料的时效性要求。     

张培昌教授学术论文整理与分类研究

张培昌教授是著名的雷达气象专家,是我国天气雷达发展过程(尤其是在我国新一代天气雷达建设)中的参与者和主要倡导者。初步整理张培昌教授已发表的论文106篇,内容涵盖张教授及其团队重点研究的方向有:雷达气象领域中天气雷达组网拼图与定量估测降水、雷达气象方程与衰减订正、雷达数据反演产品及应用、大气折射指数与雷达数据质量控制和降水粒子微波特性研究等。本文介绍张培昌教授论文整理和分类研究初步结果,对张教授论文发表时间特征、论文内容分类特征以及论文作者群体特征进行了分析,希望此工作能有助于张教授的《张培昌雷达气象文选》早日出版。该文选的出版将帮助我们了解张教授对我国天气雷达和雷达气象学发展所做的贡献,有助于我们学习张教授的科研和教学经验,为我国天气雷达和雷达气象的进一步发展做出更大的贡献。     

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。     

星载雷达在订正地基天气雷达标定误差中的应用

在雷达反射率数据定量应用中,标定误差是导致结果产生偏差的重要原因之一。星载雷达（TRMM PR）长期工作的稳定性和连续性已被验证,本文将星载雷达数据转换到S波段,通过对比星载雷达和南京雷达同时段不同高度（相对于融化层的位置）不同降水类型（层云降水或对流降水）的数据,得到两部雷达对融化层以下层云降水的观测相关性高,差异稳定。通过对比分析星载雷达和南京雷达同时段零度层以下层状云降水的观测数据,得出两部雷达反射率因子值的回归关系式。以星载雷达观测数据为基准,使用该关系式对南京雷达反射率数据进行订正,并通过雨量计数据对订正结果进行验证,结果显示使用本文订正关系式订正后雷达估计的降雨量更接近雨量计的观测值。     

舟山新一代天气雷达技术升级改造过程中的几点思考

介绍了舟山新一代天气雷达技术升级改造工作,在浙江省首次在原站址顺利实施了将CINRAD/SB雷达技术升级改造为CINRAD/SAD雷达。在升级改造过程中,在雷达机房改造、雷达设备拆、吊装工程、安装调试以及项目招标采购等方面积累了经验,可以为后续浙江省其他同型号雷达的技术升级改造提供参考。