基于茂名市GIS新一代C波段多普勒天气雷达(CINRAD/CCJ)基数据的应用

以Mapinfo公共数据为数据源,利用VS2018在C#开发坏境下开发实现精细到乡镇的茂名市精细化地理信息系统(GIS),为茂名市气象部门基层一线业务人员提供了一个精细化GIS与新一代多普勒C波段天气雷达基数据结合应用的业务工具,还介绍了新一代C波段多普勒天气雷达在GIS系统中成图成像的原理。茂名市精细化GIS与信宜的新一代C波段多普勒天气雷达(CINRAD/CCJ)的回波数据相结合,可以精细、准确定位雷达扫描到的强回波区域,一方面对做好突发性强灾害天气气象服务具有针对性的指导作用,预警讯号可以及时或提前发出,提高了气象防灾减灾能力,增强了对本地突发性强灾害天气预警监测的能力手段,对"监测精密、预报精准、服务精细"的要求有很好的提升作用;但另一方面因PPI图是锥面,直接叠加到GIS平面地图,沿着雷达波束,距离越远,距离地面越高,外加地球曲率,误差也会增大。     

CINRAD/CC天气雷达标准格式基数据与现行业务格式基数据的对比分析

该文从命名方式、数据结构两方面介绍CINRAD/CC天气雷达标准格式基数据和现行业务格式基数据的区别,对比分析昆明和昭通两部试点雷达在几次天气过程中基本反射率因子和径向速度的量化差异,得到结论:命名方式和数据存储结构不同;角度分辨率不同,标准格式基数据比现行业务格式基数据的角度分辨率低0.3°;标准格式基数据存在径向数据缺失和径向放射状回波减弱现象;昆明标准格式基数据比现行业务格式基数据回波强度严重减弱,回波强度极值减弱23～29 dBz,伴随回波显示面积缩小现象。     

CC天气雷达数据流传输业务台站级监控报警系统的设计与实现

利用UDP组播通信、进程监控、文件监控、网络监控等技术,研发了CC天气雷达数据流传输业务台站级监控报警系统,较早、较好地实现了雷达扫描状态、数据流上行传输、标准格式基数据本地存储、基数据补传、软件运行和网络运行状态的实时监控和短信报警。实践表明,软件运行较稳定,能对数据流传输业务进行有效监控,短信报警准确及时,报警阈值从6min缩短到40s,提升了故障的发现和处理效率,提高了天气雷达业务可用性和数据传输质量,减轻了雷达台站业务人员的值守压力。     

新一代天气雷达业务化系统地图设计及模式应用

天气雷达回波需要与地理信息融合应用，以定位雷达回波，指导气象服务。本文针对新一代天气雷达业务化系统（ROSE）产品显示子系统，设计了全新的开放地图格式，采用全国一份地图数据文件，各地雷达站点动态匹配的方式, 改进了现有雷达业务系统中主用户处理系统（PUP)需要各个站点分别申请定制地图的不便。ROSE产品显示子系统支持多种型号业务雷达数据在不同地球投影方式下的地图自适配显示。地图应用子模块程序设计中引入设计模式，有效解决了精细化地图数据的显示效率问题，实现了显示信息与速度的平衡。     

基于Silverlight的气象信息查询系统设计与应用

为减轻基层气象台站服务人员在气象数据统计分析方面的工作量,提高天气监测和预报服务核心能力,研究开发了基于B/S结构,通过具有RIA(Rich Internet Applications,富网络应用)特性的Silverlight框架,采用WebGIS技术的昆明市气象信息查询系统。系统实现了对预报服务所需实时地面观测数据、精细化预报产品和多普勒雷达回波产品等进行统计查询以及地理信息可视化显示。应用实践表明,系统在天气实况监测、临近预报与灾害性天气预警业务中为气象服务人员提供了直观的气象信息网络平台,为预报服务提供了科学、高效的技术支持。     

中国天气雷达基数据模型与CDM集成研究

现有标准格式雷达基数据解析工具在设计上存在通用性和抽象性不足的问题,不便于雷达数据的解析和处理.为了解决这个问题,本文基于Unidata的CDM(Common Data Model),设计和构建了中国天气雷达基数据模型,在数据模型层面实现了对天气雷达标准格式基数据的访问,并以Unidata开源的NetCDF Java库...     

新一代天气雷达基数据传输方案与程序设计

目前,全疆已经建成8部新一代天气雷达,其中兵团2部。在新一代天气雷达发展规划中,全疆将继续完成3部新一代天气雷达建设任务。为了进行本地化研究应用,我们开发了一套新一代天气雷达基数据传输的软件,使各站的基数据能够实时高效的传输到区局,为实时应用与研究打下基础。1传输方案设计1.1基数据特点新一代天气雷达按5min14个仰角扫描(VCP11)时,平均每6min生成一次基数据文件,一次性生成大小为21M(2.0数据格式约为30M)的基数据文件,1h约产生200￣300M的基数据。目前全疆有6部雷达开始业务运行,其中兵团1部,各站到区局租用电信的2MSDH线路…     

新一代天气雷达基数据的三维拼图和产品生成软件系统

本软件系统采用C++和Fortran语言开发,定位于15部左右的新-代天气雷达区域基数据拼图,在Windows XP操作系统的微机上运行.在雷达资料质量控制的基础上,完成省或区域中心的新一代天气雷达基数据组网,实时提供经纬度、海拔高度网格的回波强度资料,并生成部分产品,为中小尺度天气分析、临近预报、人工影响天气、水文等应用奠定基础.     

基于灰度共生矩阵的自适应雷达杂波抑制

多普勒天气雷达体扫过程中低仰角常出现强地物杂波,影响了雷达数据质量及其产品的业务应用。为了抑制地物杂波,提出了一种基于雷达基数据灰度共生矩阵(gray-level co-occurrence matrix,GLCM)的自适应地物杂波抑制方法。针对雷达站附近回波数据强度高、多普勒速度接近于零值的特性,首先设定阈值进行数据预处理,初步分离出杂波区域;其次,对强度信息进行分块,根据每一小块的灰度共生矩阵能量值和对比度分布自适应寻找阈值;最后利用确定的阈值识别和剔除地物杂波。实验表明该方法能有效剔除雷达站附近的强地物杂波,尤其对混杂在降水回波信号中的强地物杂波有很好的抑制作用。     

新一代天气雷达基数据文件格式自动识别及软件实现方法

新一代天气雷达多种基数据文件格式读写一直是影响雷达数据广泛应用的一个原因。为使从事短临监测的人员能更好的应用雷达数据资料,该文通过分析我国新一代天气雷达各种雷达基数据格式异同及国家气象信息中心最新规定的雷达基数据传输文件命名规则,提出一种基于雷达基数据文件名字符串自动识别基数据格式的方法,介绍基于雷达厂商提供的动态链接库接口利用Csharp语言编程实现对各种基数据格式自动识别和读取方法。检验证明基于基数据文件名自动识别数据格式的方法可行,并在业务中得到应用。     

网络化天气雷达协同自适应观测技术的实现

2013年5月至2014年5月,中国科学院大气物理所和南京恩瑞特公司,在南京以及周边地区架设4部X波段天气雷达,组成网络化雷达,对雷暴和强降水天气进行快速预警和精细化探测。本文针对协同自适应观测技术,利用南京网络化天气雷达系统,建立单部雷达自适应和多部雷达协同自适应观测模式,实现观测控制软件核心算法,包括重点观测区域的选取和扫描策略的制定2部分,实现自动判断强回波天气区域的位置并且对重点区域进行扫描观测,扫描策略的选择与强回波区域相对雷达的位置和区域的面积有关。应用该模式进行气象观测表明:协同自适应观测模式比较合理,能够快捷准确的找到强天气回波区域,实现了对重点关注区域进行更高时空分辨率的观测。     

基于注意力反向投影网络的天气雷达回波超分辨率重建算法

高分辨率的天气雷达数据能揭示探测天气目标的精细结构,对灾害性天气分析和预报预警至关重要。提高天气雷达反射率数据分辨率可以提升现有业务天气雷达对中小尺度强对流灾害性天气的监测和预警能力。本文在不改变雷达硬件的情况下,提出了基于注意力反向投影网络(Attention Back-Projection Network,ABPN)的天气雷达回波超分辨率重建算法用于提高雷达反射率数据分辨率。ABPN通过在深度反向投影网络(Deep Back-Projection Network,DBPN)中加入长短跳跃连接和通道注意力机制,对关键区域精细化重建结构特征。通过对实际天气过程超分辨率重建测试,结果表明,ABPN算法在雷达回波重建质量和主观视觉评估上有明显的优势,特别是在回波细节和天气雷达的边缘结构特征方面。     

CINRAD SA/SB雷达基数据基础应用方法分析

CINRAD SA/SB基数据可以通过RPG回放获取产品数据,但RPG作为新一代天气雷达实时运行的组成部分,实际应用受到限制.人们开始尝试对基数据进行直接读取或格式转换等基本加工方式作为基础应用,为科学研究或实际应用提供雷达产品式的正确图文数据.本文通过对某些基础应用方法的分析研究,发现在基数据的读取和数据转换过程中已经丢失了大量的有效信息,丢失信息后的数据严重影响了雷达回波的正确分析.通过一个典型的基数据基础应用方法的例子,详细地分析了该方法中存在的一些问题和在具体应用中带来的实际影响,为正确地应用CINRADSA/SB基数据给出了一个符合体覆盖模型设计思想的基础应用方法.     

基于温度层强回波区域面积的天气雷达雷暴自动识别方法北大核心

为利用天气雷达回波资料实现雷暴的自动识别,提出了一种基于温度层强回波区域面积的天气雷达雷暴自动识别方法。该方法首先利用雷达回波体扫数据在水平范围内搜索强回波区域;再对某一温度层上,达到设定阈值的雷达回波反射率因子的区域进行面积求和,当水平范围强回波区域面积达到识别面积阈值时,判定该强回波区域为雷暴区域。在此基础上,结合S波段双偏振多普勒天气雷达观测资料、闪电定位资料,采用了17个雷暴天气过程的312个雷暴区域检验识别算法。结果表明:当等高度平面位置显示(CAPPI)数据处理中采用(35 dBZ,0℃,2 km^(2))参数组合能够达到最优的识别效果,识别概率可达87.5%,虚警率为32.9%,临界成功指数为61.2%。该方法可以用于天气雷达的雷暴计算机自动识别业务。     

基于VTK的雷达基数据交互式三维重建功能及其业务应用

介绍了在自研的《气象雷达基数据结构分析软件》的基础上，通过空间三维插值方法和VTK（Visualization Toolkit）图形图像库显示技术，实现天气雷达基数据三维可视化的功能，该软件可运行于多种操作系统。三维重建功能支持多项交互式操作，能够快速突出雷达回波的结构特征：允许在雷达平面图上选定任意矩形区域进行三维重建；支持地形和雷达回波的叠加；具备缩放、漫游和视角变换功能；提供不同数值区间的透明度和光照系数调整；实现多种类型的切面视图和三视图。最后，本文结合软件在强对流单体、台风等个例中的应用情况，展示了三维重建功能如何帮助预报员快速掌握风暴结构及其演变规律。     

多普勒天气雷达三维可视化分析平台设计与实现

为方便气象业务人员多角度观察雷达回波细节和空间分布情况,本文提出并实现了一个跨平台访问的可交互操作的多普勒天气雷达三维可视化分析平台。首先根据雷达基数据特点提出相邻梯形柱体间隔划分四面体的三维可视化算法,基于B/S模式进行三维可视化分析平台整体架构与设计,最终采用HTML的Canvas技术和WebGL技术实现基于Web的雷达回波的二维、三维可视化显示。试验结果表明,多普勒天气雷达三维可视化分析平台具有良好的三维可视化效果和较好交互式可视化体验,为气象工作者提供了一种有效的雷达回波分析工具。     

面向业务应用的上海地区毫米波云雷达观测质量评估

基于宝山国家基本气象站部署的毫米波云雷达2019年的观测数据,辅以激光雨滴谱、微雨雷达、探空资料、风云四号卫星产品、地面雨量计等多元观测数据,从探测稳定性、探测能力、基数据和产品数据探测合理性等方面开展了毫米波云雷达观测质量评估。结果表明:毫米波云雷达在试验期间仅出现单次软件故障,且基数据全年获取率高于95％,探测稳定性较好;毫米波云雷达各高度最小可测回波强度位于-40～-20 dBZ,并随高度呈现出与理论相符的指数递减;9 km高度以下最小回波强度变化小于2 dB,最小回波探测能力稳定性较高,在降水率达到4～5 mm/h时,毫米波云雷达会出现强衰减导致的虚假晴空区。虽然多部毫米波云雷达的基数据存在差异,但与地面雨滴谱计算回波强度和微型雨雷达观测回波强度具有一致的垂直分布及时间演变特征。毫米波云雷达探测云顶云底高度与探空资料估算云顶云底高度、风云四号卫星反演云顶高度具有一定的一致性。拼接缝和距离旁瓣虚假回波是较为直观且能够对业务化应用产生直接影响的问题。     

阿克苏强对流天气雷达回波统计特征

为了发挥雷达监测和预警强对流天气的作用,制作出精细化的临近短时预报,应用2005-2006年63次冰雹云回波资料对雷达回波参数进行了分析,得到5—8月强对流天气的回波特征。阿克苏强对流回波强度强,96．8％集中在40～60dBz,其负温区厚度很厚,正负温度区的厚度比平均为1：2．0。     

新一代天气雷达产品综合显示系统的设计与实现

针对强对流天气监测业务及预报预警服务需求,并充分发挥新一代天气雷达组网建设的效益,设计开发了具有自主知识产权的新一代天气雷达产品综合显示系统。该系统根据地市级气象部门天气雷达产品的数据源现状,基于GIS几何对象模型和分布式实时数据流处理框架对多台雷达产品数据进行快速处理和网络传输;结合网络地理信息系统(WebGIS)技术提供雷达产品Web地图服务接口;采用HTML5技术实现雷达产品对比分析显示功能。     

《新一代天气雷达图像分析与应用》

该书以新一代天气雷达观测为基础,以雷达图像识别为重点,讲述了天气雷达在天气分析和强天气预报中的应用。介绍了中国新一代多普勒天气雷达的建设和应用情况,讲解了天气雷达的基本探测原理和雷达气象方程的建立过程;阐述了径向速度、反射率因子等基数据的识别方法,及基数据和各种物理量产品在识别大气流场、降水云系和天气发展过程中的应用;分析了利用雷达资料分析强对流天气的方法和技术,总结了暴雨、冰雹、龙卷和阵风锋等特殊天气的雷达回波特征。本书可作为本科院校大气科学类专业的教材或教学参考书,也可供从事天气、大气物理、大气探测的业务科技人员参考。