基于VC++平台的相控阵天气雷达NetCDF数据读取与产品显示

介绍相控阵雷达的特点、NetCDF数据文件结构、VC++程序读取NetCDF存储的相控阵天气雷达数据和产品的生成,重点探讨NetCDF的文件结构和其数据读取的过程。使用美国新改装的相控阵天气雷达与常规多普勒天气雷达在2004年所做的一次同步观测试验获取的NetCDF数据,在VC++平台下编写程序,完成对NetCDF数据读取及雷达产品显示,借助生成的产品,通过具体实例比较和分析了两部雷达各自的性能特点。     

基于NetCDF的国产新型气象雷达基数据通用编码试验

为归一化处理国产新型气象雷达数据存储格式,提高雷达数据共享与交换效率,兼容不同厂家不同型号雷达多样性数据格式的同时保留其内在的差异。基于NetCDF编码原理设计雷达基数据NetCDF存储模型,在Visual C++开发平台支持下,开展国产新型气象雷达格式编码和解码的试验。结果表明:1NetCDF编码方式可作为国产新型气象雷达基数据通用编码方式,在合理地利用不同厂家不同型号雷达数据格式内在差异的同时进行统一编码,有利于进行雷达数据的交换。2NetCDF格式编码雷达基数据,继承以雷达径向信息为基本结构的存放形式,面向存储单元本身(数组),通过编码维数、变量、属性和数据4个子域,构成自描述式的NC文件,用户可借助库函数实现"自动"解码。3NetCDF格式编码前后的雷达数据文件大小差异较小,差异幅度与原始数据文件大小无关。     

广东灾害天气历史个例库系统的设计与实现

介绍基于地理信息系统(GIS),用VC++开发的灾害天气历史个例库系统的开发与应用。系统实现了:1)灾害天气个例相关气象资料的收集整理、分类入库、查询检索。2)在具有GIS功能的平台上快速方便地浏览MICAPS数据、图片格式数据、数据库资料以及NetCDF、GRIB格式数据和转换的二进制数据。3)各级台站可以根据自身业务需求,定制个性化的灾害性天气历史个例库。     

新一代天气雷达个例资料整编系统设计

采用C语言和VC++6.0开发新一代天气雷达个例资料整编系统,能够对雷达基数据、雷达产品和雷达状态等信息每天自动异机整理存储,自动建立整编资料所需的各类文件夹和文件,使个例资料整编实现自动化、批量化、流程化和标准化。该系统可推广、移植到其它新一代天气雷达站。     

714XDP-A型X波段多参数气象雷达产品生成软件开发

选用Visual C 6.0语言,开发了X波段多参数气象雷达产品生成软件.该软件由原始数据读取和图形产品生成两部分软件组成.利用该软件可根据数据产品制作图、表,并根据雷达图形产品分析强降水天气过程.     

风廓线雷达资料在台风苏拉登陆过程中的应用初探

为了研究风廓线雷达在台风天气过程预报中的作用,对2012年8月2—4日在福建秦屿镇登陆的台风苏拉天气过程统计分析,结果表明：风廓线雷达在台风苏拉登陆期间4 km以上高空有效数据获取率明显提高,确定风廓线雷达的有效探测高度为4.8 km;通过信噪比和垂直速度数据统计分析出台风登陆前后带来间歇性的降雨,而台风眼登陆主要表现为无降水天气,仅有少量的降雨,这一结论进一步在小时降雨量统计中得到验证;通过水平风速数据统计分析出台风登陆前后在有效探测高度内水平风速在25 m·s-1左右,而台风眼登陆水平风速在0~3 m·s-1; 统计结果与台风登陆物理过程相吻合。     

相控阵多普勒天气雷达技术发展展望

基于相控阵雷达的工作原理和各种工作方式下的性能特点、结合天气雷达的基本要求、并考虑到相控阵雷达在生产、应用技术方面不断地成熟、成本的飞速地下降和财政的宽裕,展望有源数字相控阵多普勒天气雷达的选用。介绍有源数字相控阵多普勒雷达发展现状和作为天气雷达所面临的问题：如减少数字T/R组件的总成本、各种数字波束形成模式及自适应技术的移植和改进、数据信号处理（软硬件）技术和气象产品的开发、耗电计算,以及全寿命期间的设备保障等,提出解决部分问题的初步设想。     

相控阵天气雷达数据压缩技术

相控阵天气雷达较新一代天气雷达在时空分辨率上有明显的优势。随着探测能力的提高,相控阵雷达数据量急剧增长,数据传输和存储问题凸显。现有天气雷达数据压缩算法可以减少传输和存储的数据量,但现有算法并未充分考虑相控阵雷达特点,数据压缩率有较大提升空间。本文提出时空预测的相控阵雷达数据压缩算法(PARDC),使用径向预测压缩数据相关冗余。使用CHATOR雷达数据对PARDC的算法性能进行评估,试验结果表明PARDC较通用的压缩算法压缩率性能大约提升了24%。     

S波段相控阵天气雷达与新一代天气雷达探测云回波强度及结构误差的模拟分析

由中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室与中国电子科技集团南京第14研究所联合研制的S波段相控阵天气雷达采用宽波束发射多波束接收,从而很大程度上缩短雷达扫描周期,但是由于相控阵雷达其波束宽度的增加以及波束宽度与增益不再是定值而是随着仰角而发生变化,必然在一定程度上牺牲雷达探测分辨率,造成其回波细节的缺失。为了比较该S波段相控阵天气雷达与S波段多普勒天气雷达在探测云反射率因子大小和结构方面的差异,采用双线性插值方法,模拟出空间分辨率很高的降水云团,并模拟相控阵天气雷达和S波段新一代天气雷达的波束特性对其进行扫描,通过模拟扫描得到的反射率回波,分析了对同一降水云团、相同距离位置,相控阵天气雷达与S波段常规多普勒天气雷达回波在水平方向和垂直方向的差异,结果表明:相控阵雷达对回波水平方向上和垂直方向上的平滑作用在一定程度上改变了回波的结构,减弱了回波的中心强度,使一些小的强回波中心消失。相对于S波段多普勒天气雷达,减少了极弱回波与强回波的面积,增加了中间强度回波的面积。探索了模拟分析相控阵天气雷达与多普勒天气雷达数据的方法,为相控阵天气雷达的定标和定量测量提供了理论参考。     

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...     

NetCDF数据的编程式访问

NetCDF是一种面向数组型数据的描述和编码标准,目前广泛应用于大气科学、水文、海洋学、环境模拟、地球物理等诸多领域.用户可以借助多种方式方便地管理和操作NetCDF数据集.文章介绍NetCDF数据的编程式访问方法.该方法主要应用于数值预报模式,它涉及软件创建、参数配置、NetCDF文件结构、NetCDF接口函数库等.重点探讨了编程者在使用该方法时经常遇到的一些问题,并且给出了一个读取NCEP再分析文件的编程实例.     

X波段相控阵气象雷达回波数据的对比分析

为探究、验证X波段相控阵气象雷达系统及其回波数据的可靠性,基于X波段相控阵气象雷达系统及地基外场试验,对比分析了X波段相控阵气象雷达系统与X波段机械式天线气象雷达系统的回波数据。在脉宽为6μs和1μs两种探测模式下,通过散点分布和概率分布方法对比分析了相控阵天气雷达的回波强度和径向速度数据的差异性。结果表明:(1)在脉宽为6μs和1μs的探测模式下,X波段相控阵气象雷达与常规天气雷达有比较接近的探测能力和可靠的数据质量;在远距离处,相控阵气象雷达的回波数据呈现层次结构清晰、轮廓显著的特性;(2)宽波束以及波束宽度展宽等特性平滑了相控阵气象雷达的回波强度,改变回波结构,弱回波区面积减小,强回波区增大;(3)天线增益不均匀影响相控阵雷达数据质量,理论上可以用1/(cosθcosφ)的增益修正因子对回波强度进行修订。     

4次大暴雨过程雷达径向速度和超低空西南急流特征分析

利用多普勒天气雷达VWP资料,结合探空资料和降水实况,对4次大暴雨降水过程雷达径向速度和超低空西南急流特征进行了分析。4次强降水过程有3次属于低槽冷锋类,1次属于切变线类,K值较大,850 hPa与500 hPa温差较小,较弱的垂直风切变,中低层具有充沛水汽。低层具有相似的流场结构,径向速度上零速度线表现为“S”型,即暖平流结构。上游超低空风速≥10 m〖DK〗·s-1,上下游雷达之间出现≥5 m〖DK〗·s-1的风速差之后,两部雷达之间出现小时雨量30 mm以上的强降水;上游超低空急流达到12 m〖DK〗·s-1以上,并且上下游超低空风速差超过15 m〖DK〗·s-1,降水强度进一步加强并维持。超低空急流的建立与维持,同时上下游雷达之间的超低空强辐合,为降水风暴的发展与维持提供了能量、水汽与动力条件,对强降水的形成与持续具有重要作用。     

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CIMISS的雷达产品监测平台设计与实现

雷达数据产品监控是气象部门的重要业务工作,特别是在汛期,天气雷达实行24h开机运行,如何有效地对生成的数据产品进行监控,并对异常情况及时报警,是提高天气雷达数据传输质量的重要保证。文章从雷达产品的生成、上传方面进行分析,设计出了基于CIMISS数据资源、利用MUSIC数据接口实现,基于Java Web开发的雷达数据产品监控与报警功能的数据监控平台。文章提出的数据监控实现方法与设计原理,对多种气象要素数据,特别是天气雷达数据的监控与预警具有一定的实际效果。并且在文中对具体功能模块的实现进行了分析与说明。     

双偏振相控阵雷达与业务雷达的定量对比及观测精度研究

相控阵天气雷达突破了全机械驱动天线天气雷达的时空分辨率瓶颈,能够提供更加快速、精细的观测资料。但阵列天线存在性能参数随扫描角偏离法向而恶化的情况,使相控阵雷达定量测量存在困难。本文针对中国华南地区最新布网的双偏振相控阵天气雷达,通过与当地S波段业务雷达在相同区域内的定量对比,评估了反射率因子差分反射率因子的误差量级及其随扫描角、观测时间的变化趋势。研究结果表明,相控阵雷达反射率因子的误差不大、约0.82 dB,而差分反射率因子的误差则高达1.04 dB,并且不同仰角、不同时刻之间也存在一定的波动。为此本文提出了基于S波段雷达实时数据的订正方案,能够较好地解决双偏振相控阵天气雷达的定标问题,为相控阵雷达的业务应用提供了保障。     

阵列天气雷达设计与初步实现

阵列天气雷达是分布式、高度协同的相控阵天气雷达。阵列天气雷达至少包括3个相控阵收发子阵（简称收发子阵）,通过增加收发子阵而扩大探测区域。每3个相邻的收发子阵一组协同扫描,保证3个相邻收发子阵在同一个空间点的数据时差小于2 s,从而保证径向速度合成正确的流场。采用相控阵多波束扫描技术,4个发射波束和64个接收波束覆盖0°~90°仰角,机械扫描覆盖360°方位,整个体扫时间为12 s,为多普勒天气雷达整个体扫时间的1/30。阵列天气雷达通过金属球进行了强度、波束宽度、方位、仰角的定标。阵列天气雷达在长沙机场布设试验,成功获取了精细的风场和回波强度数据,可为更精细、更完整揭示小尺度天气系统变化规律提供新工具。     

平面相控阵脉冲压缩的雷达气象方程

在低发射功率条件下,相控阵多普勒天气雷达为了增加探测距离和提高分辨率,需要采用脉冲压缩技术.由于采用相控阵技术,波束扫描过程中,在平面阵非法线方向上会产生波束展宽,引起波束内功率下降,需要在计算雷达气象方程时弥补功率下降的误差.平面相控阵天气雷达在探测远距离目标时,使用宽脉冲发射,经脉冲压缩处理以提高分辨率,因此需要建立适用的雷达气象方程.首先讨论了脉冲压缩低峰值功率的平面相控阵多普勒天气雷达的结构、线性调频脉冲压缩的距离(多普勒测量)、调频波形的耦合问题以及目标距离的测量;然后给出了适用于脉冲压缩的平面相控阵雷达气象方程,此方程同时也适用于一维线性阵的脉冲压缩的天气雷达.     

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。     

X波段一维扫描有源相控阵天气雷达测试定标方法

该文根据有源相控阵天气雷达的体制特点,参考多普勒天气雷达测试定标方法,提出了一维扫描有源相控阵天气雷达的测试和定标方法,将测试重点放在天馈系统、T/R组件、脉冲压缩、动态范围的测试和定标上,以解决不同观测模式、不同波位的天线增益等参数变化引起的回波强度测量误差问题。测试结果表明:天馈系统在不同观测模式下的天线参数随仰角的变化情况、波束指向的准确度、T/R组件的动态范围等均符合设计要求,回波强度和径向速度定标精度较高。雷达经过测试和定标后,于2014年5—8月分别在安徽定远和四川甘孜进行外场试验,并与附近多普勒天气雷达 (SA) 和C波段双线偏振雷达观测数据进行对比,结果表明:回波强度误差在合理范围内,精细测量、警戒搜索、快速观测3种模式观测的强回波的水平和垂直位置、结构和系统误差均比较一致,数据可靠。