利用MATLAB实现CINRAD/CC雷达回波三维显示

基于MATLAB对CINRAD/CC雷达基数据文件进行读取和解析,并利用Matlab的图像处理技术对雷达产品进行三维图形的建模和着色,将不同仰角、不同类别的雷达产品形成以三维坐标表示的图像像素集合,实现了CINRAD/CC多普勒天气雷达反射率因子、径向速度、谱宽等产品的三维显示。三维显示的雷达回波产品可通过旋转控制任意改变视角,可以方便、直观地充分观察各仰角层次、各方位角度雷达回波的细节和空间分布情况,便于快捷、直观地了解回波的三维结构特征。     

多普勒天气雷达地物回波识别算法改进

针对现有的地物回波识别算法在"新一代天气雷达建设业务软件系统开发及应用(ROSE)"前期评估中存在的地物回波漏判和气象回波误判问题,提出了地物回波识别改进算法。新算法在地物回波识别前对径向速度和速度谱宽资料作了处理,改善了因采用双PRF技术造成的径向速度资料质量下降对地物回波识别的影响,并增加了回波强度与径向速度处理阈值、回波强度垂直梯度参数,调整了回波强度沿径向的库间变化的判定阈值,减小了对气象回波的误判。利用SA、SB和CB雷达共432个地物与降水回波体扫资料进行数据统计和典型个例分析,对比算法改进前后的识别效果,结果表明:径向速度处理改善了径向速度资料质量,使地物回波的平均径向速度接近于零,将地物回波识别命中率提高了6.25%;阈值的设定和特征参数的改进,改善了对气象回波的误判,虚警率降低了1%~2%。     

天气多普勒雷达资料实时处理系统

介绍一种天气多普勒雷达实时处理系统，在４８６计算机上可以实时采集，显示和存贮雷达资料，为用户提供各种天线扫描方式下的回波强度，回波径向速度和速度谱谱宽资料，以及线性和对数通道回波信号的Ｉ，Ｑ，Ｚ值。整个系统在参数设置具有较高的灵活性，用户可以修改几乎所有雷达参数；在实时操作时，由菜单动，简单便捷。     

CINRAD-SA多普勒天气雷达产品简介

CINRAD-SA多普勒天气雷达的产品包括基本产品和导出产品,产品由雷达产品生成子系统(RPG)生成.基本产品包括反射率因子、基本径向速度和谱宽等3类,共15种产品,最常用的基本产品是19、27号产品.导出产品是由数字化的基本数据经过使用特定的算法做进一步处理而生成的产品,最常用的有组合反射率因子(CR 35)、反射率因子垂直剖面(RCS 50)、回波顶(ET 41)、一小时累积降水(OHP 78)、三小时累积降水(THP 79)、垂直累积液态水(VIL 57)、弱回波区(WER 53)、速度方位显示风廓线(VWP 48)等.     

风廓线雷达估测雨滴谱参数

文章提出两种风廓线雷达资料估测雨滴谱的方法。①利用五波束风廓线雷达，通过连续方程求得各层垂直空气运动速度，根据垂直指向波束测出的功率谱导出雨滴谱；②假定雨滴谱为г分布，根据垂直指向的多普勒雷达测得的回波强度、径向速度、多普勒谱宽求得雨滴谱的三个参数。文章进行了实例计算，比较了两种方法的计算结果，并且讨论了Z-M关系的不确定性。     

双多普勒雷达风场反演误差和资料的质量控制

提出了用双多普勒雷达观测资料进行回波强度、径向速度和方位定位的质量控制方法，以及利用概率分布法订正配对的双多普勒雷达回波强度的方法。以2001年973“中国暴雨”外场试验期间获取的双多普勒雷达观测资料为例，比较了合肥、马鞍山和宜昌、荆州的两对双多普勒雷达同步观测的回波强度、径向速度和方位的改变对观测数据对比的影响；分析了这两对双多普勒雷达径向速度测量误差引起的风场反演的误差。结果表明:两对双多普勒雷达观测的回波强度和径向速度的空间位置和变化趋势比较一致，合肥与马鞍山雷达的回波强度有一定差异，径向速度也有1～2 m/s的差异。风场反演的误差与风场的方向、大小、空间位置等有关。在两个径向速度夹角在40°～140°范围内，共面上的风场的反演误差在1～2倍的雷达探测径向速度的误差范围内。     

美国NSSL天气多普勒雷达的数据处理系统

本文介绍了设在美国强风暴实验室(NSSL)的一部性能较好的天气多普勒雷达。着重介绍了该雷达的数据收集和处理系统,其硬件配置及数据的种类和格式,给出了为实现强度、平均径向速度和谱宽的分层彩色显示的软件流程图。     

用非相干的常规天气雷达提取多普勒速度谱宽——回波强度涨落谱分析

通常非相干的常规天气雷达的应用仅仅是通过雷达回波强度的探测来提供天气目标物的位置和其反射率的信息。本文在国产的非相干的713天气雷达上,对某一固定地点的降水回波进行了离散取样,应用微机(APPLE.Ⅱ)对所获取的离散样本作傅立叶变换(FFT),得到回波强度的涨落谱和谱宽。然后根据涨落谱与多普勒谱之间的确定关系,计算出在气象上非常有用的多普勒速度谱宽和典型的多普勒谱形。     

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。     

森林火灾的多普勒雷达特征

利用位于浙江省温州市大罗山的新一代多普勒天气雷达,对发生在2007-01浙江省南部地区6次不同规模的森林火灾引起的雷达回波进行分析,发现雷达的基本反射率、径向速度等产品能很好地追踪火灾所产生的烟尘,即使过火面积在1ha2以下的火灾也有明显的反映。表明多普勒雷达在森林防火方面具有一定的监测、预警能力。雷达分析发现,火灾引起的回波具有水平尺度小、回波顶高度低、强度强等与地物回波相类似的特点,径向速度图上一般会出现辐散径向速度或速度辐散等特征。     

用多普勒雷达对三次强对流天气的短时预报对比分析

利用2006年6月12日夜间、7月12日凌晨和7月12日夜间天津地区3次强对流降水过程的多普勒雷达产品资料,对比分析发现:在降水的开始和成熟阶段,多普勒雷达径向速度场的变化一般先于回波强度场的变化,在做降水短时预报时应重点关注多普勒雷达径向速度场的变化,同时还可参考Auto-nowcaster系统的预报结果,通过判断未来雷达回波的强度变化及移动方向,提高对强对流降水过程的短时预报准确率.     

毫米波云雷达功率谱密度数据的检验和 在弱降水滴谱反演中的应用研究

本文首先利用数值模拟的方法,分析了利用毫米波云雷达功率谱密度反演雨滴谱时,降水粒子米散射效应、空气湍流、空气上升速度等对雨滴谱和液态水含量等参数反演的影响;建立了功率谱密度处理及其直接反演雨滴谱、液态水含量、降水强度和空气上升速度的方法;并利用2012年7月在云南腾冲观测的二次弱降水数据,采用毫米波雷达和Ku波段微降水雷达观测的回波强度、径向速度垂直廓线以及780 m高度上的功率谱密度对比的方法,以及毫米波云雷达观测的780 m高度上功率谱密度、回波强度与地面雨滴谱计算得到的这些量的对比方法,分析了毫米波雷达数据的可靠性;并将780 m高度上毫米波雷达反演的雨滴谱与地面雨滴谱数据进行了对比,分析了毫米波雷达反演的雨滴谱的准确性;分析了毫米波雷达回波强度偏弱的原因,讨论了该高度以下降水对毫米波雷达衰减的影响。结果表明:空气湍流对弱降水微物理参数反演影响不大,而空气上升速度和米散射效应均对反演结果有一定影响;毫米波雷达观测到的径向速度和功率谱密度与微降水雷达比较一致,回波强度的垂直廓线的形状与微降水雷达也比较一致,但毫米波雷达观测的回波强度偏弱;与雨滴谱计算值相比,毫米波雷达观测的低层的回波强度也偏弱,天线上的积水是造成毫米波雷达回波强度变弱的主要原因。毫米波雷达观测的低层的功率谱密度与地面雨滴谱观测的数据形状比较一致,但有一定的位移。毫米波雷达反演的雨滴谱与地面观测的谱型和粒子大小也比较一致。这些结果初步验证了毫米波雷达观测的功率谱密度及其反演方法的可靠性。     

基于模糊逻辑的分步式超折射地物回波识别方法的建立和效果分析

超折射地物是影响雷达定量探测降水和其他产品的重要因素,文中使用合肥、广州、温州、天津的SA多普勒雷达和上海的WSR-88D资料分析了混合性暴雨降水、对流性降水、地物回波的回波强度、径向速度、速度谱宽的取值范围、水平垂直变化及其地物回波与地形海拔高度的关系等特征,并确定了模糊逻辑识别超折射地物的隶属函数。在Kessinger方法基础上,考虑到雷达径向速度的距离模糊问题和地物回波与方位的关系,提出了基于模糊逻辑的分步式地物回波识别方法,通过调整已被严格标准识别为地物和非地物的邻近区域回波点的判据,来减小地物的漏判和降水回波的误判。利用降水回波、地物回波的个例资料分析了回波强度、径向速度和速度谱宽资料在识别地物回波中的贡献,分析了分步方法对地物回波识别效果的改善。结果表明:该方法能较好识别地物回波和降水回波,径向速度和速度谱宽资料在地物识别中作用明显,利用分步方法明显改善了在速度模糊区暴雨过程对流云团被误判为地物的概率。     

华南暴雨试验天气雷达数据处理及暴雨中尺度结构个例分析

文中描述了华南暴雨试验多普勒天气雷达数据的处理方法，建立了一套集图像显示、数据预处理及风场反演分析为一体的多普勒天气雷达的分析应用系统。该系统生成了三维正方形网格和经纬度网格的回波强度值，以及经噪声控制和速度扩展的径向速度风场，提交了华南暴雨试验雷达数据库。该文以1998年6月9日08:00(北京时) 探测数据为例，给出了华南暴雨试验区内4部多普勒天气雷达的反演雨强图和两部雷达的风场反演拼图，并进行了暴雨中尺度风场结构的初步分析。     

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。     

新一代多普勒天气雷达CINRAD/CD谱宽资料分析应用初探

主要概述了多普勒天气雷达CINRAD/CD谱宽资料的物理意义、影响因素,并分析了在实际业务工作中谱宽与速度的关系.在理论分析的基础上,从气象因素、非气象因素、其它因素3个方面着重分析了影响谱宽大小的因素,并从风切变、湍流、粒子下落速度、波束宽度的横向风效应4个方面来分析谱宽与速度两者之间关系.指出风切变区除了可通过径向速度场来确定外,也可通过谱宽的大值区来确定,给出了针对不同降水类型的速度谱方差范围,以及雹云不同区域的湍能耗散率ε大小与实际降雹强度关系.另外运用谱宽数据可以对径向速度数据的可靠性进行检验,高谱宽值表明速度没有代表性.     

南京地区雨滴谱参数的详细统计分析及其在天气雷达探测中的应用

雨滴谱包含了降雨的丰富信息,不仅能反映雨滴群的微物理特性,也能反映降雨类型、降雨强度等宏观特性,并且在雷达气象领域也有重要的价值。论文对2015和2016年度南京地区32次降雨过程的雨滴谱资料进行了处理、并对多种雨滴参数进行了详细的统计和分析,拟合了层状云降雨、对流云降雨以及积层混合云降雨的雨滴谱Gamma分布参数。另外,还基于雨滴谱数据拟合了雷达反射率因子Z与降雨强度R的Z-R关系,计算了差分反射率Z_DR、相位常数K_DP以及衰减参数,并利用衰减参数进行了C波段雷达回波的衰减订正试验。结果表明:（1）层状云降雨的各微物理参数比较稳定,积雨云的变化剧烈;层云降雨和积层混合云降雨的中雨滴、积雨云降雨的大雨滴对雷达反射率因子的贡献最大。（2）积雨云降雨的滴谱最宽,层状云降雨的最窄。（3）利用依据雨滴谱数据拟合的三类降雨Z-R关系,可以一定程度地提高雷达估测降雨的精度。（4）利用基于雨滴谱数据拟合的衰减系数,有效地进行了C波段双偏振雷达回波强度的衰减订正,体现了统计参数和拟合参数准确性。     

硬件故障导致雷达回波错误数据质量控制方法

雷达硬件故障直接影响数据质量,故障数据进入共享系统后不但影响本地预报员对天气系统的分析和判断,对国家级业务系统也会产生严重影响。目前,对雷达资料的数据质量控制主要针对非气象回波,对于雷达硬件故障导致的数据错误还缺乏有效的质量控制方法。该文对河北省石家庄CINRAD/SA雷达2004—2013年硬件故障时的基数据和回波特征进行分析,研究雷达故障导致的数据错误与故障类别的相关性及对数据和回波的影响。结果表明:雷达硬件故障导致的数据错误对基数据的完整性、数据位置和强度信息产生影响,发射机和接收机系统故障主要影响雷达数据的强度信息;伺服系统故障主要影响数据的位置信息。提出通过对雷达数据完整性和位置信息的检查,根据硬件故障影响雷达回波形态、位置、范围和强度等图像特征,利用基于模糊逻辑自动识别雷达硬件故障导致的错误数据的质量控制方法。利用石家庄雷达站2004—2013年雷达故障数据进行了识别效果检验,对故障数据的总体识别率超过90%,能较好实现对硬件故障导致的数据错误质量控制,是现有雷达运行正常情况下针对非气象回波的雷达数据质量控制方法的补充。     

《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。     

气象数据三维可视化产品应用研究

针对天气预报预警等气象业务发展对三维可视化实况观测资料产品的应用需求,通过数据融合、垂直线性和反距离加权插值等算法的优化调整,实现了雷达基本反射率、国家级自动气象站观测数据和探空资料的三维可视化,动态生成三类资料的三维图像产品。利用三维可视化产品进行个例分析表明,与二维平面显示相比,气象数据三维可视化产品可以使气象工作者更加直观了解气象要素的空间分布情况,尤其是三维雷达产品,通过不同高度的雷达图可以了解雷达回波在水平和垂直方向上分布情况,对于掌握降水回波的发生发展情况很有意义。