OIQC技术在雷达反演VAD廓线资料退模糊中的应用研究

多普勒天气雷达在强风速天气条件下经常出现的速度模糊误差,严重限制了风场信息的广泛应用,如反演VAD廓线等。本文将最优插值客观分析质量控制技术(OIQC),应用于雷达反演VAD廓线资料中速度模糊的质量控制。对用于反演VAD风廓线的那些格点圈层上的资料,以简化的多变量统计插值技术(Cressman插值),为被检查的资料提供一个对比分析的参考值,从而确定折叠次数,修正模糊速度。根据多普勒雷达径向速度资料的特点,水平方向采用非各向同性的单变量背景场误差协方差函数,垂直方向协方差函数取为高斯型。修正模糊速度后运用VAD技术得到水平风的垂直廓线。对强龙卷天气过程的数值试验结果表明,OIQC技术应用于雷达资料质量控制,无需引入外界风场,有能力修正模糊速度。结合VAD方法,可以从存在严重折叠的雷达资料中反演出较为准确的风廓线。     

基于变分技术的天气雷达速度退模糊算法的改进研究

为有效地识别和提取多普勒天气雷达风场信息,对Gao和Droegemeier提出的基于变分技术的多普勒雷达径向速度数据退模糊方法进行了改进。原方法中将背景风场、方位和径向速度距离梯度信息同时作为约束条件,对Nyquist数进行校正。但是该方法在迭代过程中使用了大量的数值分析和偏微分方程计算,造成径向速度场过度平滑和数据失真。针对这个问题,改进算法在得到径向速度分析场后,结合原始径向速度观测场,通过图像变化检测法,自动识别存在速度模糊的区域及计算需要校正的Nyquist数,对观测场的模糊区域进行校正。利用强对流天气和台风过程的雷达体扫数据验证了改进算法的可行性,并与原始算法及业务应用的WSR-88D算法对比。结果表明:改进算法有效地解决了原始算法中的不足,恢复真实的风场结构和分布特征,改善了退速度模糊的质量,从而得到更为合理的径向速度观测场;并且该算法退模糊效果优于WSR-88D算法,有助于为科研和业务应用服务。     

T213数值预报产品与多普勒雷达图像相结合在对流天气在的应用

利用Micaps系统中的T213数值预报产品和714CD多普勒天气雷达的强度和速度回波资料、径向风场资料，对贵阳机场的对流天气进行分析。指出在用常规天气图进行外推预报的同时，结合T213数值预报物理量预告场提前预测天气趋势和变化，利用多普勒雷达连续探测的特点，弥补时间和空间密度的不足，并运用多普勒速度图和VAD技术来识别和反演流场结构和中小尺度天气统，密切监测对流天气的发生、发展、提高了短时预报的精度。     

毫米波多普勒雷达RHI退速度模糊研究

毫米波测云雷达是探测非降水云和弱降水云的理想工具,但由于其波长较短,最大不模糊速度较小,因此容易产生多次速度模糊现象,纠正速度模糊是充分利用多普勒雷达风场信息的前提。针对毫米波雷达距离高度显示器RHI(Range Height Indicator)的速度模糊现象,提出了两种退模糊方法,即人机交互方法和自动方法,并用实测数据进行了试验。试验结果表明,两种方法都能较好地退除毫米波多普勒雷达速度场中的速度模糊现象。相比较而言,自动方法比人机交互方法处理效率高,若对于比较小的孤立区域,人机交互方法更有优势。     

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。     

复合风场的单多普勒速度特征

本文对复合风场的单多普勒天气雷达径向速度图象进行模拟，复合风场包括不同风速情况下的大尺度运动的辐合辐散风场与冷暖平流的迭加。不同的风场在单多普勒径向速度场上有着不同的特征，本文的一组模拟，可以帮助用户正确识别单多普勒径向速度场中的有用信息。     

登陆台风的多普勒雷达资料质量控制和水平风场反演

消除噪音和速度模糊、进行水平风场的反演并检验是正确使用和充分利用多普勒雷达探测资料的前提.对2005年8月山东烟台多普勒雷达探测到的0509号台风"麦莎"的存在速度模糊的径向速度资料首先进行噪音和速度模糊消除处理,检验结果表明对资料的退模糊处理是成功的;其次进行了水平风场的反演,并对反演的风场从雷达径向速度的特征、大尺度环境风场特征、与卫星云图云带的对比和以台风中心为圆心计算的径向风垂直剖面特征等方面进行检验.结果表明,利用单多普勒雷达探测资料得到的水平风场能够清晰地给出登陆热带气旋内部存在的中小尺度系统,及其水平和垂直结构,并表明与台风外围雨带强降水区域相对应的是明显的中尺度水平风场的切变与辐合区.反演风场也可以为进一步利用单多普勒雷达探测资料分析和研究登陆台风内部的中尺度结构提供高分辨率的可靠的分析资料.同时证明,使用的退速度模糊方法能够有效地应用于较完整资料的速度模糊的自动消除,以及VAP方法对于中小尺度风场分析的实用性.     

二维多途径退速度模糊算法的应用及效果研究

径向速度的模糊问题是制约新一代天气雷达径向速度资料应用的关键问题.本文将美国强风暴实验室Zhang Jian 提出的二维多途径退速度模糊方法应用到我国新一代天气雷达(SA、CB)观测的台风以及强对流风暴天气过程的资料质量控制中,进行了退模糊试验,详细分析了新算法的特点,并提出了数据预处理的方法.个例资料的分析表明:该算法不仅能处理连续性风场的速度模糊,也能处理存在大量数据缺失以及距离折叠的不连续性风场的径向速度模糊,但对于孤立回波的速度模糊的处理,也会出现问题.同时,在个例研究中发现,地物回波对于退速度模糊效果也有一定的影响.     

暴雨的多普勒天气雷达速度辐合风场特征

多普勒天气雷达探测大范围强降水时,其多普勒速度回波特征既不同于单纯的暖(冷)平流的特征(S或反S形)也不同于纯粹的大尺度辐合(散)运动特征(弓状), 而是暖(冷)平流和辐合(散) 两种运动相结合的风场(称之为复合风场)所产生的多普勒速度特征.应用天津塘沽新一代天气雷达资料,并结合自动气象站资料和改进的EVAD 技术,分析2005年8月16日发生在海河流域的一次大范围、长时间的强降雨天气过程的多普勒天气雷达资料.结果表明:(1)当低层出现暖平流和辐合运动相结合的复合风场特征时,即多普勒天气雷达速度场产品表现为自雷达中心开始,在同一距离圈上,一侧的零速度线弯向正速度区的顺转程度明显大于另一侧的零速度线弯向负速度区的顺转程度,即负速度区面积大于正速度区的面积时,降水就增强或维持.(2)当低层出现暖平流和辐散运动相结合的复合风场特征时,对应降水减弱或停止.这种对雷达速度场的辐合辐散分析将对大范围强降水的形成、发展、维持和消散具有很好的临近预报指示作用.     

T213数值预报产品与多普勒雷达图像相结合在对流天气中的应用

利用Micaps系统中的T213数值预报产品和714CD多普勒天气雷达的强度和速度回波资料、径向风场资料,对贵阳机场的对流天气进行分析.指出在用常规天气图进行外推预报的同时,结合T213 数值预报物理量预告场提前预测天气趋势和变化,利用多普勒雷达连续探测的特点,弥补时间和空间密度的不足,并运用多普勒速度图和VAD技术来识别和反演流场结构和中小尺度天气系统,密切监测对流天气的发生、发展,提高了短时预报的精度.     

一种自动多普勒雷达速度退模糊算法研究

提出了一种能解决孤立风暴、高切变和强台风等情况下速度模糊问题的自动多普勒雷达速度退模糊算法。该算法首先通过搜索最弱风区,第一次确定的最多两组初始参考径向和参考速度库,其中使用了相邻仰角初始参考径向应具有方位连续性的约束条件,剔除假零速度线引起的不恰当备用初始径向;然后从初始参考径向和参考速度库开始,对其周围邻近的速度库进行连续性检查,如果当前库的径向速度与参考速度的差值大于给定阈值就对其进行纠正;完成两次全方位径向退模糊处理后,算法进行径向和方位方向的强风切变检查,如果还有强风切变存在,那么通过搜索弱风切变区中有效速度库最多的径向,第二次确定一组退模糊的初始参考径向和参考速度库,再重复前面的退模糊过程,这有利于远离雷达的孤立风暴的速度退模糊。在多次退模糊过程中,判断速度模糊的标准由紧到松,切变阈值由小到大,以确保用于后面退模糊处理的参考速度的可靠性。利用我国S波段多普勒天气雷达观测的龙卷、飑线、孤立强风暴及台风等事件的1 000多个体扫资料对该算法进行了测试和评估,结果表明,速度退模糊准确率>99.5%。对于孤立风暴、高切变及强台风等复杂情况下的速度退模糊来说,新算法要优于我国新一代天气雷达业务退模糊方案。     

提高新一代多普勒天气雷达产品数据质量的途径与方法

简要介绍和探讨利用CINRAD/SA/SB/CA/CB系列(统称WSR-98D)最新Build 10雷达软件系统提高气象产品数据质量的几种途径与具体实用方法,主要包括:生成正确的地物杂波滤波控制图,对速度数据进行退模糊处理,考虑地理地形环境对降水产品质量的影响,用实际测量降水数据对雷达估测降水产品进行调整和订正,正确设置使用局地环境数据。     

A Velocity Dealiasing Scheme for C-band Weather Radar Systems简

A dealiasing algorithm for radar radial velocity observed by C-band Doppler radars is presented as an extension of an existing S-band dealiasing algorithm. This has operational significance in that many portable and many commercial broadcast radars, as well as approximately one half of the Chinese weather radar network （CINRAD）, are C-band radars. With a wavelength of about 5 cm, the Nyquist interval of C-band radars is just about one half that of S-band radars （wavelength of about 10 cm） and thus has more velocity folding. The proposed algorithm includes seven modules to remove noisy data, find the starting radials, dealias velocities, and apply least squares error checking in both the radial and azimuth directions. The proposed velocity dealiasing method was applied to one widespread rain case and three strong convective cases from radars operating in China. It was found that, on average, 92.95% of the aliased radial velocity data could be correctly de-aliased by the algorithm, resulting in 96.65% of the data being valid.     

基于MVAD技术的多普勒雷达径向速度退模糊方法的改进研究

对Gong（2003）提出的基于Modified VAD技术的多普勒雷达径向速度退模糊方法进行了改进。原方法从各高度上径向风速的方位梯度信息中估计水平风廓线的分布,在使用各高度参考风进行一次退模糊的基础上,进行连续性检验完成整个退模糊过程。使用参考风进行退模糊能在很大程度上提高退模糊的效率。但是由于中小尺度系统的扰动和复杂的采样覆盖的影响,一般很难获得比较准确的估计水平风速,这将对进一步的退模糊过程产生很大的影响。针对这个问题,在水平风估计过程增加了质量控制参数,使其能够更好地估计水平风。此外,还对原方法中的几项参数的选择进行了讨论和调整。通过对两个个例的退模糊试验,检验了改进后方法的效果。     

多普勒速度模糊的切向消除技术

根据多普勒速度模糊在速度随方位角分布廓线（切向廓线）上的特征，提出了切向消除速度模糊的技术。其主要步骤是:1.通过消除切向廓线上的孤立点将切向廓线分为缺测段，模糊段和非模糊段；2.按速度切向分布的连续性逐段进行模糊判别和修正；3.以切向廓线的拟合简谐曲线为参照，消除廓线上的模糊点；4.在各距离段内按速度径向分布的连续性进行模糊判别和修正。文中还提出了用切向廓线的拟合简谐曲线的振幅与速度绝对值的平均值之比值的大小来检验速度模糊是否已被消除。     

关于Doppler雷达VAD技术的讨论

Doppler雷达VAD技术可以从距离圈上的Doppler速度随方位角的分布廓线中提取背景风场的散度。但是，通常Doppler雷达观测到的距离圈上的Doppler速度一般都是不完整的。为了计算散度，必须插补上所有缺侧方位上的Doppler速度，这就使应用VAD技术得到的散度带有不客观的成分。该文利用Doppler速度随方位角的分布具有一阶简谐曲线的特点，提出了用对称法计算散度的方法，从而避免了对Doppler速度方位廓线进行人为插值。文中还针对用VAD技术计算出的不同高度上不同水平面积的散度量级不同的问题，提出了对散度进行面积修正的方法。     

适用S波段多普勒天气雷达的径向速度自动退模糊方法

径向速度模糊问题限制了雷达速度资料的广泛应用,针对退速度模糊中孤立回波或被距离折叠隔离的回波出现模糊、受杂点干扰影响以及大多算法往往将径向直线作为初始参考等问题,提出了一种新的自动退模糊方法:（1）通过查找0速交界点插值得到两条0速线以进行正、负速度区域的大致分区;正、负分区后,分区域段识别杂点干扰区与非杂点干扰区;对杂点干扰区,逐点判断其是否满足模糊特征条件,对非杂点干扰区,识别模糊边界以圈定模糊区域块进行退模糊,并做遗留点的逐点扫尾退模糊处理。（2）对于未能确定0速线的情况,使用上层记录的0速线信息或搜索符合条件的径向直线0速线。（3）对于仍未能确定0速线的情况,用逐点判断的方法退模糊。利用S波段雷达观测的飑线、冰雹、强台风等事件11个个例3407个速度模糊体扫资料对该算法进行了验证,总体速度退模糊准确率高于98%。利用0速线确定正负分区、识别模糊区域块以及在逐点判断中考虑扩展邻域搜索,有助于孤立回波及被距离折叠隔离回波的退模糊处理,该方法比业务方法更有效, 2018年3月4日冰雹个例的速度退模糊准确率高于业务方法10%。对杂点干扰区使用逐点判断方法可正确退去模糊区,使其免受杂点影响。综合考虑上层0速线信息及图像中有助于确定0速线的相关信息,经严格把关和检验,确保0速线的准确性,有益于退速度模糊处理。