多普勒雷达速度图识别之关键技术

1前言 多普勒雷达已逐步在吉林省布设和使用。多普勒雷达产品与以前使用的常规天气雷达（如713）最大的不同就是它的速度图及其相关产品。由于对绝大多数预报员来讲速度图是一个新鲜事物，所以笔者撰写此文，以便更好地发挥新一代天气雷达的作用。本文主要讨论了速度图本身的识别和分析，没有涉及二次产品，更不是用多普勒雷达速度图（以下简称速度图）做预报。     

双基地多普勒雷达探测小椭球粒子群的雷达气象方程

以椭球粒子的电磁波散射理论（Gans理论）为基础,考虑粒子群旋转轴一致铅直取向情况下,深入研究散射体对雷达波的侧向散射特性,推导出发射水平偏振波与垂直偏振波时的双基地雷达气象方程,并重新定义相应的雷达反射率因子、侧向反射率-后向反射率之比及差分反射率因子等雷达探测参数的表示式,为进一步研究和应用双基地多普勒天气雷达提供理论依据。     

2003～2004年强对流灾害性天气多普勒天气雷达产品特征分析

利用银川新一代天气雷达2003～2004年汛期监测到的12次强对流天气过程产品,主要包括：强度、速度、组合反射率、冰雹指数、风廓线、风暴追踪信息、垂直积分液态水含量、中尺度气旋等,特别是径向速度回波产品,根据产品图象特征,将其分为3类,分别从中尺度天气学原理等进行深入的综合分析,得出多普勒天气雷达的几种重要产品对强对流天气特别是冰雹天气的临近预报具有重要使用价值,同时与常规数字化天气雷达进行了对比分析。     

用CINRAD-SA雷达产品识别冰雹、大风和强降水

利用位于河北新乐的CINRAD-SA多普勒天气雷达（回波强度、回波顶高、速度回波、垂直积分液态含水量、组合反射率、冰雹指数、中气旋、风廓线等）产品，对发生在河北省中南部地区的冰雹、强风、大型降水天气过程进行了统计分析。从中得到了不同天气类型的多普勒雷达指标，为今后利用多普勒雷达识别各类天气提供参考依据。     

多普勒天气雷达远程数据传输同步处理系统

介绍了郑州７１４ＣＤ多普勒天气雷达远程光缆三遥控制及远程无线实时数据传输,同步处理显示系统的技术方案,详细叙述了各功能电路物作用及解决的关键技术,该技术方案为单部多普勒雷达信息（包括原始数据与产品数据）可以被多用户实时共享提供了一种先进的技术手段。     

基于机器学习技术的黄山风景区及周围雷电临近预报方法

为探究影响山岳型景区雷电发展的关键因素，实时掌握黄山风景区及周围雷电发展趋势，采用多普勒天气雷达、气象探空、闪电定位等多种监测数据，根据雷电发生基本物理原理，从系统强度、旺盛程度和移动趋势3个方面提取雷达回波特征作为关键预报因子，基于多种机器学习算法建立了雷电临近预报模型，结果表明：随机森林（RF）、逻辑回归（LR）、K-临近（KNN）、贝叶斯（GNB）、支持向量机（SVM）5种机器学习算法均对雷电具有一定临近预报能力，RF的TS最高，SVM漏报率最低，LR空报率最低；在RF〖JP+1〗算法中雷暴系统强度和发展旺盛程度两类因子起主要作用，其中作用最大的是雷暴系统强度中-20 ℃层高度雷达基本反射率，其次是0 ℃层以上回波厚度。     

青岛地区2007年“7．18”暴雨天气过程分析

利用常规气象资料、多普勒雷达产品和风廓线资料,对2007年7月18-19日发生在青岛地区的区域性暴雨进行分析,发现：副热带高压西北侧的西南暖湿气流与北方冷空气的共同作用形成了这次暴雨过程,一些物理量分布对暴雨的落区有指示意义,多普勒天气雷达在中小尺度天气监测和临近预报中表现出极大的优越性,可以利用雷达资料判断强对流天气的移动方向、发展和消亡,实时的凤廓线资料能够反映探测高度上气流的结构和变化。     

多普勒天气雷达与711天气雷达应用的对比分析

１引言７１１天气雷达是属于非相干雷达，只能探测回波的位置和强度等。而新一代多普勒雷达是一种新型的相干雷达，它可以测定散射体相对雷达的速度，在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流状况等。黑龙江省在２００１年１２月１８日通过３８３０多普勒天气雷达（以下简称３８３０天气雷达）的安装验收，于２００２年４月投入业务运行。目前黑龙江省各市（地）应用的是７１１天气雷达，在今后的预报、服务、人工影响天气等业务仍发挥作用。多普勒雷达与７１１雷达在分析与应用中有哪些差别呢？有必要进行分析和讨论。这里…     

用多普勒雷达资料分析2003年7月21日的雷雨冰雹天气

2003年7月21日受西北气流和暖湿气流的共同影响，山西省中南部出现了大范围的冰雹，雷雨天气，本文应用了天气图，重点应用了多普勒雷达的强度和速度等雷达产品资料特征进行了深入的分析。在多普勒雷达组合反射率因子图上可见典型的钩状回波，有界弱回波区（BWER），回波悬垂和外流边界，在平均经向速度图上，出现了典型的气旋特征。冰雹出现时垂直液态含水量（VIL）达45kg/m^2以上。     

新一代C波段脉冲多普勒天气雷达——3830天气雷达简介

3830天气雷达是由信息产业部电子第38研究所研制并生产,是我省即将投入业务运行的新一代C波段全相干脉冲多普勒天气雷达。本文主要介绍了它的工作过程以及与713天气雷达相比3830雷达先进的技术特点,最后列举了3830雷达几种主要的气象产品,以供对新一代天气雷达感兴趣的人们参考     

一种基于FCM算法的雷达反射率基数据的质量控制方案

根据FCM（fuzzy C-means,模糊C均值）算法初步建立了一种适用于我国多普勒天气雷达反射率资料的质量控制方案,对2009年6月3—5日蚌埠、阜阳雷达站部分雷达体扫资料进行统计分析。结果表明,降水和非降水回波水平反射率结构（T）和垂直反射率差（V）均有不同的参数分布特征,并可有效区分。在此基础上以这两个参数作为FCM算法的输入特征向量,自动识别出降水回波和地物杂波。质量控制结果表明,恰当选取降水回波和地物回波的特征参数,作为FCM算法中的输入特征向量,能够有效识别这两类回波,从而剔除非降水回波,以提高质量控制的效果。     

CINRAD／SA雷达产品在冰雹预警中的适用性分析

使用2003-2005年4—8月发生在宜昌境内17次冰雹个例资料和相应的多普勒天气雷达（CINRAD／SA）产品资料,采用雷达产品特征分析和参量相关分析方法,对反射率产品、速度产品、回波顶高以及其他主要导出产品对冰雹预警的适用性进行了分析。结果表明：（1）反射率因子出现前侧V型槽口时,上升气流强烈,出现冰雹的可能性大。（2）降雹一般发生在正负风暴平均相对径向速度（SRM）对出现且其辐合最强时。（3）回波顶高达到9km以上可作为冰雹发生的参考条件。（4）当垂直积分液态含水量（VtL）密度超过4g·m^-3,出现直径超过2cm大冰雹的可能性极大。（5）冰雹指数（HI）对冰雹预警有一定指示意义;中气旋（M）出现可发布雷雨、冰雹、大风等强天气警报;龙卷涡旋特征（TVS）出现,可考虑发布冰雹和大风的强天气警报,但需参照反射率和速度产品进行具体定位。     

天气雷达数字化系统一次天控故障浅析

天气雷达数字化系统一次天控故障浅析董明亮（烟台航站气象台．２６４００７）烟台机场７１１天气雷达加装上成都气象学院研制的雷达数字化系统（ＷＲＤＰＳ）后,实现了雷达微机控制,预报室实时遥控操作,为保障飞行提供了准确及时的天气资料。运行两年多来,性能稳定,...     

荤尔勒地区两次强对流天气过程的形势和雷达回波对比分析

通过对2006年5月3日和7月17日库尔勒地区两次强对流天气的形势和物理量对比分析，以及库尔勒新一代天气雷达（CINRAD—CC）产品中的组合反射率（CR）、风暴相对平均径向速度（V）等产品的分析，得出库尔勒地区夏季强对流天气过程发生时的有利天气形势、物理量场分布及多谱勒天气雷达产品特征。     

春季一次强冰雹天气的多普勒天气雷达特征分析

本文通过利用常规气象探测资料、自动站资料和石河子CINRAD/CC多普勒天气雷达观测资料,对2010年5月2日发生在准葛尔盆地南缘的一次强对流天气进行了分析。结果表明：在多普勒雷达反射率因子PPI图出现了＞50 dBz强回波区及＞60 dBz强回波中心;在RHI图出现了穹窿结构,且＞50 dBz强回波区高度远高于当天０℃层的高度;在平均径向速度图上出现了中气旋、逆风区;在不同仰角的PPI上气流表现出强烈的旋转和上升;垂直累积液态含水量（VIL）产品对冰雹落区预报有很好的指示作用;风暴跟踪信息（STI）对冰雹天气的出现具有很好预警意义,对今后的防雹减灾工作有较好的应用价值。     

中小尺度天气系统的多普勒统计特征

利用广州新一代天气雷达资料，将多普勒速度和反射率因子及其导出产品特征进行分型，详细描述了各种类型多普勒速度特征的特点和分类方法。按不同类型中小尺度天气系统，对多普勒速度和反射率因子形状的各项特征以及反射率因子大小、回波移速及垂直累积液态含水量分别进行归纳统计，重点分析了多普勒速度的统计特征。结果表明：80％左右的雷雨大风包括下击暴流在多普勒速度图上表现为大风区型和近地层辐散型，产生强降水的速度场50％以上为辐合流场，24％为逆风区型。中气旋特征和弓形、钩状等特殊形状回波出现的几率虽然不高，但却是短时暴雨或大暴雨、冰雹、灾害性大风等强烈天气的重要标志。综合运用多普勒特征和环流背景，有可能改善强对流识别的准确率。     

面向资料同化的S波段双偏振雷达质量控制

双偏振雷达是强对流天气分析和云微物理研究的重要探测设备,将多普勒天气雷达升级为双偏振雷达是我国未来几年强对流天气监测发展建设的重点计划,而双偏振雷达资料质量控制是其中的关键技术问题。针对国内首批业务布建的广东省S波段双偏振雷达网研发建立了一套完整的质量控制技术方案,除了重点解决非气象回波外,还考虑了非标准波束遮挡和径向高频脉动问题。在飑线、暴雨和台风3类华南季风区强天气个例的应用表明,基于模糊逻辑的水凝物分类、偏振量（零滞后互相关系数、信噪比和比差分相位）阈值检查和杂波剔除能有效剔除非气象回波,抑制异常传播波束导致的虚假回波;线性内插较好地弥补了非标准波束遮挡带来的观测缝隙;中值滤波和滑动平均既过滤了偏振观测量在雷达径向的高频脉动,又保留了主要的偏振雷达观测特征。质量控制后的气象回波约占有效观测（反射率因子大于-30 dBZ）的40%,其偏振量取值分别为反射率因子大于5 dBZ、零滞后互相关系数大于0.8和差分反射率为-0.2~4 dB。     

线性规划在X波段双线偏振多普勒天气雷达差分传播相移质量控制中的应用

对X波段双线偏振多普勒天气雷达而言,差分传播相移（φ_DP）数据质量是影响雷达应用的关键因素,需要开展其数据的质量控制。首先利用相关系数（ρ_HV）,差分反射率（Z_DR）纹理和差分传播相移纹理特征信息剔除非气象回波,然后采用一种新的方法——线性规划来开展差分传播相移的数据质量控制。比较分析了雷达原始差分传播相移数据经过3、5、7点不同平滑点数对线性规划结果的影响,分析数据表明不同平滑点数对线性规划结果几乎无影响。将线性规划方法应用到北京组网的X波段双线偏振多普勒天气雷达差分传播相移数据质量控制上,结果表明,差分传播相移经过线性规划后,可以有效提升其数据质量,表现在:（1）差分传播相移具有累积递增属性和差分传播相移率（K_DP）的非负属性,与差分传播相移和差分传播相移率应该具备的物理属性一致;（2）可以有效剔除因冰雹等大粒子产生的后向差分传播相移（δ）对差分传播相移的影响,提升其计算差分传播相移率的准确度。      

多普勒雷达产品人工防雹应用技术指标

利用2005-2006西安多普勒雷达冰雹天气产品资料及渭南冰雹实况资料,对渭南19个典型雹日回波资料分析。得出指标：降雹时反射率因子（R）〉50dBz．组合反射率因子（CR）〉55dBz;降雹前垂直液态水含量VIL值有一个明显的“跃增”变化,降雹时VIL值在50kg／m^2以上;速度图上的对流辐合特征、“逆风区”、中气旋是有效识别冰雹雷雨大风的判据指标;云顶高度（ET）结合其它产品,可提前做出预警。     

《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。