L波段雷达探测系统施放前的准备工作

根据L波段雷达探测系统的特点,结合阳江探空站使用L波段雷达探测系统多年的经验,总结几年来使用该系统施放前出现的种种情况,探讨施放前准备工作的重要性,确保高空探测工作的顺利进行。     

双偏振雷达和双频测雨雷达反射率因子对比

为了研究星载测雨雷达和地基雷达探测数据存在差异的本质原因,将GPM（Global Precipitation Measurement Mission）星载双频测雨雷达（dual-frequency precipitation radar,DPR）和南京信息工程大学C波段双偏振雷达（CDP）的反射率因子进行时空匹配,并基于水凝物分类定量分析两者探测的相似性和差异性。结果表明:GPM DPR与CDP探测的反射率因子整体一致性较好,经过衰减订正和波段修正,两者的相关系数约为0.86,达到0.001显著性水平,均方根误差约为3.33 dB。基于T-矩阵法拟合C和Ku波段探测不同水凝物等效反射率因子的波段修正公式,在衰减订正基础上针对不同水凝物类型的回波进行波段修正,二者探测湿雪、霰、大滴和中雨回波的相关性较好;受干雪几何形状影响,探测干雪回波的相关性较低;探测大雨和冰晶回波的相关性较差。DPR中NS和HS模式探测存在差异,DPR NS模式对强回波敏感,而DPR HS模式对弱回波敏感。     

L波段探空雷达探测高度偏低分析

海拉尔站L波段雷达探测高度经常出现偏低现象,为弄清探测高度偏低的具体原因,通过ASOM系统统计分析了该站探空和测风数据,并从多个可能造成雷达探测高度偏低的成因分别进行分析,发现造成海拉尔站L波段雷达探测高度偏低的主要原因为:(1)探空仪突然变性;(2)1600g探空气球在冬季的施放高度偏低;(3)海拉尔站值班大楼在固定方位、仰角区间内会对探空信号造成遮挡。     

大气探测

大气探测Ｃ波段测风雷达天线挡住球影时的捕捉目标方法Ｃ波段测风雷达观测探空气球时，初始阶段要由机内光学引导系统引导雷达实现自动跟踪。在某些天气条件下，光学跟踪器～雷达天线～探测气球三者往往成一直线，即雷达抛物面天线遮挡住球影，致使无法引导。我们在实践中...     

北京强对流天气中X波段双偏振雷达特征及应用

针对2018年夏季北京15次强对流天气过程,利用房山单站X波段双偏振雷达与北京观象台S波段天气雷达探测产品进行对比分析,探讨新探测手段的应用价值。结果表明：相对于常规天气雷达来说,双偏振雷达在粒子识别方面具有明显优势,成为冰雹等天气监测、预报预警的强有力手段。在冰雹识别上,X波段双偏振雷达的差分反射率因子（ ZDR）和相关系数（ρhv ）是两个重要的偏振量,ZDR 较小,接近0,有时为负值; ρhv小于0.9。在强降水识别方面, ZDR大值和差分传播相移率（KDP ）能够较好地指示雨强较大的降水。低仰角的 ZDR达5dB以上,KDP 在8°/km以上, ρhv达0.95以上时,地面5分钟雨量可达到或超过10mm。两种雷达的对比分析来看,反射率因子强度（R）、垂直累积液态水含量（VIL）均较SA天气雷达强度偏强。此外,由于X波段雷达波长较短,单部雷达的探测波束经过强降水区会发生比较严重的电磁衰减,致使强降水后部的降水回波强度偏弱,严重影响预报员对降水强度和降雨持续时间的判断,需要与SA天气雷达配合使用或者利用多部X波段雷达组网进行强降雨的监测分析。     

W波段和Ka波段云雷达探测回波对比分析

通过分析W波段和Ka波段云雷达同时探测回波的差异,验证了W波段云雷达初样机的探测性能。结果表明：1）W波段云雷达初样机工作稳定,两个波段雷达都可以探测云层、云的边界、云厚等宏观参数,也可以反映出云的精细结构及云内微物理参数的变化,回波强、速度小、谱宽大的冰晶云含有上升气流及较多过冷水。2）增强模式的W波段云雷达在近地面探测雾、霾的能力比Ka波段云雷达强;两部云雷达对云层较薄的云探测能力基本相当,对多层云、云层较厚、含水量较多的云及降水的探测,由于强衰减的作用,W波段雷达所测云厚度小、云顶低、回波强度小,并且非瑞利散射也会造成W波段雷达的回波强度降低。     

S波段与X波段天气雷达探测参量差异及组网融合处理研究

随着X波段双偏振雷达探测网的增多,与S波段双偏振雷达开展组网观测愈发具有必要性。利用北京地区2021年7月27日的一次强对流天气过程的观测资料,对X波段双偏振雷达组网观测值和S波段双偏振雷达观测值进行一致性定量分析,结果表明：两者观测的反射率因子（Z）一致性好,差分反射率（ZDR）差异集中在0dB值附近,Z≥30dBz时,差分相移率（KDP）差异显著。根据观测值差异特征,比较了探测参量直接融合和距离指数权重融合两种数据融合方式,通过分析偏振参量垂直剖面图发现,融合后可以相互弥补探测盲区,KDP通过距离指数权重融合的方式过渡更加自然。本文融合效果可供不同波段雷达融合组网提供参考。     

用GPS定位数据研究L波段雷达数字探空仪系统的测高误差

我国高空站网已普遍推广L波段雷达-数字探空仪系统,但业务上作为测风使用的L波段雷达设备的探测精度只经过了近距离静态目标的标定,缺乏相关的动态检验.为了解该系统的动态探测性能,作者在数字探空仪上增加了GPS定位模块,以获得的GPS高度数据作标准,分析了2006年5月至6月上海和南京探空站23份施放记录,结果表明: L波段雷达设备由于水平标定精度不够,造成测高误差较大,100hPa高度以下最大系统误差达到几百米,而且每个站的误差带有系统性,但利用GPS高度数据与雷达测得高度的对比分析结果,来修正雷达仰角参数后,大幅度提高了L波段雷达的测高准确度,系统误差在100hPa高度以下不超过40m.因此在高空探测业务上以GPS定位资料作为L波段雷达定标的参考标准具有可行性.     

C-波段测风一次雷达的跟踪特性及其应用前景

利用我国研制的第一部Ｃ－波段测风一次雷达样机在成都和郑州试验现场取得的大量测试和施放记录，对该雷达跟踪固定目标的静态特性和活动目标的动态特性作了进一步统计分析。结果表明，在跟踪固定目标时，该雷达有根高的跟踪精度；在跟踪实际活动反射靶时，跟踪数据的离散度比跟踪固定目标时大，并指出，采用适当的滑动平均措施减小原始数据的离散度，并选择合适的计算水平风的时间间隔，就可获得精度高（如１ｍ／ｓ）而层结精细度合适的高空风廓线。     

我国双线偏振雷达探测理论及应用研究

在１９８４～１９９５年期间，中国科学院兰州高原大气物理研究所研制完成了我国第一部Ｃ波段双线偏振雷达系统，并首先在国内开展了双线偏振雷达探测理论及应用研究，取得了一些成果，可供雷达气象及相关部门参考。     

网络化衰减订正方法在北京X波段网络化雷达中的应用

衰减是影响X波段雷达数据质量的主要因素之一,直接影响到X波段雷达在强对流监测预警中的应用效果。文中在分析中、外雷达衰减订正方法的基础上,选择并改进了一种利用雷达网中不同雷达相互订正的方法,该方法通过不断迭代运算,使订正误差达到最小,形成了适合于网络化X波段雷达的反射率因子衰减订正方法。订正结果与原始雷达数据以及差分相位（${\phi _{{}_{{\rm{DP}}}}}$）订正法结果进行对比,并且还同时与北京S波段雷达观测数据进行了对比。结果表明：衰减订正对X波段雷达穿透强降水后的回波以及探测距离较远的回波效果比较明显,订正后的回波与S波段雷达观测结果比较吻合。     

扁椭球雨滴后向散射的Gans理论和T矩阵差异对雷达探测释义的影响

非球形粒子的散射特性研究是双偏振雷达探测数据处理和释义的基础,非球形状同样会影响常规雷达探测数据的处理和释义。在利用雷达进行降水观测的过程中,需要考虑旋转扁椭球雨滴的散射特性。Gans理论和T矩阵法是常用于计算椭球粒子散射特性的算法,但其算法差异会对雷达探测反演带来不同的结果。利用Gans理论和T矩阵法的数值计算,分析旋转扁椭球雨滴的后向散射截面,同时对比常用雷达波段（S、C、X和Ku）内两种算法的后向散射截面的相对差别,以相对差别的阈值得到Gans理论可适用于计算旋转扁椭球雨滴后向散射截面的最大等效半径和尺度参数。在常用雷达波长处对该差异造成的雷达反射率因子Zh和差反射率因子ZDR的影响进行分析。结果表明,在MP雨滴谱下,X波段处Zh的算法差异可达1.66 dBZ,在C波段处ZDR的算法差异可达0.75 dBZ,其他各波长处也有差异。      

基于腔增强吸收光谱技术的气体探测研究

以近红外可调谐半导体激光器为光源,以反射率为９９７％左右的平凹镜组成的稳定光学谐振腔作吸收池,构建起一套腔增强吸收光谱（ＣＥＡＳ）系统;以二氧化碳气体（ＣＯ２）、一氧化碳气体（ＣＯ）、甲烷气体（ＣＨ４）以及一氧化碳和二氧化碳的混合气体为样品,利用分子在近红外波段的特征吸收,研究了在近红外波段用ＣＥＡＳ技术探测ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４ 等气体的可行性;同时也对基于可调谐半导体激光器的ＣＥＡＳ系统中激光器的波长定标、谐振腔（吸收池）的透射特征等做了研究,获得了ＣＯ、ＣＯ２、ＣＨ４以及ＣＯ和ＣＯ２ 混合气体的特征吸收谱,最后对ＣＥＡＳ技术在定量测量方面的能力做了研究．研究结果表明,ＣＥＡＳ技术的探测灵敏度可达５６８７×１０－７ｃｍ－１,是一种装置简单、操作方便、灵敏度高、稳定性好的定量吸收光谱技术．     

L波段探空系统的建设和技术保障

介绍L波段雷达探测系统建站、仪器准备、仪器施放以及处理记录时要注意的事项,还有特殊资料的处理方法;简单介绍了雷达的日常维护和维修窍门。     

对使用L波段气象探测雷达的探讨

介绍了使用L波段新一代高空气象探测雷达的三个新方法：①如何解决L波段新一代高空气象探测雷达丢球的问题;②L波段新一代高空气象探测雷达及配套系统所测得的高空气象资料进行统计检验问题;③对高空气象信息资料及报文编报形式及资料传输方式的创新。     

多普勒雷达风廓线资料可用性评估

利用阳江大气探测基地拥有多普勒雷达、L波段探空雷达和地面观测站于一体的条件,将多普勒雷达高密度的VAD风廓线资料与L波段雷达资料进行对比,分析其相关性,得出多普勒VAD风廓线资料在探测资料齐全时,与L波段雷达资料变化趋势一致;一般情况,多普勒风廓线探测值比同一层的探空风偏小;多普勒风廓线RMS误差资料代表多普勒风廓线资料与探空资料的一种差异趋势。     

复杂地形下C波段雷达定量降水估计算法

C波段雷达定量降水估计（QPE）精度受到很多因素的影响,主要包括:（1）雷达标定,（2）非气象回波的干扰,（3）降水物垂直空间变化,（4）地形或地物的严重遮挡,（5）Z-R关系的代表性,（6）雷达拼图的质量,（7）雷达观测回波衰减等。文中雷达定量降水估计算法基于陕西省C波段天气雷达展开,从雷达探测数据质量控制、地形遮挡、Z-R关系和雷达拼图等方面提高C波段天气雷达定量降水估计的精度,产生降水类型产品和1 h定量降水估计产品,产品空间分辨率为0.01°×0.01°,时间分辨率为6 min。通过对7次降水过程进行评估,结果表明:基于混合仰角反射率因子处理模块和降水类型分类模块进行雷达定量降水估计,得到的结果与地面雨量站观测降水接近,1 h累计降水量的统计评分指标均方根误差稳定在3 mm以下,相对误差稳定在50%左右,相对偏差保持在?30%以内,雷达定量降水估计产品的离散度和绝对偏差都较低,表明该算法得到的雷达定量降水估计稳定可靠。      

Ka/Ku双波段云雷达反演空气垂直运动速度和雨滴谱方法研究及初步应用

在Ka波段云雷达上升级改造建成的Ka/Ku（Ka和Ku波段波长分别为8.9 mm和2.2 cm）双波段云雷达2019年用于华南云降水垂直结构观测,以改进云内动力和微物理参数探测能力。为了利用该双波段云雷达研究华南降水微物理和动力结构,本文提出了基于双波段云雷达回波强度谱密度（S_Z）数据和最优估计技术的云内空气垂直运动速度（V_air）、雨滴谱（DSD）、含水量（LWC）、雨强（R）的反演方法（DWSZ）,雨区衰减的订正方法。利用2019年在广东龙门观测的一次降水过程数据,对比分析了云雷达反演的微物理参数与雨滴谱直接观测量,并检验了云雷达反演的低层空气垂直运动速度,利用反演结果分析了一次混合云过程的V_air与这些微物理参数的垂直结构和相互关系。结果表明:Ka/Ku双波段云雷达合理反演了微降水微物理和动力参数及其垂直分布,经过衰减订正的Ka和Ku波段回波强度偏差明显减小。该双波段云雷达数据可以用于分析0～30 dBZ回波强度的云降水垂直结构。本次过程为混合云降水,对流单体前部存在明显的上升气流,后部存在下沉气流;从平均垂直结构来看:V_air和粒子平均直径（D_m）在2 km高度层到达最大,粒子数密度（N_w）、LWC和R在2 km以下明显增强,粒子直径却减小,水汽凝结过程、雨滴碰并云滴是本次过程的主要机制。这一工作验证了Ka和Ku波段组合的双波段云雷达的可行性,为Ka/Ku波段云雷达技术的推广,单波段云雷达反演算法进一步改进,云降水精细结构分析等提供了基础。     

怎样才能使气球放得更高

高空探测是指利用遥测和遥感手段进行从地面到对流层、平流层、中间大气层的温度、气压、湿度和风向风速的探测,我国目前普遍使用的常规高空探测方法是气球携带探空仪升空探测,为了获取更多的高空气象资料,就要求尽量提高探测过程的气球施放高度。影响气球施放高度的因素很多,包括当时的天气状况、雷达运行的可靠性、探空仪(含回答器、回答器电池)质量、探空气球的质量和充灌过程的操作方法等等。在雷达、探空仪和气球质量均相对有保证的情况下,探空业务人员在气球充灌过程的操作方法就成了影响气球施放高度的主要因素。笔者在从事高空探测…     

C—波段测风一次雷达原跟踪特性及其应用前景

利用我国研制的第一部Ｃ－波段测风一次雷达样机在成都和郑州试验现场取得的大量测试和施放记录，对该雷达跟踪固定目标的静态特性和活动目标的动态特性作了进一步统计分析。结果表明，在跟踪固定目标时，该雷达有很高的跟踪精度；在跟踪实际活动反射靶时，跟踪数据的离散度比跟踪固定目标时大，并指出，采用适当的滑动平均措施减小原始数据的离散度，并选择合适的计算水平风的时间间隔，就可获得精度高而层结精细度合适的高空风廓线