多普勒天气雷达三维可视化分析平台设计与实现

为方便气象业务人员多角度观察雷达回波细节和空间分布情况,本文提出并实现了一个跨平台访问的可交互操作的多普勒天气雷达三维可视化分析平台。首先根据雷达基数据特点提出相邻梯形柱体间隔划分四面体的三维可视化算法,基于B/S模式进行三维可视化分析平台整体架构与设计,最终采用HTML的Canvas技术和WebGL技术实现基于Web的雷达回波的二维、三维可视化显示。试验结果表明,多普勒天气雷达三维可视化分析平台具有良好的三维可视化效果和较好交互式可视化体验,为气象工作者提供了一种有效的雷达回波分析工具。     

双偏振多普勒天气雷达产品三维可视化技术研究

针对双偏振多普勒天气雷达（ CINRAD/SAD ）偏振产品展示缺乏三维空间的几何与拓扑信息问题,通过对双偏振产品的解析与坐标变换,利用 Python 库函数与计算机图形学插值技术,对差分反射率（ ZDR ）、差分传播相移率（ KDP ）与相关系数（ CC ）进行了三维立体（ 3D ）建模重绘。将 ZDR、KDP与CC逐仰角产品进行三维空间立体组合后与单仰角平面产品相比,三维可视化产品可以更直观和全面地展示风暴偏振特征的空间分布状况,有助于获取回波整体结构信息,为灾害性天气监测与预警提供重要参考依据。     

Python在FY 2G定量业务产品自动可视化中的应用

利用Python语言实现了每日对CMACast下发的最新风云二号G星(FY-2G)云导风(AMV)和射出长波辐射(OLR)两个定量业务产品的实时自动解码和可视化出图,并与国家卫星气象中心下发的卫星天气应用平台(SWAP)的显示进行了对比。结果表明:两者显示一致。在显示所有AMV文件风矢量数据的前提下,本文可视化产品较目前版本SWAP的显示更为疏密均匀,没有出现重叠现象;Python出图自带的高洛德(Gouraud)明暗处理渲染方式则在对OLR格点产品可视化显示中提供了一种更为平滑,细腻的方法。利用本研究方法对风云二号卫星定量产品进行可视化具备自动化和视觉美观的特点,值得在基层气象部门业务中推广。     

利用闪电定位和雷达资料进行雷电临近预报方法研究

利用LD- Ⅱ 型闪电定位系统监测到的雷电资料和多普勒天气雷达探测到的风暴信息,研究雷电临近预报方法.叠加分析雷电集中区与风暴,雷电集中区一般对应有风暴,并且雷电集中区中心在风暴中心附近,二者移动方向基本一致,移速接近,因此通过匹配雷电集中区与风暴,采用雷电集中区将随其所匹配的风暴一起移动的思路,利用风暴追踪技术,对雷电集中区进行临近外推,从而实现雷电的临近落区预报.通过对2009年强雷电天气的临近预报结果进行网格点对点评分,雷电半小时预报命中率达到87％,成功率为63％.1小时预报命中率达到76％,成功率为51％.为雷电的临近预报提供了一套可业务运行的新方法.     

雷电灾害数据可视化分析系统研制

随着社会和经济的发展,雷电灾害造成的经济损失和社会影响越来越大.为了研究雷电灾害发生、发展规律和分布特征,实现相关数据可视化分析,通过基于GIS和ActiveX自动化技术的等值线绘制技术、基于数据库的闪电密度图和极性图绘制策略、基于自绘图层的多普勒雷达图快速绘制方法和基于GIS的闪电数据与雷达回波数据叠加等多种技术手段,研制了雷电灾害数据可视化分析系统VASLDD(Visualized Analysis System of Lightning Disaster Data).该系统使用图表、GIS专题图、等值线、密度图等多种方式,实现雷灾调查数据、雷暴日数据、雷达数据、闪电定位数据的可视化分析,为防雷部门业务和科研工作提供有力的技术支撑.     

基于VTK的雷达基数据交互式三维重建功能及其业务应用

介绍了在自研的《气象雷达基数据结构分析软件》的基础上，通过空间三维插值方法和VTK（Visualization Toolkit）图形图像库显示技术，实现天气雷达基数据三维可视化的功能，该软件可运行于多种操作系统。三维重建功能支持多项交互式操作，能够快速突出雷达回波的结构特征：允许在雷达平面图上选定任意矩形区域进行三维重建；支持地形和雷达回波的叠加；具备缩放、漫游和视角变换功能；提供不同数值区间的透明度和光照系数调整；实现多种类型的切面视图和三视图。最后，本文结合软件在强对流单体、台风等个例中的应用情况，展示了三维重建功能如何帮助预报员快速掌握风暴结构及其演变规律。     

雷达软件库的移植应用和雷达数据显示

通过C语言实现雷达软件库RSL从Linux向Windows操作系统的移植,将接口函数封装为动态链接库,提供了在Windows操作系统下处理多种类型雷达基数据的方便途径,实现了雷达三维数据在Vis5D下的可视化。利用此技术开发了广东省多部雷达数据处理的业务系统,为大运会短临预报系统提供坐标转换后的雷达格点资料。     

火箭人工增雨和防雹雷达指挥系统

火箭人工增雨和防雹雷达指挥系统充分利用我省天气雷达监测网技术优势，根据雷达回波信息和GPS的精确定位能力，采用可视化编程软件，为作业人员编制了一套操作简便、可视化、交互式的决策指挥操作平台，为作业决策提供了科学、客观、快捷的依据，并直接对作业进行指挥，实现了作业指挥的科学自动化，从而改善我们的作业效果，提高人民影响天气决策指挥的科技水平和防灾减灾的服务能力。     

荆州CINRAD-CCJ天气雷达资料分析处理的若干技术

在CINRAD-CCJ型天气雷达原处理系统的基础上，采用可视化编程技术，新开发出了若干种雷达资料分析处理功能。这些功能包括，从三维角度以数字化方式将雷达原始资料加以分析和处理，以多种图形、动态图表等形式输出相应的数据产品(如垂直数据表格显示、Z廓线、分层速度矢量模型图等)。     

基于Delphi和MapX组件的新一代天气雷达拼图系统

以辽宁省电子地图为基础数据,利用Borland Delphi为主要软件开发平台,基于COM技术的可编程OCX控件MapX开发了辽宁省新一代天气雷达拼图系统。该系统发挥了地图控件显示处理地理信息的优势和面向对象语言编程的灵活性,实现了新一代天气雷达拼图在电子地图上的"显示和缩放"、"漫游"和"图层控制"等功能。论述了雷达产品的坐标系转换原理、地图投影的选择、雷达重叠区域回波处理和栅格图像的配准以及MapX提供的数据绑定和临时图层生成方法,实现了雷达数据的地图加载。     

提高新一代天气雷达在临近预报中准确率的分析

文章应用新一代天气雷达资料,并结合天气图、T-logp图等资料,对发生于2011年6月13日内蒙古西部巴彦淖尔市东部地区的一次局地强对流天气过程进行了分析。通过分析雷达冰雹概率、垂直累积含水量、回波顶高、风暴追踪信息等产品以及自动站天气实况等发现,用于短时临近预报的雷达冰雹概率及风暴追踪信息产品在该次强对流天气过程中与天气实况并不能很好地符合。其原因:一方面与雷达对风暴的跟踪和SCIT算法有关,另一方面表明天气背景以及短时强对流天气所具有局地性特点在短时临近预报中未能充分考虑。通过该个例的分析,对于业务人员认识本地区的强对流天气发生特点并提高预报准确率具有重要意义。     

风暴分类识别技术在人工防雹中的应用

利用新一代多普勒天气雷达资料,在风暴跟踪识别算法的基础上,发展了风暴分类技术,以提高人工防雹作业指挥的效率。首先以SCIT算法为基础,结合风暴的结构特征,综合利用雷达、探空资料,自动提取风暴结构特征指数;其次采用基于决策树模型的风暴自动分类技术,将风暴按强度分为雷雨云、单体风暴、多单体风暴和强风暴;最后根据风暴强度、高度和位置等属性,对有可能产生冰雹的单体,结合GIS,自动对下游方向或附近作业点进行预警或输出作业参数。通过对2006—2014年期间重庆、辽宁大连和河南三门峡三地发生的较为典型的31次冰雹天气过程、182站次冰雹样本的检验来看:该方法通过对风暴按强度、垂直结构等综合属性进行分类,能有效提高冰雹识别的命中率、降低空报率,其中强风暴的命中率能达到100%,空报率仅为11.4%。能有效提高人工防雹作业的自动化程度,对防雹作业的科学决策有着重要参考作用。     

“2011.7.14”沈阳短时强降水多普勒雷达回波特征

为了更好的预报、预警超级风暴单体引起的短时强降水,利用沈阳棋盘山多普勒雷达、营口多普勒雷达和自动站及地面、高空等气象资料,对2011年7月14日沈阳强降水超级单体风暴进行分析。结果表明：地面辐合线和切变线提前于降水2 h产生,而且地面辐合线和切变线的位置与风暴的生成位置重合。强对流风暴具有超级单体风暴特征,风暴出现弓形回波;速度图上存在“v”型入流缺口,相应速度场上出现中气旋,营口雷达基本反射率最大值达到61 dBz,反射率因子垂直剖面出现弱回波区和回波悬垂。当雷达回波发现中气旋,并预计此中气旋能维持1 h左右或者雷达回波发现弓形回波,沈阳棋盘山雷达基本反射率强度超过45 dBz时,可发布短时暴雨或雷雨大风等强对流气象灾害预警。     

改进气象雷达TITAN算法在灾害性天气预警中的应用研究

提出一种适用于我国不同季节、经纬度和下垫面的改进气象雷达TITAN算法。建立天气雷达数据格式转换系统,将我国不同型号新一代天气雷达基数据转换成MDV格式雷达数据;按我国不同气候类型、经纬度和海陆下垫面特征,统计获取不同区域强风暴天气雷达特征指标参数阈值。利用云贵高原和海南地区不同下垫面的两次典型超级单体强风暴天气雷达实况数据与改进的TITAN算法进行实验对比分析。分析结果指出,采用改进TITAN算法识别、跟踪和预测0.5~1 h后的强风暴天气误差较小,可信度较高,有助于识别预警灾害性天气和人影指挥作业。     

江西一次突发性局地强对流天气的雷达回波特征分析

对2004年4月11日赣中出现的突发性局地强对流雷达回波资料进行了分析.分析结果表明,这次强对流过程虽然从天气形势上很难做出预报,但从多普勒天气雷达资料上仍可分析出一定的预报特征:最大反射率(DBZM)和最大反射率高度(HGT)的突降,与降雹和龙卷的发生时间具有较好的相关性;垂直积分液态水含量(VIL)的变化,尤其是跃增的特性,对于判断冰雹的增长非常有效,而对于判断降大冰雹的可能性,尤其是微型超级单体的降雹,VIL密度比VIL具有更明显的指示意义;冰雹指数(HI)对强对流天气的预报具有一定的指示意义,尤其当持续出现"PRO"或"POS"报警时,往往表示风暴已发展成熟,极有可能产生剧烈的强对流天气;三体散射回波(TBSS)的出现,预示风暴中可能有大冰雹生成;风暴追踪信息(STI)产品能有效地预报出回波未来的移动方向和影响区域,但对于转折时间,则需结合反射率等产品来进行预报预警服务;风暴内出现中气旋特征时,应做好发布强对流天气预警的准备工作.     

云南多普勒天气雷达网探测冰雹的覆盖能力

冰雹是常见的天气现象之一,天气雷达是探测冰雹的一种强有力工具。多普勒天气雷达网除体扫模式的局限外,复杂的山地地形对雷达波束造成的遮挡,对于雷达探测冰雹天气现象的不利影响非常大。针对雹云回波的垂直结构特征,考虑0℃、-20℃层高度和回波强中心高度几个关键参数,分析雷达探测雹云的区域覆盖能力。以位于低纬度高原的云南省C波段多普勒天气雷达网为对象,分析其探测雹云的覆盖情况,并按探测效果进行了区域分型。与实际降雹天气的对比表明,该评估方法衡量雹云探测范围较合理;云南多普勒天气雷达网雹云适合探测区约占全省面积的75%,约2%的面积部分遮挡,0.2%被完全遮挡,遮挡比较严重的区域主要位于昭通东北部和临沧东北部。云南省规划的9部雷达全部业务化运行后,理论上90%的地面降雹区能被雷达有效监测和识别,约有3%的地面冰雹区只有当雹云发展到8 km以上才能被识别,约6%只能探测8 km高度以下的回波,可能导致漏判、误判,约8.5%面积为冰雹识别的盲区。     

河南省人工防雹作业指挥系统研发及应用

利用河南省历史气象资料,结合先进的防雹理论与技术,系统分析和总结了河南省冰雹过程的天气尺度与中尺度概念模型,并根据三维冰雹云数值模式及雷达探测、闪电定位、卫星、自动站数据,研发出河南省人工防雹作业指挥系统。该系统包括天气形势分析子系统和作业决策指挥子系统。天气形势分析子系统可根据大尺度形势背景、中尺度系统特征及三维冰雹云数值模式和卫星、闪电、自动站资料,对可能降雹区进行预测。作业决策指挥子系统通过对雷达数据产品的二次开发,完成雷达资料处理、产品生成及风暴自动识别、分类、预警,并根据参数的变化和雹云的移动方向,对下游作业区进行预警及输出作业方案。整个系统基于VS2005开发平台,使用c++开发语言,利用图层分层管理将地理信息、雷达实时观测资料、雷达二次产品、高空资料、火箭和高炮作业点等信息分层显示。系统自动化程度高,操作简便,为河南省冰雹天气预报预警提供了可参考的技术指标体系。     

基于OPTICS聚类算法的雷达数据雷暴单体识别方法

雷达数据的雷暴单体识别算法是雷暴追踪算法的重要组成部分，传统的连续区域法只能通过改变回波强度阈值来调整雷暴单体识别结果，不能满足当前应用需求。本文提出了〖JP2〗一种基于OPTICS（Ordering Points to Identify〖JP〗 the Clustering Structure）算法的雷暴识别方法，该方法能基于高回波点的密度信息进行雷暴单体识别。利用高分辨率X波段天气雷达在两次雷暴过程中的体扫数据检验了算法的效果，并与传统方法进行了比较。结果表明：该方法能克服连续区域法在高分辨率雷达数据中可能出现的无法区分不同单体、识别结果过于零散等问题。并且能在不修改回波强度阈值的情况下灵活调整输出结果，以适应不同应用需求。     

云南高原山地机场强对流短临预报系统研究

基于天气雷达、地面和探空观测资料、NCEP再分析资料、FNL 数值预报产品,应用强对流天气分类识别技术和短时临近预报技术,开展风暴临近预报、强对流天气分类预警、基于数值预报的强风暴潜势诊断等研究,获得大理、丽江、西双版纳等高原山地机场及周边区域强降水、雷暴、大风、冰雹等灾害性天气的0～2h实时定量预报产品和0～12h强对流天气潜势预报产品,建立可业务运行的机场强对流天气短时临近预报系统。通过检验,证明该预报系统有较好的强对流天气预报预警能力,满足机场业务需求。     

利用常规天气雷达探测风暴内部运动

本文论述了一种推断风暴内部运动的方法。该方法应用常规天气雷达探测得到的风暴反射率资料，根据风暴反射率模块在两次扫描中所处的空间位置，并运用相关模式识别技术来判断模块的位移，从而获得风暴回波的二维运动场，并由此推断风暴内气流的结构。使用该方法进行模拟试验并对1986年8月8日的风暴实例进行了计算。