FOSE系统中的新一代天气雷达拼图及单站产品制作

气象数据宽带通信网的建设为实现全国新一代多普勒天气雷达资料的实时应用提供了支撑。本文介绍了国家气象中心预报业务支持环境(FOSE)下的,基于准实时PUP产品的高频度全国和区域雷达拼图以及单站雷达产品的设计制作方法和业务化流程。作者参与开发的雷达拼图产品制作服务程序充分考虑了业务实际需求,设计灵活,投入使用以来运行稳定。     

基于C/S架构的雷达产品分发系统的设计与实现

提出一种多普勒天气雷达产品分发系统的实现方案.通过解决雷达产品生成子系统（RPG）与主用户终端子系统（PUP）之间的有限制连接导致无法接人过多PUP用户的问题,实现了新一代天气雷达产品的跨区域共享及显示.     

基于消息调度的江西省天气雷达拼图技术方法

为提高多普勒天气雷达资料处理效率,基于消息中间件技术、数据缓存等技术,开展了雷达资料处理与组网拼图技术应用研究.采用RabbitM Q消息中间件,实现雷达资料质量控制、网格化处理、数据缓存等实时调度处理.采用多进程技术,实现雷达资料组网拼图和可视化绘制.在此基础上,构建分布式并行业务运行系统,对江西省8部多普勒天气雷达进行组网拼图处理,实时制作时空分辨率分别为6 m in和0.01°的雷达拼图产品.基于消息的雷达拼图技术显著提高了数据处理时效,满足了天气监测预警等精细化气象业务服务需求.     

区域天气雷达拼图的应用

通过对1998年7月开始实行的全国天气雷达拼图产品的生成、使用方法及存在问题进行分析，得出了天气雷达拼图应用的优点；大范围天气雷达组网拼图资料比天气图的时空分辨率高，能及时掌握天气系统的演变及生消过程，有利于预报员分析和制作降水预报。     

天气雷达径向数据流实时显示和监控系统设计与实现

基于天气雷达径向数据流传输方式,在保持原有监控终端和产品终端不变的基础上,采用C/S架构研发了天气雷达远程实时显示和监控系统。系统由远程传输服务器软件(RTS)和远程传输客户端软件(RTC)组成,实现了天气雷达跨路由远程控制、监控和回波实时显示功能。实践证明远程用户能在网络的任意节点上监测天气过程和控制雷达运行状态,给用户带来真正意义上的网络实时监控和使用雷达的感受,也为将来管理部门集中对多部雷达进行实时监控、观察天气过程打下一定基础。     

区域天气雷达拼图的应用

通过对 1998年 7月开始实行的全国天气雷达拼图产品的生成、使用方法及存在问题进行分析 ,得出了天气雷达拼图应用的优点 ;大范围天气雷达组网拼图资料比天气图的时空分辨率高 ,能及时掌握天气系统的演变及生消过程 ,有利于预报员分析和制作降水预报。     

新一代多普勒天气雷达三级终端的设计与应用

结合新一代多普勒天气雷达在业务使用过程中的实际情况,指出现有2级终端PUP显示模式无法满足多用户的需求,即一个RPG系统最多只能提供8个PUP用户使用,当数据量较大时经常会出现漏生成基数据或网络丢包等现象,往往连最基本的8个PUP用户的需求都满足不了。通过分析二级终端模式的工作原理和网络带宽支撑,设计出利用第3级PUP来接收显示雷达产品的方法:首先通过FTP自动分发程序将产品分发到第3级计算机终端上,再利用PUP软件的产品猎手功能实现雷达产品在3级终端上的自动实时显示,与2级显示终端无异。     

新一代天气雷达产品故障识别及监测预警系统设计实现

新一代天气雷达故障直接影响数据质量,异常产品的产生对短时临近预报预警带来了重大的影响,实现雷达异常产品实时监测具有一定现实意义。本系统采用WinForm 3层架构+ORM模型架构,通过统计纹理分析、灰度图像特征值分析等图像处理技术实现自动识别雷达异常产品。新一代天气雷达产品故障监测预警系统可以实时、高效、准确检测出异常雷达产品,满足强对流天气预警监测、天气雷达故障预警服务预判、天气雷达产品可用性服务等功能要求,从单部雷达产品数据中识别出异常回波,避免进一步影响多雷达组网拼图,对天气雷达组网产品的质量控制具有重要的意义。     

PUP产品共享客户端应用方法研究

分析了 PUP产品共享客户端应用方法，经实践指出：PUPD软件“重复下栽、单一目录检索和磁盘映射”等设计存在明显缺陷，而且其功能完全可由PUP软件替代。若用户只需要单站雷达产品可用PUP完成，若需多站雷达产品则需要SUPER_PUPD共同完成，SUPER_PUPD程序具有“自动判别、实时下载、多目录检索和高速、高安全性及高移植性”的特点，运行一年多来性能稳定。     

贵州天气雷达集约监控系统的研究与实现

基于Zabbix和企业微信等开源平台,使用Shell和Python脚本技术,一是实现雷达基数据、PUP产品和SWAN拼图的分钟级监控,将这些颗粒级且不连续的告警串联成线,实现贵州省雷达集约式全流程监控;二是对接企业微信客户端,将雷达告警推送雷达机务人员,极大地缩短雷达故障反馈和定位时间,适应监控运维保障智能化的发展趋势。     

QVP方法在双偏振雷达冬季降水观测中的应用

双偏振雷达是研究降水微物理过程的重要探测设备,为研究我国东部沿海地区冬季降水的微物理特性,选取2019—2020年不同天气背景下（包含相态转换）影响上海的冬季降水过程,基于上海南汇WSR-88D双偏振雷达资料,采用准垂直廓线（QVP）方法反演3次降水过程的反射率因子Z_H、差分反射率Z_DR和相关系数ρ_hv的高度-时间廓线。基于QVP,结合探空、再分析资料、地面自动气象站和雨滴谱数据,分析过程时段内融化层高度变化、云中粒子微物理特征,同时借助云雷达观测比对QVP方法的实际效果。结果表明:QVP方法反演的廓线可以体现贝吉龙过程的发生以及融化层高度的变化,并能够有效区分过程时段内的凇附和聚合过程。与此同时,对于非连续性或非均匀性质的降水系统,有针对性地选择方位利用QVP方法进行处理可准确获取重点关注区域降水云系中的微物理过程变化。综上所述,QVP方法反演的高度-时间廓线能够用于降水相态的快速诊断及降水粒子从空中到地面演变的微物理过程分析,为冬季降水相态短时临近预报提供依据。     

多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析

在正常情况下, 由于天线仰角和地球曲率原因, 雷达波束位置在远距离处要比近距离处高。当雷达电磁波能量被部分阻挡时, 回波强度观测值低估; 被完全挡住时, 探测不到地物后的目标。该文利用高分辨率地形高程数据计算波束阻挡率, 确定组网拼图有效数据区域以及波束部分阻挡时的回波强度订正方法。根据业务观测模式VCP11及VCP12的14个仰角值, 在标准大气假定下, 对湖南、江西、浙江、福建、广东、广西和海南已建多普勒天气雷达组网的数据有效区域进行计算, 绘制出海拔1500 m, 3000 m和6000 m高度上有效区域图。分析结果表明:CAPPI数据有效范围比等射束高度图更能反映出多普勒天气雷达业务观测范围; 若采用VCP12模式观测, 与采用VCP11或VCP21模式观测相比, 不仅增加低层探测密度, 而且可扩大雷达实际探测距离, 其回波数据更适合于组网拼图。     

天气雷达风暴跟踪信息拼图技术设计与应用

基于天气雷达风暴识别跟踪信息STI（Storm Tracking Information）拼图技术设计与应用,对该技术在江西雷电、雷暴大风、冰雹等强天气监测预警能力进行了分析。结果显示：通过对江西8部天气雷达的STI产品进行雷达算法解码,建立STI数据库,按照雷达拼图时间间隔,从数据库中调入STI数据进行15 min、30 min、45 min和60 min路径显示,形成多部雷达的组合STI产品。组合STI产品弥补了单部雷达的不足,对于判断未来1 h回波的移动方向、移动速度有明显的指示意义。而密集指向区对应于回波未来位置的确定效果更好,考虑到整体移向的修正位置更佳,在多次飑线、冰雹等强天气过程中得到了验证。组合STI产品还有助于识别回波系统,对于多个系统并存的天气过程中有很好的对照价值。密集指向区的出现说明回波系统进入发展旺盛期,密集指向区的消失预示着回波系统明显减弱。     

一种基于分布式的雷达拼图处理系统框架

以TITAN（Thunderstorm Identification Tracking Analysis and Nowcasting）系统为基础框架，通过引入大数据处理技术，对系统中各个模块间的通信机制、数据处理和存储方式进行优化，结合中国气象科学研究院的雷达数据质量控制方法和高效的雷达数据解析和拼图方式，实现了辽宁省及周边地区10部雷达的同步观测和雷达组网拼图处理系统的实时运行和雷达产品的按需定制。该拼图处理系统能够实现雷达数据的流式传输；通过Kafka（分布式发布订阅消息系统）实现雷达数据的分布式处理；并通过采用Cassandra数据库存储，提高雷达数据存储的稳定性。     

Synchronization of Radar Observations with Multi-Scale Storm Tracking

The 3-D radar reflectivity data has become increasingly important for use in data assimilation towards convective scale numerical weather prediction as well as next generation precipitation estimation. Typically, reflectivity data from multiple radars are objectively analyzed and mosaiced onto a regional 3-D Cartesian grid prior to being assimilated into the models. One of the scientific issues associated with the mosaic of multi-radar observations is the synchronization of all the observations. Since radar data is usually rapidly updated (～every 5--10 min), it is common in current multi-radar mosaic techniques to combine multiple radar' observations within a time window by assuming that the storms are steady within the window. The assumption holds well for slow evolving precipitation systems, but for fast evolving convective storms, this assumption may be violated and the mosaic of radar observations at different times may result in inaccurate storm structure depictions. This study investigates the impact of synchronization on storm structures in multiple radar data analyses using a multi-scale storm tracking algorithm.     

Ground-Based Radar Reflectivity Mosaic of Mei-yu Precipitation Systems over the Yangtze River–Huaihe River Basins

The 3D radar reflectivity produced by a mosaic software system, with measurements from 29 operational weather radars in the Yangtze River–Huaihe River Basins(YRHRB) during the mei-yu season of 2007, is compared to coincident TRMM PR observations in order to evaluate the value of the ground-based radar reflectivity mosaic in characterizing the 3D structures of mei-yu precipitation. Results show reasonable agreement in the composite radar reflectivity between the two datasets,with a correlation coefficient of 0.8 and a mean bias of -1 dB. The radar mosaic data at constant altitudes are reasonably consistent with the TRMM PR observations in the height range of 2–5 km, revealing essentially the same spatial distribution of radar echo and nearly identical histograms of reflectivity. However, at altitudes above 5 km, the mosaic data overestimate reflectivity and have slower decreasing rates with height compared to the TRMM PR observations. The areas of convective and stratiform precipitation, based on the mosaic reflectivity distribution at 3-km altitude, are highly correlated with the corresponding regions in the TRMM products, with correlation coefficients of 0.92 and 0.97 and mean relative differences of -7.9% and -2.5%, respectively. Finally, the usefulness of the mosaic reflectivity at 3-km altitude at 6-min intervals is illustrated using a mesoscale convective system that occurred over the YRHRB.     

一次强风暴三维结构的观测分析

2003年6月28日山东德州发生了一次降雹持续时间长、危害严重的强降雹天气过程。利用MICAPS、探空、NCEP资料,分析了降雹前的天气形势、能量场特征、含水量场。根据两部多普勒天气雷达资料,分析了雹云的演变过程及流场结构。研究表明,降雹前在降雹区上空西边低层存在高能舌,在中高层西边存在负能量平流或负能量平流中心。此次超级单体风暴过程由单个单体发展而来,具有强超级单体风暴的典型特征。该超级单体的移动方向在盛行风向右侧约20°左右,属于右移风暴。     

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。     

基于TRMM/PR的长江下游地基雷达一致性订正

我国有近200部地基多普勒天气雷达,已经积累了近20年的观测数据,这些数据对雷达气候学研究非常重要。但由于不同雷达的标定误差不同,雷达之间存在观测值不一致性的现象（与美国的地基雷达类似）,有的反射率因子差异超过了3 dB。这种不一致影响了多雷达联合降水估计的精度和雷达组网临近预报的效果。为此,采用筛选比较法对地基雷达与TRMM/PR（Tropical Rainfall Measuring Mission/Precipitation Radar）进行空间匹配和异常数据剔除,以TRMM/PR为参照计算并订正地基雷达偏差。对2013年5—9月长江下游7部S波段雷达数据订正后,结果表明:订正后7部雷达之间的平均反射率因子差异从1.8 dB降至0.5 dB,任意两部雷达之间的差异均小于1.0 dB,多雷达的观测一致性和空间连续性有明显改善。与传统的几何匹配法比较,筛选比较法订正结果相对稳定,不存在过量订正的问题。     

网络化多普勒天气雷达反射率因子的衰减订正

利用国内第一个网络化雷达试验平台的观测资料,基于网络化雷达反射率因子衰减订正算法,对观测数据进行衰减订正。并与单部雷达自适应约束算法和常州S波段雷达观测资料进行比较分析,结果显示订正方案合理。个例分析表明,经过雨区后单部雷达探测的回波强度较弱甚至探测不到,而网络化雷达可以利用多部雷达的共同观测,弥补单部雷达探测上的不足,体现出网络化雷达衰减订正的优势。