脉冲多普勒天气雷达发射功率测量技术

通过分析目前国内脉冲多普勒天气雷达发射功率的测量原理和方法,总结得到测量中的计量依据、关键因子及其影响,结合在S波段脉冲多普勒天气雷达测量工作中的实际应用情况,研究科学规范且适合台站应用的雷达发射功率测量方法、技巧和关键技术。影响雷达发射功率测量准确性的因素很多,不规范的测量方法会导致较大的功率测量误差,影响雷达探测精度。研究与掌握科学规范的雷达发射功率测量技术与方法,对保证雷达检查、测试与定标的准确性有十分重要的意义。     

风廓线雷达回波强度和速度标定问题研究

文章讨论了风廓线雷达标定系统中的两个问题。首先,在风廓线雷达回波强度标定原理的基础上,依据雷达气象方程,分析了发射功率变化和接收机增益变化对回波强度测量精度的影响,提出了通过实时测量每个脉冲重复周期内发射采样脉冲功率和回波功率在数字中频接收机的输出值,改善回波强度测量精度的方法。其次,在风廓线雷达速度标定原理的基础上,分析了速度标定中因I/Q信号的幅度、相位不平衡造成的镜像谱分量,提出了一种基于信号时域统计特性的订正方法,并利用I/Q信号数学模型进行了仿真实验,结果表明,该方法可以有效抑制I/Q信号幅相不平衡产生的镜像谱分量。     

CTL-713C天气雷达参数测量中的问题及处理方法

简述了CTL-713C数字化天气雷达定量测量原理,分析了雷达发射机峰值功率、工作频率、发射波长、接收机灵敏度及天线增益等天气雷达主要参数的测量可能出现的问题和参数测量点对测量发射功率和回波功率的影响,以及测量仪器的操作及维护等对参数测量精度的影响,并对在雷达参数测量中可能出现的误差进行分类,介绍了计算误差和减小误差的方法。     

平面相控阵脉冲压缩的雷达气象方程

在低发射功率条件下,相控阵多普勒天气雷达为了增加探测距离和提高分辨率,需要采用脉冲压缩技术.由于采用相控阵技术,波束扫描过程中,在平面阵非法线方向上会产生波束展宽,引起波束内功率下降,需要在计算雷达气象方程时弥补功率下降的误差.平面相控阵天气雷达在探测远距离目标时,使用宽脉冲发射,经脉冲压缩处理以提高分辨率,因此需要建立适用的雷达气象方程.首先讨论了脉冲压缩低峰值功率的平面相控阵多普勒天气雷达的结构、线性调频脉冲压缩的距离(多普勒测量)、调频波形的耦合问题以及目标距离的测量;然后给出了适用于脉冲压缩的平面相控阵雷达气象方程,此方程同时也适用于一维线性阵的脉冲压缩的天气雷达.     

双发双收双偏振天气雷达差分反射率工程标定方法

分析了利用小雨、太阳、边界层顶的Bragg散射、地物等外界目标对双偏振天气雷达差分反射率(Zdr)进行标定的原理和局限性,介绍了一种可以在线获得发射机、接收机和天线引入的Zdr偏差的工程标定方法,并提出了一种提高Zdr测量精度的方法,即在每个脉冲重复周期,实时测量每个通道的发射功率耦合测试信号和气象目标回波信号在接收机数字中频的输出值,用于补偿发射功率和接收机增益的变化。该文介绍的两种工程标定方法可用于水平通道和垂直通道同时发射同时接收的双偏振天气雷达系统,能够满足在线实时标定的业务运行要求。     

气象多普勒雷达测试技术介绍

本文主要通过详细的图示和相关的计算公式,以DW SR 2500C/K为例,介绍了进口多普勒气象雷达的测试和计算,其中包括脉冲宽度、发射频率、脉冲重复频率、峰值功率、接收机信号线性性和动态范围和最小可探测信号的测量等。对于国产气象多普勒雷达的测试从原理和方法上具有参考和充实作用,有普遍的实用价值。     

气象多普勒雷达测试技术介绍

本文主要通过详细的图示和相关的计算公式,以DWSR 2500C/K为例,介绍了进口多普勒气象雷达的测试和计算,其中包括脉冲宽度、发射频率、脉冲重复频率、峰值功率、接收机信号线性性和动态范围和最小可探测信号的测量等.对于国产气象多普勒雷达的测试从原理和方法上具有参考和充实作用,有普遍的实用价值.     

X波段全固态天气雷达降水探测能力的研究

以中国气象局大气探测重点开放实验室的X波段全固态天气雷达为试验平台,介绍了雷达距离探测分辨力满足50 m的条件下,通过组合探测模式弥补宽脉冲造成的雷达近场探测盲区;重点分析了由脉冲压缩引入的距离副瓣对气象回波强度探测范围的影响,通过计算说明双向加权是在牺牲峰值发射功率的代价下较大程度地改善主瓣能量泄露,但这种方法并不适宜峰值功率与压缩比有限的应用。进一步引入了自适应旁瓣抑制方法,模拟表明该方法峰值旁瓣抑制能力近似为-50 dB,且主瓣展宽系数接近于1。并与经典的匹配方式和汉明加权失配滤波方式进行了试验对比,弱信号探测改善约4 dB;最后在分析雷达最远探测距离的基础上,通过一次外场观测案例与713型雷达对比了降水探测能力,该固态雷达能够探测150 km范围内强于10 dBz的降水回波。     

利用微波功率传感器判断新一代天气雷达故障

近年来,以平面掺杂势垒二极管为核心构成的微波功率传感器与小功率计配合,能实现对微波功率的高速、高精度和连续测量,广泛应用于天气雷达等高频设备信号功率的测量。文章详细阐述了微波功率传感器的特性和电路原理,以及该传感器与小功率计的连接、设置和使用方法。并以在CINRAD/SA雷达发射机、接收机中两个典型故障检修事例,论述了微波功率传感器在天气雷达上的应用。     

回波强度测量的误差因素分析及解决方法

回波强度测量误差主要由雷达本身的参数(如发射功率、波束宽度、天线增益、系统损耗等)、气象因子(如折射指数、衰减系数、充塞系数等)、信号处理方法等误差引起.通过对相关雷达参数的相对误差和回波强度绝对误差曲线分析得出,雷达参数天线增益优于0.1 dB、发射峰值功率优于10%、发射频率优于0.1%、脉冲宽度优于1%、波束宽度优于0.01°时,反射率因子测量误差将＜0.8 dBz,可满足新一代天气雷达反射率因子测量误差范围在±1 dB内的技术要求.     

X波段双线极化雷达差分反射率的衰减订正

同时发射水平和垂直极化电磁波的双线极化雷达,能同时获取两个通道的反射率和相位.使用极化雷达极化分集的物理基础是降水粒子在下落过程中总是呈现扁椭球形状,在平衡时,降水粒子椭率与其体积有关,差分反射率就是衡量粒子椭率大小的物理量.但是由于水平和垂直方向的差异,导致了这两个方向的衰减出现差异,进而导致差分反射率不能真实地反映粒子的椭率大小,所以必须进行衰减订正.本文使用实际雷达回波资料,利用反射率和差分反射率之间的约束关系,同时考虑了探测仰角对差分反射率的影响,通过统计拟合的方法,确定了差分衰减与差分传播相移之间的关系.在此基础上,比较了一次层状云个例的两个比较均匀降水区域在订正前后的差异.结果表明,雷达RHI、PPI图像在订正前后发生了明显的变化,差分反射率与反射率之间的关系得到改善,说明这种订正方法的可行性和实用性.这种使用实际雷达资料本身的约束关系进行订正的方法,可以灵活地根据不同的雷达、不同的地点、不同的天气环境统计相应的订正参数,因此避免了诸如温度等的变化对订正参数的影响,具有较好的实际应用前景.     

新一代天气雷达

阐述了双偏振多普勒雷达的理论基础，以ＣＳＵ－ＣＨＩＬＬＳ波段双偏振多普勒天气雷达为例，介绍了双偏振多普勒雷达的系统结构和工作原理。并以雷达测量的数据处理和分析实例说明了双偏振多普勒雷达在气象学中的应用     

基于雷达组网拼图和XGBoost的雷达定量降水估测

针对传统方法采用天气雷达进行强降水的定量估测存在较大偏差问题,论文以1 h累计雨量为估测对象,基于雷达组网拼图资料,采用XGBoost(eXtreme Gradient Boosting)算法,建立新的雷达估测降水模型。该模型设计以前1 h的雷达组合反射率因子作为输入,进一步采用若干个剔除异常样本的策略有效清除建模样本中的部分噪声,更好地构建了雷达组合反射率与估测对象之间的非线性映射关系。在32万个独立检验样本的估测结果中,其均方根误差(RMSE)为6.04 mm、平均绝对误差(MAE)为3.50 mm、预报偏差(BIAS)为1.05;与目前业务系统上使用的ZR(300,1.4)关系方法相比,前者的RMSE和MAE分别下降了20.6%和10.3%,而BIAS指标则显示后者对降水量级的估测明显低估。进一步对小时雨强大于10 mm样本的统计结果表明,新方案的RMSE、MAE以及TS评分均大幅优于ZR(300,1.4)关系方法,可进行实际业务应用。     

上海WSR-88D雷达故障诊断和分析

上海市气象局于1997年从美国引进了一部多普勒天气雷达WSR-88D,该雷达采用24 h连续工作的方式投入日常的业务运行,在天气探测和气象服务中发挥了重要作用。在多年的运行过程中,该雷达也出现了各种不同类型的故障,有些重要故障直接导致了雷达的停机,给气象服务带来了一定影响。文章介绍和总结了该雷达出现的一些主要故障,这些故障集中在雷达发射机部分的射频驱动器、聚焦线圈电源、触发放大器、调制器、后充电调整器等部件上。通过对这些部件的功能和工作原理的分析,详细介绍了分析和排除这些故障的关键技术。     

星载雷达在订正地基天气雷达标定误差中的应用

在雷达反射率数据定量应用中,标定误差是导致结果产生偏差的重要原因之一。星载雷达（TRMM PR）长期工作的稳定性和连续性已被验证,本文将星载雷达数据转换到S波段,通过对比星载雷达和南京雷达同时段不同高度（相对于融化层的位置）不同降水类型（层云降水或对流降水）的数据,得到两部雷达对融化层以下层云降水的观测相关性高,差异稳定。通过对比分析星载雷达和南京雷达同时段零度层以下层状云降水的观测数据,得出两部雷达反射率因子值的回归关系式。以星载雷达观测数据为基准,使用该关系式对南京雷达反射率数据进行订正,并通过雨量计数据对订正结果进行验证,结果显示使用本文订正关系式订正后雷达估计的降雨量更接近雨量计的观测值。     

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。     

可移式激光多普勒雷达

该激光多普勒雷达系统主要用来探测大气晴空三维风场。晴空大气风场精细结构的探测对灾害性天气的临近预报、边界层结构研究、城市环境监测和预报、大型活动特种气象保障、飞行安全等有重要意义。在中国气象局的支持下，中国气象科学研究院与中国海洋大学合作研制探测大气三维精细结构的小型化可移动非相干测风激光雷达系统，实现了车载小型化，将现有的风场一维探测扩展为二维、三维探测，提高了探测精度和系统的稳定性和可靠性，满足气象业务观测的需要。该系统将用于2008年奥运会的气象保障，提高海面风场的监测和临近预报能力。     

可移式激光多普勒雷达

该激光多普勒雷达系统主要用来探测大气晴空三维风场.晴空大气风场精细结构的探测对灾害性天气的临近预报、边界层结构研究、城市环境监测和预报、大型活动特种气象保障、飞行安全等有重要意义.在中国气象局的支持下,中国气象科学研究院与中国海洋大学合作研制探测大气三维精细结构的小型化可移动非相干测风激光雷达系统,实现了车载小型化,将现有的风场一维探测扩展为二维、三维探测,提高了探测精度和系统的稳定性和可靠性,满足气象业务观测的需要.该系统将用于2008年奥运会的气象保障,提高海面风场的监测和临近预报能力.     

风廓线雷达与多普勒天气雷达风矢产品对比及相关分析

利用成都地区2010年8月和北京沙河地区2011年7—8月风廓线雷达以及多普勒天气雷达的风廓线探测资料,结合对应时段的天气现象相关记录,通过对比分析得到以下结论:①弱降水条件下,在300~2100m高度内,风廓线雷达与多普勒天气雷达探测具有很好的相关性,风向相关系数平均值为0.596,风速相关系数平均值为0.736,在做预报时两者可以同时应用,互为补充;②强降水天气条件下,风廓线雷达与多普勒天气雷达探测的风向、风速变化趋势基本一致,特别是在300~2100m之间各个高度上风向、风速相关性较好,风向相关系数平均值为0.573,风速相关系数为0.508,且风廓线雷达比多普勒天气雷达探测到的各层风向、风速变化更为详细、直观;③阴天条件下风廓线雷达与多普勒天气雷达的风向、风速相关性低层比高层好;④晴天条件下,风廓线雷达更适合用于预报和监测天气。     

713C数字化雷达与711雷达回波对比分析

驻马店气象局1984～1993年使用的是711(X波段)3 cm雷达,1994年更新为713(C波段)5 cm数字化雷达.经过前(1984～1993年)后(1994～2003年)各10年两种雷达回波资料的对比分析,发现了713C数字化雷达与711雷达的异同.