中小尺度强对流天气的雷达回波图像生成方法

为生成复杂环境下的优质雷达回波图像，减少目标信息缺失现象与相对成像误差，提出基于中小尺度强对流天气的雷达回波图像生成方法。采用可最大限度保留雷达回波特性的傅里叶插值法，形成空间分辨率均匀的雷达回波三维规则网格数据；基于改进变分贝叶斯理论，实现中小尺度对流天气雷达回波图像超分辨重现，生成雷达回波图像。试验结果表明，该方法处理后的中小尺度强对流天气雷达回波范围与原图相似度高，可最大程度留存雷达回波信息，该方法能够生成清晰的雷达回波图像，且不存在目标信息缺失现象，相对成像误差极小。     

广州白云机场雷雨大风天气的特点及雷达回波特征分析

利用2013和2014年广州白云机场天气报告、机场多普勒天气雷达资料和机场跑道区域的自动观测资料,对发生在广州白云机场的雷雨大风天气出现季节、时段、强度和维持时间等特征进行统计分析;在此基础上,对雷雨大风天气过程的天气雷达强度和速度回波图像特征进行分析归纳,提出了4种分型:飑线、阵风锋型多单体、阵风锋型强单体(包括超级单体),下击暴流型强单体。广州白云机场出现雷雨大风天气时天气雷达的低仰角PPI速度回波图像会出现相应量级的负速度回波区或小尺度强烈辐散的速度特征。     

基于雷达回波区域跟踪算法的临近预报技术进展

目前,临近预报技术主要包括外推技术、数值预报技术以及概念模型预报技术等。而业务上主流的临近预报技术以外推为主,主要以雷达资料为基础,采用雷达回波单体质心跟踪算法或雷达回波区域跟踪算法,得到雷达回波以及降水的临近外推预报。本文详细介绍了3种基于雷达回波区域跟踪算法(交叉相关回波跟踪算法、光流法和变分回波跟踪算法)的临近预报技术的国内外研究进展和基本原理。大量的研究和业务实践结果表明,雷达回波区域跟踪算法作为临近预报专家系统的核心部分,在对流天气临近预报方面有较好的可预报性,在临近预报业务时效内,外推预报结果和实况接近,优于数值模式预报。而通过对算法的不断改进,可以提升各临近预报专家系统在临近预报方面的性能。随着天气雷达技术的不断进步,天气雷达在硬件和软件两方面都逐步改进,雷达资料的数据质量明显提高,在对流天气临近预报上,基于雷达回波的区域跟踪技术会凸显其明显优势。     

虚假回波在强对流天气探测中的应用

根据2003年几次强对流天气的观测资料，对其中三体散射长钉、二次回波旁瓣回波等虚假回波进行了分析。初步得出了上述虚假回波在新一代C波段天气雷达图像上的特征，为强对流天气的雷达探测和识别提供一些依据。     

基于小波域高斯尺度混合模型的天气雷达图像高分辨率插值

采用可精确刻画雷达回波强度数据统计特征的小波域高斯尺度混合（GSM）模型作为雷达图像先验模型,进行天气雷达图像插值,在提高图像分辨率的同时有效重建降水回波中局部强回波值、小尺度变化细节等一些重要空间分布统计特征。分析和总结雷达回波强度数据小波频率域统计特点,建立小波域GSM模型;匹配天气雷达图像小波系数和GSM模型,利用贝叶斯理论估计更小尺度的小波系数,进行小波逆变换,完成高分辨率天气雷达图像插值。试验表明,该算法能从低分辨率图像中估计出高分辨率高频系数,且所利用的先验模型充分考虑降水数据本身的特点,可有效捕获降水回波结构的非高斯特征和局部相关特性,重建雷达图像中的局部变化细节。      

新一代天气雷达均一性评估

为实现对全国天气雷达不同波段、不同型号、不同区域的回波差异进行检测和评估,确保雷达组网数据的均一性,利用经过严格数据质量控制后的单站雷达CAPPI格点数据,建立了可靠的相邻雷达回波强度均一性检测算法,并根据我国天气雷达回波差异实际状况制定了均一性评估标准,实现均一性算法的业务运行,使雷达观测同一区域回波反射率的实时均一性评估成为可能。从评估结果来看:①S波段雷达整体均一性强于C波段雷达,SA雷达均一性状况最好,CC、CD雷达均一性状况较差;②以SA型号雷达为主的华东、华南地区均一性较好;③雷达波段不一,型号繁多的偏远区域均一性较差。均一性评估系统对有回波但回波强度、回波位置不正确以及雷达数据时间错位的情况,能有效弥补其他质控算法的短板,及时发现雷达回波异常,缩短故障修复时间,提高雷达数据准确性。     

基于温度层强回波区域面积的天气雷达雷暴自动识别方法北大核心

为利用天气雷达回波资料实现雷暴的自动识别,提出了一种基于温度层强回波区域面积的天气雷达雷暴自动识别方法。该方法首先利用雷达回波体扫数据在水平范围内搜索强回波区域;再对某一温度层上,达到设定阈值的雷达回波反射率因子的区域进行面积求和,当水平范围强回波区域面积达到识别面积阈值时,判定该强回波区域为雷暴区域。在此基础上,结合S波段双偏振多普勒天气雷达观测资料、闪电定位资料,采用了17个雷暴天气过程的312个雷暴区域检验识别算法。结果表明:当等高度平面位置显示(CAPPI)数据处理中采用(35 dBZ,0℃,2 km^(2))参数组合能够达到最优的识别效果,识别概率可达87.5%,虚警率为32.9%,临界成功指数为61.2%。该方法可以用于天气雷达的雷暴计算机自动识别业务。     

网络化天气雷达协同自适应观测技术的实现

2013年5月至2014年5月,中国科学院大气物理所和南京恩瑞特公司,在南京以及周边地区架设4部X波段天气雷达,组成网络化雷达,对雷暴和强降水天气进行快速预警和精细化探测。本文针对协同自适应观测技术,利用南京网络化天气雷达系统,建立单部雷达自适应和多部雷达协同自适应观测模式,实现观测控制软件核心算法,包括重点观测区域的选取和扫描策略的制定2部分,实现自动判断强回波天气区域的位置并且对重点区域进行扫描观测,扫描策略的选择与强回波区域相对雷达的位置和区域的面积有关。应用该模式进行气象观测表明:协同自适应观测模式比较合理,能够快捷准确的找到强天气回波区域,实现了对重点关注区域进行更高时空分辨率的观测。     

短时预报系统研究进展

根据“８５—０６”数字化雷达强对流、暴雨回波和长江上游暴雨、云雨概念模型研究课题的要求，使用１９８６—１９９５年成都“７１３”彩色雷达回波传输系统和成气院ＷＲＤＰＳ天气雷达数字处理系统收集的大量灾害天气回波资料，对盆地内强对流、暴雨天气雷达回波进行诊断分析，寻找强对流雷达回波识别判据及移动发展规律，综合卫星云图资料及天气模型制作短时短期预报，本工作还对长江上游成都、重庆雷达拼图进行了研究，实现了在４８６微机上使用中文Ｗｉｎｄｏｗｓ３．１操作系统，并完成了与成都区域气象中心ＤＥＣＮＥＴ的联网。１９９５年第四季度，针对成都气象学院数字化雷达收集的回波资料，研究了回波强度与降水强度的统计关系，并与原７１３雷达采集大量降水回波作了对比，以适应新型数字化雷达系统的应用．     

一种雷达回波飑线智能识别的方法

提出一种雷达回波图像中飑线特征自动识别的方法。以多普勒天气雷达探测资料为主要数据源,对雷达探测到的基本反射率的空间分布和强度进行分析,通过数值预处理、高通滤波、二值化降噪、图像特征提取、目标物的中轴线提取,以及飑线形态分析等一系列步骤,实现对雷达飑线特征的智能识别。克服了回波高值区域不连通、碎块化对飑线自动识别造成的困难。通过4次强对流天气个例检验,飑线自动识别的准确率达到75%左右,尤其对呈现直线或劣弧状,且边界清晰的高值回波区,具有更高的识别成功率。该方法将以往需要由气象专业人员主观分析、判读雷达回波图像的工作自动化、客观化,可提高飑线识别、强对流天气预警相关业务的准确性和时效性。      

2012年盛夏山东西部一次短时强降水天气的形成机制

利用常规观测资料、自动站加密观测资料、卫星云图和雷达资料,对2012年7月4日山东省西部一次短时强降水的天气形势、物理量条件、云图和雷达回波特征进行分析。结果表明：在有利降水的大尺度天气系统背景下,低层冷空气和中尺度天气系统造成了本次短时强降水天气;低层925hPa和1 000 hPa的充沛水汽和辐合上升运动有利于强降水天气的发生,正涡度中心对应强降水中心;地面辐合线和低压环流造成本次短时强降水天气;中尺度对流云团和地面中尺度系统相对应,其位置和维持时间与强降水的落区和时间基本一致。雷达组合反射率因子〉45 dBZ的强回波区与强降水落区基本吻合;雷达平均径向速度产品逆风区中辐合流场的出现和维持及回波顶高的上升对应地面中尺度气旋式环流的形成和维持;逆风区中辐散流场的出现和维持及回波顶高的下降,对应地面中尺度气旋式环流的减弱;短时强降水出现的初期,垂直累积液态水含量出现了一个峰值,峰值出现时间提前于较强降水时段。     

风廓线雷达回波信号强度定标方法

风廓线雷达返回信号功率定标通常通过返回信号信噪比和系统噪声功率的估算得到。该方法存在着噪声电平的确定、外部噪声等不确定性因素,影响了定标的精度。采用信号源分别对接收机和信号处理器进行定量测试,进而对雷达系统进行定标,是另一种可行的办法,该文利用这种方法对CFL-03风廓线雷达进行了定标,并利用该雷达在东莞2009年7月和8月探测资料与广州S波段天气雷达和地面雨量计资料进行比较。结果表明:用该定标方法得到的回波强度与天气雷达回波强度和地面雨量计资料估算的回波强度基本一致,平均标准差在1 dB左右,表明这种定标方法是可行的。     

基于昆明市精细化GIS的天气雷达标准格式基数据应用

以国家地理信息公共服务平台、云南数字乡村、Mapinfo公共数据为数据源,在C#开发环境下实现了精细到乡镇、公路、行政村、自然村的昆明市精细化地理信息系统(GIS)的自主研发,解决了基层气象部门缺乏精细化GIS的难题。介绍了标准格式基数据的解析、成图过程及注意事项,在全国范围内较早实现了天气雷达标准格式基数据在基层气象部门的业务应用。在业务应用过程中,发现了CC天气雷达标准格式早期基数据存在回波强度严重减弱的问题;昆明市精细化GIS与昆明天气雷达回波图的融合应用,可以精确定位雷达强回波区,对精细化气象服务具有指导作用,提高了强天气精细化预警能力、短时临近精细化预报能力和防灾减灾能力。     

一次局地突发短时冰雹过程雷达回波分析

本文利用佳木斯雷达站的观测资料,对2010年8月12日清晨桦南县出现的局地突发短时冰雹云的初生、发展、成熟和消亡各阶段的回波演变进行了分析.重点讨论了这次过程中产生冰雹的对流单体回波特征,结合大尺度天气背景及相关雷达产品分析,揭示了此次局地突发短时冰雹天气发生的主要原因,并得出了对突发性冰雹天气的临近预报有参考意义的结...     

双基地多普勒天气雷达探测能力分析

双基地多普勒天气雷达系统是由一个常规多普勒天气雷达和一个或多个远程被动低增益接收机共同组成,是大气风场探测领域的新技术之一。文中首先在瑞利散射假设的前提下,考虑了雷达波的偏振方向、散射体的空间位置等条件,推导了小球形粒子散射函数在双基地雷达系统中的表达形式,建立了双基地雷达气象方程,并将该方程应用于双基地雷达的探测能力、有效探测范围等方面分析,模拟计算了侧向散射能力和被动雷达回波功率在空间的分布变化,为探讨去除旁瓣影响提供了依据。通过分析证明了双基地雷达系统工作状态垂直偏振优于水平偏振的结论。在入射波为水平偏振情况下,高空探测好于低空,而垂直偏振情况则是低空的散射能力强。如果采用双线偏振发射体制,根据需要采用不同的偏振波组合,能够有效扩大双基地探测的范围和信息量。在水平偏振情况下较强回波区域在基线附近和被动雷达一侧的基线延长线周围。由于侧向散射强度低于后向散射强度,双基地雷达对于弱天气回波不太敏感,它的探测范围小于单基地雷达的探测范围。在双基地雷达探测中旁瓣污染是一个不容忽视的问题。文中对双基地雷达参数进行了模拟回波强度计算,并与实测回波资料进行了比较,两者较一致,存在差别的重要原因可能是被动接收天线的垂直变化影响。     

数字化713天气雷达定标及结果验证

根据气象雷达回波的理论和气象雷达方程，介绍了数字化713天气雷达回波强度定标方法及对定标结果的验证方法。