天气雷达径向干扰回波去除方法的比较

基于SA多普勒天气雷达资料,使用滤波法、插值法和功率法对径向干扰回波进行剔除,并对3种方法的去除效果进行对比。结果表明:(1)滤波法适用于晴空径向干扰回波的去除,在有降水特别是降水回波与干扰回波混合的区域滤波法效果较差;(2)若只有单一方位存在径向干扰回波时使用插值法去除回波效果较好,而多个方位存在干扰回波时插值法效果较差;(3)功率法通过处理雷达接收功率,对连续多方位存在的干扰回波,以及径向干扰回波与降水回波重叠的情况,都有较好的识别及去除干扰回波的效果。在有降水时,降水回波越弱,对干扰的订正越强;降水回波越强,对干扰的订正越弱;晴空时,径向干扰回波基本被全部去除。     

多普勒天气雷达有源干扰回波识别算法研究

本文首先对多普勒天气雷达有源干扰回波形成的原因进行了分析,进一步分析了不同类型有源干扰回波的PPI图像形态特征。提出反射率因子径向能量以及径向能量一阶差分的概念,并使用径向能量一阶差分识别有源干扰回波所在的方位。算法针对北京、长沙、汕头、岳阳等多个地(市)的雷达数据进行了试验,结果表明该算法对于各种形态的有源干扰回波,均能准确识别其所在方位。特别是当多处干扰回波同时存在,以及干扰回波与降水回波混合存在时,算法也能有效进行识别并滤除有源干扰回波,较完整保留降水回波。     

X波段双偏振天气雷达径向干扰回波订正算法研究

以肇庆市怀集站X波段全固态双偏振多普勒天气雷达观测的几次径向干扰回波资料为例,采用边缘识别法对存在干扰的径向进行识别,进而使用中值插值法和相关系数CC滤波法对干扰回波进行订正。结果表明:(1)当干扰径向附近出现毛刺时,毛刺回波无法识别,中值插值法将无法剔除毛刺回波。(2)若雷达存在径向干扰区域较为分散,中值插值法效果较好,而径向干扰区域多而集中,使用中值插值法会形成环状回波,效果较差。(3)相关系数CC滤波法无需事先进行干扰识别,且订正速度快,在固态雷达盲区内订正效果较差,盲区外订正效果较好。     

一种基于快速傅里叶变换的多普勒天气雷达弱杂波识别方法

多普勒天气雷达探测时常会出现电磁干扰和超折射等杂波干扰问题,通过对弱径向干扰回波的规律性特征分析,提出了一种基于快速傅里叶变换的多普勒天气雷达干扰回波识别算法,并成功应用于多普勒天气雷达径向干扰回波的识别中。研究表明,一些干扰回波具有明显的空间周期性规律,对反射率因子进行快速傅里叶变换,得到的频域上能量分布具有与常规回波明显的差异。依靠这些差异可以较好地对一些弱的干扰回波进行识别并剔除。该方法对径向上离散分布的干扰回波均有较好的识别能力,但对相对均匀和密实的径向干扰回波识别能力较弱。     

基于模糊逻辑的新一代天气雷达径向干扰回波识别算法

在雷达信号处理器异常、信号受到外部电磁干扰时,雷达会观测到沿径向分布的条幅状干扰回波,这类非气象回波须在雷达估测降水等定量应用之前消除。为适用体扫数据及正在业务推行的单径向流数据,利用2017年7—8月收集的雷达单站PPI数据,针对径向干扰回波,提出一种基于模糊逻辑的识别方法,该方法只提取径向上的特征参量,建立隶属函数和判定阈值,进行识别。通过对算法的评估和业务应用,结果表明:该算法对径向干扰回波和降水回波的识别和消除效果较好,与原业务算法相比,CSI评分提高0.232,能明显提高径向干扰回波的准确识别,略微降低对降水回波的误消除;算法在业务上能够稳定运行,对于定量化应用（降水估测等）具有正贡献。      

基于数据特征的雷达径向干扰回波识别方法

通过对2020年1月广西新一代天气雷达基本反射率因子拼图产品中存在径向干扰回波的166个样本进行分析,提出一种基于径向数据特征分析的径向干扰回波识别方法：径向数据判定法（Radial Data Determine,RDD）。径向数据判定法方法通过建立4个特征参数来描述反射率因子纵向和横向的数据特征,基于决策树方法识别出径向干扰回波。运用径向数据判定法对该166个样本进行回算,发现径向数据判定法不仅能识别出小幅度的径向干扰回波,而且能有效识别出大幅度高强度的径向干扰回波,识别和滤除效果良好。经过对2019—2020年不同天气过程下的约3 784个样本（包括有或无干扰回波）进行了应用检验,同样发现径向数据判定法对径向干扰回波的正确识别率高,误识别损失小,具有良好的泛化能力和业务应用前景。最后,给出了径向数据判定法应用中存在的问题和未来工作展望。     

陕西新一代天气雷达数据质量控制

统计分析了陕西新一代天气雷达资料中的固定地物、超折射和径向干扰回波分布情况,并介绍了相应的数据处理方法,重点对西安雷达数据中的强地物、超折射和径向干扰回波数据进行了质量控制,结果表明：（1）利用模板匹配和回波纹理结构能够有效识别抑制固定地物回波;（2）倾斜测试法结合回波强度和径向速度识别抑制超折射回波效果明显;（3）采用相邻径向有效库数比较和中值滤波识别抑制径向电磁干扰效果明显。

     

新一代天气雷达地物回波及电磁干扰质控算法业务试运行评估

对雷达基数据质控方法的定量评估是业务应用推广的重要步骤。本文针对中国气象科学研究院研发的地物回波及电磁干扰回波质控算法在"新一代天气雷达建设业务软件系统开发及应用(ROSE)"系统中的业务试应用,使用2014年4—10月系统试运行的10个雷达站的数据,提出了评估方法及评估指标。利用统计和典型个例分析方法对算法进行了初步业务试运行的效果评估,验证了算法的可靠性,提出了适用范围及改进措施。结果表明:该方法对地物回波的识别成功率为92.29%,但存在漏判和误判。参与评估的CB雷达径向速度资料质量高,识别效果好;SA和SB雷达的识别效果受到了观测模式等导致径向速度资料质量变差的影响。电磁干扰回波的识别成功率为94.39%,能有效识别小于5个径向的窄条幅状干扰回波,但仍需改进算法完成对麻点状、螺旋状和大面积径向干扰回波的自动识别。对雷达资料的定量应用,需采取质控,而预报员的实时观测可根据情况进行选择性质控。     

雷达回波特征向量应用初探

在雷达产品相似度比较中提出雷达回波特征向量这一概念,将雷达回波产品用一组有限长度的数字进行描述,使得雷达回波相似度的比较转化为线性代数计算。通过受干扰回波自动识别,雷达回波的聚类应用展示雷达回波特征向量的应用前景。     

测雨雷达的视频积分处理器

测雨雷达探测到的降水回波,由于降水质点的大小、密度及其相对位置的迅速不规则的变化,其相应的回波强度也迅速地上下变化着,这种现象称为回波的涨落。回波的涨落影响了雷达对降水的定量测量,近年来为了解决这一问题,对回波的涨落进行了研究,设计了一种视频积分处理器,对回波信号进行积分平均处理,使得雷达测定降水趋于定量化。视频积分处理器是应用电子学的方法,将雷达探测范围区分成径向距离为1—2公里的许多小的面积     

多普勒雷达风场信息变分同化的试验研究

文中试验研究了一个在三维变分框架中直接同化多普勒天气雷达信息,获取雷达覆盖范围内大气风场的技术方案。径向风速是多普勒天气雷达数据中可直接被三维变分同化系统用来反演大气风场的唯一信息。由于风矢量有二或三个分量,径向风速作为风矢量的一个分量,不能为反演风矢量提供足够的信息。如果三维变分同化系统仅仅同化径向风速,所存在的不确定性将可能会给所反演的风场带来错误。文中提出的方案,不仅同化雷达径向风速,还同化雷达回波的移动信息,其关键是将雷达回波强度时空变化转换成一个新的雷达观测变量———雷达“视风速”。由于“视风速”是包含风场信息的变量,这在三维变分同化系统中增加了风场探测信息。通过联合利用“视风速”和径向风速,由单一径向风速确定风矢量所带来的不确定性可以被克服。使用中国气象科学研究院数值预报研究中心开发的三维变分同化系统(GRAPES-3Dvar)和广东省新一代天气雷达的监测资料进行了实例试验,结果表明本技术方案能够对获取大气系统结构是有用和有效的,也可用于形成模式初始场,这对中尺度天气预报是有作用的。     

雷达强度数据中的阵风锋特征统计和自动识别

利用江苏南京2009-2012年天气雷达数据结合地面自动站风场资料分析江苏沿江地区阵风锋变化特征、阵风锋弧长与移速关系,及其在雷达反射率因子图像中呈现的总体、局部特征,详细分析了三种窄带回波回波带反射率因子分布特征。通过设计反映回波带平坦性的计算方法实现定量分析窄带回波分布异同功能。根据回波带径向波形特征判断径向波形的波宽、波峰个数、波峰阈值和波形双边梯度等特性,实现阵风锋径向波段识别。在对反射率因子图像预处理基础上,结合回波平坦性测试方法和阵风锋径向波形识别算法达到自动识别阵风锋回波的目的。识别效果表明:回波带平均值5 d BZ的独立阵风锋回波识别准确率达87%以上,回波带平均值10 d BZ的混合型阵风锋回波识别准确率达89%以上。对弱阵风锋识别成功率仍较低。     

评CTL-88B型天气雷达地物回波抑制器

引言 省台装备CTL-88B型天气雷达后,发现地物回波严重,影响业务观测,厂方于1995年2月份来台解决,加装了地物回波抑制器,结果发现近距离不仅地物回波被抑制,降水回波也被抑制掉了,本文讨论一下这个原因,并对地物回波抑制提出展望。 1 地物回波 所谓地物回波,是指雷达发射的电磁波遇到地面障碍物(如山、树木,建筑物等)发生反射而接收到的回波。由于雷达没有自动选择目标的能力,所以雷达开机时,不仅仅只收到我们所期望的降水回波,同时也把地物回波接收进来。正常观测时,雷达天线仰角低,本站周围地形又比较复杂,遮挡物多,因而地物回波严重,干扰了对近距离降水回波的监测。     

华南前汛期暴雨C波段雷达特征应用研究

运用广州白云机场C波段雷达回波强度及径向风资料对华南前汛期强降水过程进行雨带降水估计及其移动特征预测.C波段雷达在雨量充沛地区的强降水背景下,尽管回波强度被衰减,但是近距离范围内其探测云雨精细化结构的能力较强.所采取的雷达数据质量控制系列处理,能够保留雷达数据原有特征,有效滤去杂波和噪声并缓解雷达低仰角数据杂波多、体扫面上沿径向远近高度差较大的问题,并对降水估测提供了技术保障.最优化雷达Z-I强降水估测方法基于单次过程体扫信息,具有计算简洁快速的特点,但是同一体扫面上云状差异对最优化方法参数值比较敏感,混用相同参数,影响降水估测效果.对同一体扫面上雷达云状回波进行区域划分,并选择对应测雨站点,做最优化参数分别确定,有效改善最优化雷达降水估测,提高了C波段雷达在机场近距离范围的应用效果.运用雷达体扫时间分辨率高的特点,识别雷达径向风辐合线以及强回波中心位置,并分别应用外推法预测雨带走向、移速等,验证效果良好.     

应用中小尺度回波系统的演变特征来证正雷达对降水的定量测量

在实际应用雷达进行定量测量降水时，必须考虑中小尺度回波系统的演变，可应用这些系统的变特征 来对Ｚ－Ｒ关系测量降水的工作进行动态的订证，以进一步提高其精度。     

三维变分和物理初始化方法相结合同化多普勒雷达资料的试验研究

以美国新近研发的天气研究预报模式(WRF)配置的三维变分(3D-Var)同化系统WRF 3D-Var为平台,结合物理初始化方法(Physical Initialization,简称PI)来同化多普勒雷达径向风和回波强度观测资料.其基本做法是首先用物理初始化方法由雷达回波资料估计出比湿、云水混合比和垂直速度,然后用估计的比湿和云水混合比对模式的相应变量进行调整,最后再将估计出的垂直速度作为一种新的观测类型添加到现有的WRF 3D-Var目标函数中,同时以WRF 3D-Var提供的方法直接同化径向风.针对2002年6月19日的一次强对流性降水过程和2003年7月5日的一次梅雨锋暴雨过程进行了一组同化多普勒雷达径向风和回波资料的试验研究.同化结果表明:分析变量的增量场和观测的雷达回波有很好的对应关系.在雷达回波区,有正的比湿增量、云水含量增量和垂直速度增量,并且水平风增量在此辐合;在没有雷达回波的地方有负的垂直速度增量.预报结果表明,调整云水含量对降水预报改善不明显,调整比湿对降水预报改进明显,直接用物理初始化估计出的垂直速度替代模式的初始垂直速度,对降水预报改进不明显,但以新的方案同化雷达资料能有效地缩短模式的起转时间(spin-up time),明显改进短时降水预报.     

用雷达回波参数定量降水强度

利用对流云降水的雷达回波资料，根据雷达反射率因子Ｚｅ与雨强Ｉ关系式，定量测量了对流云的降雨强度，并利用我省５７个站点的地面自记雨量计实测资料进行了误差分析。对由于Ｚｅ－Ｉ关系不稳定性造成的测量误差，采用多点基准雨量计校准法作了订证，提高了雷达测量精度。     

多普勒雷达径向散度与强对流回波变化特征分析

运用多普勒雷达的径向速度资料，采用极坐标散度差分公式计算对流回波单体的径向散度值，利用回波辐合总量及辐合中心值与反射率因子、垂直累积液态含水量及中心值进行对比分析。结果表明：回波的强中心与低层径向辐合中心对应；低层径向辐合有利于回波维持或加强；径向辐合中心值的变化对未来回波强度变化有一定的指示意义，对于强对流回波的指示意义更为明显。经过对两次冰雹天气过程的应用检验，结果证明，低层径向辐合对强对流灾害性天气的临近预报有一定的指导作用。     

鄂东一次下击暴流天气的中尺度分析

利用自动气象站观测网资料,计算了逐分钟地面散度场,并将散度场等与多普勒天气雷达资料叠加形成综合分析场,对2007年7月27日鄂东地区雷雨大风天气过程进行了中尺度分析。结果表明:地形辐合线对中尺度对流系统(MCS)触发和加强起到重要作用。MCS发生发展期间,多普勒天气雷达上相继有两个弓状回波形成。第一个弓状回波在速度图上因弓状回波移动方向与雷达波束有较大夹角后部入流急流特征不明显,但强度图上有弱回波通道特征;第二个弓状回波沿雷达径向移动,后部入流急流特征明显。武汉地区灾害性雷雨大风是一个强盛的多单体风暴所产生的系列下击暴流造成的,它位于第二弓状回波向前突出的位置。系列下击暴流发生期间,地面附近强辐散峰值与多单体风暴强回波高度显著下降的时间和位置基本一致。除弓状回波特征、后部入流急流、中层速度辐合及回波重心高度下降等特征外,弱回波通道、风暴相对速度图上沿雷达波束方向的正负速度对等也是下击暴流发生的典型特征。     

利用3维变分方法同化多普勒天气雷达资料的试验研究

以美国新近研发的天气研究预报模式(WRF)配置的3维变分同化系统WRF 3D-Var为平台,针对2003年7月4-5日的一次暴雨过程进行了一组同化多普勒天气雷达径向风和回波强度资料的试验研究.其中同化径向风资料的方法是先用两步变分法由多普勒资料反演出水平风,再同化反演风场;同化雷达回波强度资料的方法是通过雷达回波强度与雨水混合比的经验关系以暖雨过程为约束的同化方法.试验结果表明同化雷达资料后对降水预报有显著的正作用.其中单独同化雷达回波强度资料的正作用在前3～6 h效果非常显著;单独同化反演的水平风场对降水预报的正作用能持续12 h;二者同时同化对提前9 h的降水预报改进更加明显.