TWP3风廓线雷达发射机典型故障诊断流程

在TWP3风廓线雷达各种故障中,发射机故障率高居榜首。基于TWP3风廓线雷达发射机工作原理和关键点信号特性,结合故障统计数据,将发射机常见故障归纳为6类典型故障。通过分析典型故障,研究出一套故障诊断流程,并结合3个典型案例进行剖析。结果表明:发射机典型故障诊断流程可以快速、准确诊断发射机故障,具有思路清晰、操作规范、基层雷达站技术人员容易掌握的特点,可有效缩短发射机故障修复时间,提高TWP3风廓线雷达技术保障水平。     

上海TWP3型边界层风廓线雷达探测性能评估

基于2018年7月—2019年6月上海宝山移动式风廓线雷达（mobile wind profiler radar,MWPR）资料,从获取率、水平风误差和上海6类典型天气条件下测风数据的可靠性三方面,对其探测性能进行了评估与分析。结果发现：（1）获取率受湍流强度影响最大,受大气温度、湿度影响次之。获取率具有较明显的日变化和季节变化特征,边界层内夏秋季获取率高于冬春季,且有午后获取率高、深夜和清晨低的特点;自由大气中冬春季获取率高于夏秋季。以获取率80%为其业务准入标准,边界层内MWPR的获取率达标。（2）相比L波段探空测风数据,MWPR整层的水平风速均偏小,低模态时有34.4%的数据位于偏小2.0~6.0 m·s^-1区间内;风向偏差超过±15°以上的水平风向数据占比为48.9%。（3）定性分析结果显示,MWPR探测到的垂直速度的指向性是合理的。雨强较大时,MWPR探测的垂直速度实际上是降水粒子的下降速度与大气湍流速度之和。MWPR的水平风数据在台风天、雪天等大气均一性强的时段内可靠性高。总体上,上海宝山MWPR的探测性能基本能满足日常监测服务之需,但其测风精度与业务准入标准相比尚有一定差距。

     

上海TWP3型边界层风廓线雷达探测性能评估

在简述上海TWP3型风廓线雷达系统的基础上,从雷达运行情况、风数据获取率和产品资料分析3方面对该型号雷达探测性能进行评估。通过统计分析不同高度层上平均测风数据全年和逐月的数据获取率,发现TWP3风廓线雷达在3km以下具有较高的数据获取率,对于边界层的探测能力要远高于高层,且夏季的数据获取率明显高于冬季。利用风廓线雷达提供的信号噪声比SNR、垂直速度和折射率结构常数C2N等资料分析了一次弱降水探测过程,二次产品可以清晰地反映降水的始末时间,且降水期间探测高度增高2km左右。评估结果表明TWP3型边界层风廓线雷达具有较低的故障率和较好的探测性能,产品资料具有可靠性和应用价值。     

边界层风廓线雷达发射机放大链路设计与实现

依据中国气象局《风廓线仪功能规格需求书》要求,参考国内外固态发射机先进技术,研制了一台工作在L波段的边界层风廓线雷达发射机。本发射机具有不间断连续运行、即插即用性和高可靠性,波形和带通响应优化以占用频谱宽度小的特点。基于发射机的模块化架构、主要技术指标和功能,重点介绍发射链路的设计思想和原理、各级功率放大器的指标分配、芯片选型、功放电路设计、ADS仿真与稳定性优化。经过近3年在不同雷达站点的不间断运行,发射链路性能较稳定,符合设计要求。为今后其他型号雷达固态发射机的自研设计提供了技术参考。     

边界层风廓线雷达测温系统设计

风廓线雷达在气象领域的应用越来越广泛，在风廓线雷达基础上增加电声测温系统（RASS）实现大气温度实时探测是一种经济有效的办法。文中介绍了已实现的某RASS系统设计，讨论了RASS测温的原理，针对RASS测温的精度、高度、影响因素等进行了性能分析，论述了系统的实现方案，最后给出了该RASS的实际测温结果和测温谱图，验证了该设计满足系统要求，能实现实时测温。     

上海组网风廓线雷达数据质量评估

利用2014年6月美国国家环境预报中心(NCEP)的全球模式分析资料,对上海及周边地区组网的七部边界层风廓线雷达的水平测风数据进行了初步分析和比较。由于NCEP全球模式分析资料并未使用上海13:15加密观测探空秒间隔数据,首先用该数据对NCEP分析资料的准确性和代表性进行了检验。结果表明,两者平均偏差与均方根误差均较小,故认为NCEP分析资料可用于客观检验上海及周边地区组网的七部边界层风廓线雷达的水平测风数据。对比分析风廓线雷达与NCEP分析资料表明总体上,风廓线雷达与NCEP分析资料的平均风场风速偏差为-0.14 m·s~(-1),均方根误差为2.72 m·s~(-1),风向偏差为-4.28°。上海组网风廓线雷达测风资料质量与探空观测水平接近,有较高的可用性。     

雷达VAD风廓线资料质量控制研究

多普勒天气雷达VAD（Velocity Azimuth Display）风廓线资料可以提供高时间分辨率的高空风场信息。本文针对中国雷达VAD风廓线资料,设计发展了面向资料同化应用的NMIC（国家气象信息中心）质量控制方案,该方案改进了NCEP（国家环境预报中心）方案中存在的问题。利用2020年2—8月的L波段秒级探空风场资料,分别对比质量控制前、经过NCEP质量控制方案、以及经过NMIC质量控制方案的VAD风廓线资料,统计分析结果表明经过NMIC质量控制方案的VAD风廓线资料最接近观测,准确度最高,并且在各个高度上其偏差和均方根误差最小,充分说明了NMIC质量控制方案的有效性。相对背景场偏差分析表明,经过NMIC质量控制方案的VAD资料偏差和均方根误差最小,与背景场的偏差更接近高斯分布,更能满足资料同化的要求。本文的研究有助于推进VAD风廓线资料在数值预报科研和业务中的应用。     

上海组网边界层风廓线雷达与宝山二次雷达测风数据比较分析

文章利用上海边界层风廓线雷达网中3台分别布设在松江泖港和嘉定F1赛车场的TWP3型风廓线雷达以及嘉定外岗的LAP3000型风廓线雷达,在2010年初冬和2011年盛夏各一个月时段的连续原始测风数据,逐个与上海宝山GFE(L)-1型二次探空雷达在相同时段中的原始测风数据进行了对比分析研究.并且还将同布设在嘉定地区的两台不同型号的风廓线雷达进行了测风数据的互比分析.在基本稳定的天气条件下,嘉定F1赛车场、松江泖港以及嘉定外岗风廓线雷达各自与宝山GFE(L)-1型二次雷达探空测风数据进行对比分析的匹配样本数依次是6733、7350和7013对,其在盛夏时段对比统计的各层风速的平均标准差分别是3.34、3.37和4.03m·s-1,在初冬时段则为3.22、3.22和3.42m·s-1.参与互比分析的F1赛车场TWP3型风廓线雷达和外岗LAP3000型风廓线雷达之间的匹配样本数是71981对,其在盛夏时段互比统计的风速平均标准差是3.63 m·s-1,在初冬时段为4.12 m·s-1.有统计曲线表明,本研究中两台TWP3型风廓线雷达与宝山GFE(L)-1型二次雷达探空测风的误差均为2～4 m·s-1,其比对精度明显优于嘉定外岗的LAP3000型风廓线雷达.文章还提出了风廓线雷达的“有效探测高度”新概念.     

新一代雷达风廓线与探空风廓线资料相关分析

利用南昌新一代多普勒天气雷达获取的2002～2005年37次（共计614组样本）完整风廓线资料,与同期探空风廓线进行相关分析。结果表明：探空风廓线与雷达风廓线之间具有比较好的相关性。风向相关系数R≥0．6次数占总数78％,其中R≥0．8次数占总数60％。风速相关系数R≥0．6次数占总数81％,其中R≥0．8次数占总数57％。随着高度增加,探空风向与雷达风向的相关度明显降低,风速的相关变化不大。     

雷达发射机固态调制器的设计与实现

发射机是701系列探空雷达的重要组成部分,具有频率高、电压高、功率大、脉冲宽度窄等特点。原701雷达调制器和控制电源是由电子管和大型变压器等组成,成本高、故障率高、维修不便。新研制的固态调制器集控制电源于一体,通过采用推挽放大电路,多个场效应管并联电路及脉冲升压变压器,即克服了半导体器件存在的缺点,又实现了调制器的功能。     

新一代天气雷达三维数字组网软件系统设计与实现

天气雷达三维格点组网基数据具有多方面的应用价值,而且,新一代天气雷达观测资料目前基本上都可以实时传输到区域中心,为充分发挥雷达网的作用,基于近期相关具有实用性的研究成果,在国内首次研制了新一代天气雷达三维数字组网软件系统.系统以后台数据处理为核心,辅以简便的控制界面,多线程编程技术提高了系统数据处理的效率,模块化的多线程管理便于扩展新算法模块,混合语言编程技术缩短了科研成果业务化应用的周期.系统可在微机上运行,进行高时空分辨率的区域雷达三维数字组网以及二次产品生成.     

CINRAD/SA-SB雷达高频放大链前级组件故障诊断系统设计与实施

根据S波段新一代天气雷达高频放大链前级组件重要功能模块固态放大器和射频脉冲形成器的内部结构以及工作原理和维修需要，设计了一套支持固态放大器和射频脉冲形成器组件测试与维修诊断系统。此系统详细阐述了设计的流程，主要包括硬件，电源，电路接口，控制逻辑和显示电路等设计，为测试维修固态放大器和射频脉冲形成器提供所需的各种电压、控制信号、时序逻辑信号等，满足对固态放大器和射频脉冲形成器故障的电路信号测试，判断故障点及元器件。系统以直接输出故障指示的方式快速完成测试及故障定位，从而确保维修人员的人身安全和雷达设备不受二次损坏，保证了雷达故障修复的时效性。     

台风雷达三维组网产品显示系统研制

在台风组网产品生成系统的基础上,根据台风监测预警的实际情况,开发台风雷达三维组网产品显示系统。该显示系统兼顾实时处理和历史数据分析的需求,实现了台风三维组网产品的实时监测、动画显示、风场叠加等多种功能,并运用切面插值算法、台风非对称性方向识别算法实现了最大对称轴和非对称轴的自动定位及其切面显示、台风不同距离的平均RHI切面显示。介绍显示方法、相关算法和主要功能模块,并使用 “黑格比”台风作为实例,结合图像分析台风的非对称性和移动路径、强回波区、螺旋雨带的对应关系,取得良好的应用效果。     

卫星广播系统CMACast省级接收站缺收数据补调服务的设计与实现

中国气象局卫星广播系统(CMACast)在广播播发过程中存在接收小站文件错误接收或丢失的情况。建立数据下载中心,基于地面宽带网提供对广播缺收文件的补调下载,可以有效地解决上述问题。数据补调服务客户端完成了数据补调流程的建立,并设计了两级补调的机制以及灵活的可配置方式,在程序实现上采用多级并行处理、基于优先级的动态调度等方式来满足省级补调应用的需求。补调服务客户端已完成在省级通信系统的部署,在日常气象业务中发挥了实际效益。详细介绍了数据补调服务客户端的设计机制与实现方法,并对部署应用情况进行了分析。     

无人值守天气雷达远程监控系统设计与实现

介绍了无人值守的新一代天气雷达远程监控系统的设计思路和实现技术,详细论述了雷达硬件系统和相关软件系统的监控方法。该系统可以远程实时在线监控雷达的工作状态,并根据监控信息发送短信报警,通过远程桌面处理相关故障。通过这种方式,实现了新一代天气雷达运行状态监控的自动化,提高了雷达的运行效率和资料传输质量。     

气候监测业务专题数据服务系统的设计与实现

为了满足气候监测业务日益突出的个性化资料需求,设计和开发了气候监测业务专题数据服务系统。在分析用户资料需求的基础上,重点介绍了系统的设计思路和实现技术。该系统由1个专题数据支撑库和4个功能模块组成,包括资料更新发现、专题数据集制作、数据服务和任务调度,其中,专题数据集制作方法和3种任务调度模式是系统设计的核心。系统实现采用SSH (Struts Spring Hibernate) 框架,按数据访问层、业务逻辑层和交互表现层进行分层实现;同时,结合DWR (Direct Web Remoting) 技术实现了同步异步交互方式,使用灵活的配置管理加强系统的可扩展性。系统投入运行后,已制作出13个专题数据集,提供了良好的数据服务。     

移动式人工增雨作业技术支撑系统的设计与实现

利用移动通信和智能手机应用技术,结合气象基本业务和人影作业技术,研发了一套移动式人工增雨作业技术支撑系统。该系统实现了各种气象资料的实时采集、直观显示和作业信息的上传下达,为一线作业人员及时获取人工增雨作业所需要的信息提供了新途径。系统业务化运行稳定、实用性强,进一步提升了人工增雨作业的科技含量和省级人工影响天气指挥中心对市、县两级的业务指导能力。文章详细介绍了该系统的设计思路、流程框架、功能设计及其应用等。     

四川省气象服务信息系统的设计与实现

四川省气象服务信息系统采用WebGIS开发模式,结合地网GeoBeans开发平台实现了地图浏览、天气信息查询、城市查询、降水量和温度曲线图显示等功能。该系统以B/S模式开发,并利用JavaScrip和ASP技术实现了局部刷新,刷新速度较快,结果比较稳定。应用实践表明,地理信息系统可以和气象数据进行完美的结合,使气象数据更有实用性,其应用范围也得到很大的拓展。     

气象观测设备测试与试验系统设计与实现

为了实现气象观测设备测试评估与试验业务的规范化、标准化和自动化处理,设计实现针对常规地面气象观测设备测试评估与试验的业务系统。系统基于主流Web开发技术和Oracle数据库,以灵活配置、分层设计、模块化应用的方式,实现了测试评估与试验业务中的流程管理、数据配置、设备运行及状态管理、专家分析计算、数据查询显示、测评报告生成导出和系统管理等功能模块,实现了测试评估与试验业务的统一规范管理、提高了工作效率,并在雪深观测仪等设备的测试评估与试验中得到应用,计算结果和评估结论与人工处理一致。后期将以此为基础,进一步设计开发探空设备、雷达设备等适用的测试评估与试验平台系统。