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。     

雷达站网资料在长江流域暴雨试验中的应用

阐述了新一代天气雷达站网资料拼图技术在长江流域暴雨试验中的应用，内容包括雷达基数据的处理转换、站网资料的一致性处理方法、不同波段雷达资料的拼图策略、风场反演、结果的综合显示，并以此为基础建立了雷达站网综合拼图软件系统，利用该系统对2001年、2002年长江中下游地区暴雨试验期间的雷达组网中不同型号雷达的探测基数据，进行了资料处理转换和站网综合拼图。     

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。     

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。     

多普勒天气雷达的统一授时和同步观测初探

多普勒雷达在短时预报和强对流天气的监测中发挥了很好的作用,将多部雷达科学地进行组网拼图,能够更好地发挥雷达的合力效能,而对参与组网的多部雷达进行统一授时,实现同步观测,可以进一步提高雷达拼图的质量。据此,介绍了采用GPS时间系统对雷达进行授时的具体方案,以及实现雷达同步观测的技术方法。     

新一代天气雷达产品综合显示系统的设计与实现

针对强对流天气监测业务及预报预警服务需求,并充分发挥新一代天气雷达组网建设的效益,设计开发了具有自主知识产权的新一代天气雷达产品综合显示系统。该系统根据地市级气象部门天气雷达产品的数据源现状,基于GIS几何对象模型和分布式实时数据流处理框架对多台雷达产品数据进行快速处理和网络传输;结合网络地理信息系统(WebGIS)技术提供雷达产品Web地图服务接口;采用HTML5技术实现雷达产品对比分析显示功能。     

多普勒雷达数据在人工影响天气作业指挥中的应用

应用多普勒天气雷达体扫资料的基本数据产品,经过计算得到丰富的雷达二次产品,并结合1∶400万的全国地理信息数据,研制了融入雷达研究成果的天气雷达数据实时处理系统,使多普勒雷达的潜能得到进一步的挖掘。系统不但能自动将体扫资料处理成多普勒雷达的PPI、CAPPI、ETPPI、CR、VIL、RHI和VCS等多种产品,而且应用其产品建立了预警模型,开发了人工影响天气作业的预警、指挥业务化系统,实现了实时指挥人工影响天气作业自动化操作。投入业务运行以来,显著地提高了实施火箭高炮人工增雨、防雹作业的地、市级人工影响天气作业的指挥能力。     

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。     

数字化测雨雷达的组网与拼图

从气象业务的实际应用出发，阐明了以呼和浩特713天气雷达为主站，集宁、东胜711天气雷达为子站进行数字化天气雷达组网、拼图的意义和作用。论证了组网拼图的必要性及研制实施过程中的依据和方法，提出了目前尚存在的问题及投入业务应用和建立广域的中西部测雨雷达组网拼图的设想和方案。     

天气雷达回波区域拼图实现方法

针对目前天气雷达存在型号繁多、开机时间不定等问题，提出天气雷达回波图像功率、时间、空间的归一处理方法，将不同雷达的回波图像归一化，为拼图提供统一的数据源，利用重叠区域回波技术构成组网雷达回波图像，采用球面投影技术，得到较为理想的天气雷达区域回波图。     

双基地多普勒雷达探测小椭球粒子群的雷达气象方程

以椭球粒子的电磁波散射理论（Gans理论）为基础,考虑粒子群旋转轴一致铅直取向情况下,深入研究散射体对雷达波的侧向散射特性,推导出发射水平偏振波与垂直偏振波时的双基地雷达气象方程,并重新定义相应的雷达反射率因子、侧向反射率-后向反射率之比及差分反射率因子等雷达探测参数的表示式,为进一步研究和应用双基地多普勒天气雷达提供理论依据。     

偏振气象雷达发展现状及其应用潜力

偏振雷达是近二十多年来发展起来的新型天气雷达。由于它的问世，极大地促进了雷达气象和云及降水物理学科的发展，增强了人类认识和抗御天气灾害的能力。本文结合中国科学院寒区旱区环境与工程研究所以及世界各国偏振雷达发展的情况和经验，主要就圆偏振雷达、椭圆偏振雷达和双线偏振雷达的发展现状及其在云和降水物理研究以及人工影响天气方面的应用潜力进行说明，它对我国新兴的偏振雷达的发展和应用事业有一定的指导和借鉴意义。     

我国地基天气雷达技术系统发展介绍

回顾了我国天气雷达从常规雷达发展到单极化多普勒,再到双极化多普勒,雷达获取目标的参数信息更加丰富的过程。分析了常规、单极化多普勒、双极化多普勒雷达工作原理及其产品信息。对于我国新一代S、C和X波段的天气雷达性能进行了研究对比。阐述了毫米波段多普勒测云雷达工作原理及其产品。对新一代天气雷达网进行了分析及展望,双极化将是我国天气雷达网升级改造趋势,为弥补新一代天气雷达探测盲区,小型移动电扫描雷达也是一种辅助主雷达网可移动灵活布网的趋势。     

星载雷达与C波段地基雷达数据一致性个例分析

为提高单部雷达与多部雷达组网探测降水的精度,对地基雷达进行了一致性定标。星载雷达作为标准参考源已应用于S波段天气雷达的一致性定标,但对于C波段天气雷达的适用性仍有待研究。为此,本文选择了位于较高纬度的兰州C波段业务雷达,设计了以星载雷达标定C波段雷达的方法。通过对两个降水个例进行分析发现:定标后的C波段雷达回波强度和降水反演精度均有一定改善。说明采用星载雷达对C波段雷达进行定标也是可行的,这有利于解决西部地区地基雷达组网探测的一致性定标难题,展现了良好的应用前景。     

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。     

数字化天气雷达和双线偏振雷达的标定方法初探

数字化天气雷达定量探测的精度误差与雷达标定的误差有直接关系。特别是对于双线偏振其差反射率因子ＺＤＲ的典型值又为－３－＋５ｄＢ，而不同类型降水物的ＺＤＲ值可能仅相差十分之几分贝，因此，雷达标定的精度是至关重要的。     

天气雷达等射束高度图制作算法优化

本文在以往研究成果的基础上,推导了天气雷达遮蔽角图和等射束高度图的理论计算过程,指出了以往在计算方位角、仰角、斜距等方面存在的偏差,并给出了解决方法。依据该方法采用地理信息数据绘制了遮蔽角图和等射束高度图,并与雷达实际回波图进行了比较。比较结果表明,除因地理信息分辨率问题导致的个别方位存在偏差外,理论计算图和雷达实际回波图整体一致性较好。     

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...     

基于多源探测资料的“4.12”非典型冰雹特征分析

针对2020年4月12日发生在江苏苏州的一次大范围雷暴大风、局部伴有冰雹的强对流天气过程,基于常州S波段双线偏振多普勒天气雷达、湖州和青浦的单偏振雷达以及再分析资料,详细分析了此次过程的天气背景,不稳定机制、抬升条件和雷达回波及双偏振雷达参量演变特征,并结合双雷达风场反演技术分析超级单体的动力结构及云物理机制。结果表明此次过程发生在高空冷涡南掉、横槽南摆,上下层强烈不稳定的环流背景下,地面有辐合线提供了触发条件。苏南地面附近至600 hPa为θ_se随高度减小的对流不稳定层和0~6 km强烈的垂直风向切变分别为此次过程提供强热力和动力不稳定条件。此次降雹天气过程,雷达回波强度超过50 dBZ,有明显的三体散射、气旋式辐合、高层回波悬垂和强风暴顶辐散等特征;但是VIL和ET都很小,呈现非典型冰雹特征。双线偏振雷达各偏振参量(差分反射率Z_DR、差分相移率K_DP和相关系数CC)也都反映出冰雹云的典型特征:在Z_H大、Z_DR小、CC小的区域出现冰雹,Z_DR值通常为-1.0~0.2 dB,CC值普遍小于0.85。上述双偏振参量特征在强对流短时临近预报和冰雹识别方面具有很强的应用潜力。利用双雷达风场反演技术对降雹时段研究,发现1~5 km各层高度的风垂直切变、辐合的存在,有利于超级单体的发展和加强。双雷达能较好地反演雷暴大风的三维风场精细结构,有助于加深对冰雹云结构的认识进而提高冰雹等强对流天气的预报预警能力。