天顶扫描模式在双偏振天气雷达Z_(dr)系统偏差订正中的应用

双偏振天气雷达Z_(dr)系统偏差是影响雷达数据质量的关键因素,本文利用南京信息工程大学C波段双偏振天气雷达,对90°仰角天顶扫描数据在Z_(dr)系统偏差订正中的应用进行了分析,同时增加90°仰角定点观测模式,讨论并确认了方位旋转关节对Z_(dr)测量结果的影响,在双偏振天气雷达雷达Z_(dr)系统偏差订正中加入了方位旋转关节因素。研究结果表明:选择合适的90°仰角数据,不仅可以对接收双通道不一致造成的Z_(dr)固定系统偏差进行订正,还能够进一步检测由方位旋转关节衰减不同引起的误差;利用90°仰角数据对Z_(dr)的系统偏差进行订正,稳定性和精度较高,满足双偏振天气雷达Z_(dr)精度要求。     

国产双偏振天气雷达差分反射率测量性能分析

双偏振天气雷达对气象目标差分反射率(Z_(DR))的精确测量是我国新一代天气雷达双偏振升级过程中的一个重要环节。本文介绍了采用机外仪表、机内测试信号、太阳、小雨等方法对双偏振天气雷达系统引入的Z_(DR)偏差进行测量的原理,分析了影响Z_(DR)测量精度的关键因素,即发射机、接收机和方位旋转关节引入的Z_(DR)动态偏差。比较了各种标定方法的优点和局限性。以南京大学C波段双偏振雷达为例,给出了采用机外仪表、太阳、小雨方法对雷达系统引入的Z_(DR)偏差的实测结果,并对测量结果进行了比较分析,发现3种方法的测量结果具有较好的一致性;且Z_(DR)测量值随方位角的变化具有一定的规律,因此随着双偏振雷达的长期运转,方位旋转关节的影响不可忽略。本文对未来我国双偏振雷达的业务运行和组网观测具有一定的参考价值。     

复杂地形背景下双偏振雷达数据质量评估方法

针对四川省复杂地形和雷达型号多样的特征,设计了一种以长时间序列统计单/双偏振天气雷达数据质量的评估方法,算法定性评估了天气雷达数据是否存在空回波、电磁干扰和地物干扰的问题,定量评估了雷达Zh(水平极化反射率因子)、Z_(dr)(差分反射率)、CC(相关系数)、Фdp(差分相移)和G_(C)(地物回波系数)的数据质量。通过评估2022年5—9月四川省12部新一代天气雷达基数据的数据质量,得到了如下结果:(1)同频电磁干扰严重影响四川省天气雷达数据质量,超过74%的宜宾和广元站数据存在电磁干扰回波;宜宾和乐山雷达站出现了较多空回波数据;超过77.91%的广元雷达站数据存在风电场地物回波干扰。(2)雷达性能正常时,地物回波系数G_(C)的均值变化不大,G_(C)系数的标准差可以有效反应出雷达数据问题,特别对空回波数据问题比较敏感。(3)四川省12部天气雷达Zh标准差总体较小,绵阳和宜宾站较优,乐山站较差。(4)四川省3部双偏振天气雷达的Z_(dr)和CC数据质量较好,?dp的数据波动较大。     

双线偏振天气雷达有效探测范围研究

双线偏振天气雷达是当前一种比较先进的天气雷达,它能同时获取云和降水特性的参量包括强度(Z_h)、速度(V)、谱宽(W)、差反射率(Z_(dr))、差传输相移(Φ_(dp))、比相差(K_(dp))和相关系数(p_(hv))。这些参量的数据精度决定了识别云和降水粒子及遥测区域降雨量的准确性。这些数据精度与回波信号的信噪比密切相关,当信噪比低于20 dB时(不同雷达有差异),偏振数据的精度明显变差;同时也与雷达的空间分辨率有关,当距离雷达较远时,由于雷达波束的展宽,其回波功率包含不同的水成物粒子的信号,这些都会带来数据精度的误差,影响偏振天气雷达的正确应用。另外,由于受到雷达发射功率的限制,在保证探测数据精度(也就是信号强度要满足信噪比的要求)的前提下,偏振数据的探测距离远低于强度信号的探测距离。为了保证回波信号有足够的信噪比和合适的空间分辨率,双偏振天气雷达的探测范围必须被控制在一个有效的范围内。本文结合偏振雷达探测数据的分析,从保证偏振天气雷达偏振参量数据精度的要求出发,研究探讨了我国现有的不同偏振天气雷达的有效探测范围,其结果对偏振雷达的设计生产和应用有重要的参考作用。     

一次冬季冰雹的双偏振多普勒天气雷达回波分析

为研究双偏振雷达资料在冬季冰雹监测预警中的应用,利用厦门S波段双偏振雷达资料,分析了2016年12月21日福建漳州冰雹的回波特征。发现在降雹过程中,最强回波达69 dBZ,三体散射回波径向长度达16 km,旁瓣回波切向宽达20 km,低层的钩状回波与入流缺口明显;冰雹区的差分反射率因子Z_(dr)和差分相位常数K_(dp)数值小,冰水混合区的相关系数ρ_(hv)较低。分析表明:此冰雹个例并非典型的超级单体,但存在超级单体的部分偏振回波特征,回波前侧下沉气流存在Z_(dr)弧,可延伸到中层,在入流缺口和后侧下沉气流处,Z_(dr)柱和K_(dp)柱成对出现,中层存在CC的低值环。     

广州S波段双线偏振天气雷达双通道一致性测试及分析

双线偏振天气雷达双通道的一致性,是新一代天气雷达双线偏振升级的技术关键。本文分别采用机外仪表和机内测试信号,测试分析了广州CINRAD/SA-D双线偏振雷达接收机双通道的一致性。结果表明:①接收机双通道的动态范围、噪声系数、强度定标等满足设计指标,但测试结果也存在一定的差异,导致偏振参量差分反射率因子ZDR和差分相移ΦDP产生误差,需要对这种差异进行定期检查和修正,以确保双通道一致性;②旋转关节对整个接收链路的信号幅度和相位一致性有影响,这种影响随着方位的变化呈现出一定的周期变化规律,因此随着双线偏振雷达的长期运行,方位旋转关节的影响不可忽略。     

广州双偏振天气雷达在定量降水估测中的初步分析

利用广州双偏振天气雷达观测到的一次短时强降水过程资料和自动站资料,对比分析R(Z_H)、R(Z_H,Z_(DR))、R(K_(DP))降水估测算法的差异,结果表明:不同的降水估测方法有较大的差异,当降水强度20 mm/h时,采用R(Z_H)进行降水估测优于利用R(Z_H,Z_(DR))、R(K_(DP))方法;当降水强度20mm/h时,采用R(K_(DP))方法进行降水估测效果更好。造成这种现象的主要原因是在弱降水时,Z_(DR)、K_(DP)的测量误差较大,因此实际业务中需要对偏振参量进行进一步的质量控制,以优化基于双偏振雷达的定量降水估测效果。     

X波段双线偏振多普勒雷达资料质量评估

以山东省首部X波段全固态双线偏振多普勒天气雷达724XSP观测的几次降水过程资料为例,与济南站多普勒天气雷达(CINRAD/SA)资料进行对比分析,并利用XSP雷达观测的层状云降水资料进行偏振参量的质量分析。结果表明:XSP雷达波束在穿越层状云云体时的衰减比较均匀,与SA雷达探测的云体结构比较接近,但XSP雷达对45 dBZ以上强回波的探测能力较差,尤其探测冰雹云云体结构时二者差别较大。对偏振参量分析发现,当SNR10 dB时,Z_(DR)、CC、Φ_(DP)和K_(DP)等偏振参量受噪声影响明显,误差较大不可信;当SNR位于15~23 dB时,Z_(DR)和CC的测量值有明显波动,质量较差;XSP雷达的Z_(DR)测量值较理论值偏低0.5 dB;Φ_(DP)和K_(DP)资料受衰减影响较小,当SNR10dB时,质量比较可靠。     

CINRAD/SA-D雷达差分反射率金属球标定试验

目前我国新一代天气雷达正升级为双偏振体制,CINRAD/SA-D双偏振天气雷达对气象目标差分反射率(ZDR)的精确测量是参数标定的重要环节。对徐州双偏振雷达配置VCP-sect扫描模式,采用目标方位±5°的扇扫组合,且关闭地物等所有雷达滤波算法,用无人机分别携带2种标准金属球开展ZDR标定试验。分析试验结果,发现采用40cm金属球,控制无人机与金属球间隔为68m时,ZDR平均值为-0.265dB,最小为-0.125dB,最大为-0.375dB,满足雷达定标ZDR的技术要求。研究结果为业务雷达开展双偏振雷达定标ZDR提供了技术方案。     

一次强对流天气过程双偏振雷达产品特征分析

根据Micaps常规气象观测数据、南海区和三水区X波段双偏振多普勒天气雷达资料,对2017年7月26日佛山市南海区一次局地致灾性雷暴大风天气过程中双偏振多普勒天气雷达产品演变特征进行分析。结果表明:该次午后局地致灾性强对流天气是由2条阵风锋的交汇而触发的。阵风锋具有差分反射率Z_(DR)为较大正值、相关系数ρ_(hv)值小、传播相移差ΦDP为正值的特征,与昆虫的双偏振回波特征相似。当雷暴发展旺盛时,雷暴单体中以扁椭球状的大雨滴为主;当雷暴减弱时,以接近球状的小雨滴为主。     

南昌双偏振天气雷达地物杂波抑制效果分析

为评估南昌CINRAD/SAD双偏振天气雷达对地物杂波的抑制效果,使用2019年6—10月南昌单偏振雷达基数据和2022年同期南昌双偏振雷达基数据,对比分析了不同仰角和晴、雨条件下单、双偏振天气雷达反射率频率。结果表明：单、双偏振雷达在0.5°仰角因周边山区地形、建筑物遮挡的影响,在西北方向和东南方向存在明显的数据缺失。升级为双偏振雷达后,在各个仰角上周围反射率高频区的范围明显减小,雷达能有效消除雷达站点周边杂波的影响。晴天时,双偏振雷达对晴空杂波的过滤效果极佳;雨天时,双偏振雷达对南昌周边及梅岭山区的回波进行了弱化处理,可以有效减少地形回波、非气象回波的干扰。双偏振天气雷达产品差分相移率和相关系数能较清楚地辨别出虚假回波,可更好地用于确定降水粒子的信息。     

一次雷暴过程的双偏振雷达观测量与闪电频次的关系分析

利用广州双偏振多普勒雷达和粤港澳闪电定位网数据,分析了2017年7月27日发生在广东深圳的一次雷暴个例中双偏振雷达观测量与闪电频次之间的关系。结果表明:水平反射率Z_H、差分反射率Z_(DR)和差分相移率K_(DP)能在一定程度上反映出雷暴发展变化的特征。零滞后相关系数ρ_(HV)主要用于雷达回波降水类型以及非降水(非气象回波)的判断,与闪电频次的相关性不高。     

窄波束C波段双偏振多普勒天气雷达及其探测能力分析

为了评估南京信息工程大学窄波束C波段双偏振多普勒天气雷达的观测性能和应用潜力,对雷达的高分辨率回波数据进行了分析,利用固定地物订正了径向定位误差,以及在线太阳信号修正了差分反射率因子(Z_(DR))偏差;通过对流降水和层状云降水回波分析,发现了共振散射效应、不同降水粒子的回波特征、非均匀波束填充(NUBF或NBF)现象、降水倾斜结构和可能存在过冷水的证据。     

双偏振雷达产品在福建强对流天气过程中的应用分析

利用高空地面资料和厦门双偏振雷达资料对2016年12月21—22日福建东南部沿海出现的一次冰雹、短时强降水强对流天气过程进行分析。结果表明,21日午后的冰雹天气是在暖区内西南气流暖湿强迫背景下产生的,21日夜里的强降水天气则是斜压锋生类强对流天气。利用双偏振雷达产品可分析出冰雹的相态演变:明显的冰雹特征(Z_(DR)≤0、回波强度≥55 dBz)首先出现在0℃层附近,后向上向下发展,高层出现三体散射现象,但由于干湿球0℃层高度相当,融化层厚度厚,午后地面温度超过20℃,冰雹在下降过程中Z_(DR)、K_(DP)由负值转正值,表明冰雹逐渐融化成大雨滴或外包水膜的冰雹;三体散射回波强度15～20 dBz区域,对应的Z_(DR)出现由负极值到正极值的突变区,CC0. 7,呈现非气象回波的特征。短时强降水对应Z_(DR)、K_(DP)随反射率因子的增大而增大,CC0. 97,说明强降雨是由大量粒子较大的雨滴造成的。     

中国双偏振天气雷达系统发展综述

回顾了近30年来中国双线偏振天气雷达的研究进展,着重从雷达数据质量控制和雷达偏振参量的测量精度两大方面进行详细叙述。阐述了目前主要通过提高双偏振天气雷达的系统性能,降低系统误差,抑制雷达地物杂波,来提高雷达数据质量和测量精度,而双通道一致性和极化隔离度是双偏振天气雷达系统最主要的性能指标;描述了双偏振天气雷达系统及其产品应用新进展。     

一次东北冷涡天气过程双偏振雷达降水粒子相态识别

本文利用双偏振天气雷达资料，对2019年6月7-9日辽宁地区一次东北冷涡强对流天气过程进行分析。分析了东北冷涡的演变过程以及双偏振雷达的偏振参量在降水粒子相态识别中的作用，研究了不同判别规则对模糊逻辑算法识别结果的影响。结果表明：双偏振雷达的偏振参量可以对水凝物的种类、空间分布、物理形态进行大致判断，但水凝物相态识别结果仍需细化。模糊逻辑算法在强回波区域的识别结果更准确，采用不同的判别规则得到的水凝物分类结果虽存在一定差异，但在大部分观测区域的分类结果基本一致，符合天气演变规律，能够为气象预报预警提供鉴别参考。具有广泛时间、空间适配性的模糊逻辑算法，仍需大量实测案例数据的验证与仿真。     

S波段WSR-88D双偏振雷达观测非降水回波识别方法研究

与新一代天气雷达相比,双偏振雷达能发射水平和垂直极化偏振波,具有更多的测量信息,利于区分降水和非降水回波,在雷达定量估测降水中发挥着重要作用。本文根据双偏振雷达的测量变量(水平反射率、差分反射率和相关系数)及降水与非降水回波的结构特征,发展了一套S波段双偏振雷达数据质量控制算法,重点研究晴空回波和生物回波的识别。利用上海南汇WSR-88D偏振雷达的观测数据做测试和评估,评估结果表明该算法对南汇偏振雷达非降水回波识别准确率达93%以上,且对降水回波的误判率仅为3.82%。     

2020年5月22日广州强降水超级单体的S波段双偏振雷达回波分析北大核心

为研究S波段双偏振雷达探测强降水超级单体的回波特征,本文利用广州S波段双偏振雷达、风廓线雷达、气象信息综合处理系统(Meteorology Information Comprehensive Analysis Process System,MICAPS)、地面观测站等资料,分析了2020年5月22日广州一次局地特大暴雨过程的发生发展及雷达回波特征。结果表明:列车效应和后向传播影响共同造成了广州此次局地强降水过程;强降水超级单体成熟阶段,雷达回波低层仰角会出现K_(DP)印,ρHV图上有非均匀波束填充(Non-Uniform Beam Filling,NUBF)特征,高层仰角会出现Z_(DR)环(高值区)、ρHV环(低值区)等特征,垂直方向上表现为形态相似、空间分布分离的Z_(DR)柱和K_(DP)柱;Z_(DR)最大值略早于Z_(H)最大值,一般出现在Z_(H)骤增时段,雨强开始增大或最大雨强之前,对强降水的发展有指示意义,K_(DP)最大值一般出现在Z_(H)大值时段,并与最强降水时段对应,结合Z_(DR)和K_(DP)可以更好地判断降雨强度的变化。     

贵州中部冰雹的双偏振雷达参量特征与识别

选取2017年4月16日修文县冰雹天气过程,分别利用Micaps资料和贵阳探空资料分析了当天的天气背景、水汽的垂直分布特征和不稳定能量的存在,通过分析双偏振雷达对降雹过程的外场观测资料,得到了各种偏振参量的特征,同时分别用多普勒雷达和双偏振雷达进行了冰雹识别,结果表明,双偏振雷达在相态识别方面有一定的优势。     

双线偏振雷达标定技术应用

正随着双线偏振雷达技术的成熟和广泛应用,对双偏振量标定方法、精度和稳定性提出了更高的要求。使用双偏振标定技术可以全面检查雷达系统的状态,实时在线校正雷达系统偏差,提高双线偏振雷达数据质量。随着双线偏振天气雷达技术不断成熟和部署,对雷达数据质量和数据稳定性提出了更高的要求。双线偏振雷达较传统的单偏振雷达新增的三个基本物理量分别为水平和垂直线极化幅度差异差分反射率(ZDR)、相位差异差分传播相移(φDP)和两通道