基于OPENGL的组网雷达三维显示系统的开发与应用

利用OPENGL工具,并结合计算机图形学三维成像相关算法,实现了组网气象雷达数据的三维可视化显示。文中给出两个台风实例,将2014年经过海南的台风“威马逊”和“海鸥”以及相应风廓线雷达风场资料导入该三维显示系统,结果表明：该平台可以全面直观地构建台风的三维结构,并可根据需求显示其内部强回波结构;多普勒天气雷达数据与风廓线雷达风场资料相结合,提高了大气风场的监控能力。此项工作对SWAN起到了一定补充作用,并可进一步推进三维雷达组网产品的业务应用。     

三维可视化技术在雷达三维组网产品显示中的运用

采用三维可视化技术,将三维面重建算法和体重建算法引入气象雷达回波图像的分析中,同时与中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室开发的新一代3D组网拼图产品相结合,对2007年9号台风"圣帕"进行了三维显示。结果表明:对于单部雷达体扫产品,三维组网拼图产品能全面地掌握更大范围内雷达回波的演变过程;相对于单一的二维平面的分析显示,三维可视化技术在构建回波的空间分布状况,尤其是回波的空间结构上有更大的优势,三维可视化技术结合雷达三维组网拼图产品为雷达回波的分析提供了一种更为全面的方式。     

CINRAD三维拼图产品显示系统

新一代天气雷达三维拼图产品显示系统是采用三维VTK(Visualization Toolkit)技术,结合具体的空间体绘制算法,开发的显示平台。此显示平台针对中国气象科学院国家灾害天气重点实验室开发的新一代天气雷达3D组网拼图产品,在兼顾实时处理和事后分析的需求下,实现了包括X,Y,Z平面在内的空间任一切面的雷达回波强度显示,运用光线投影算法实现了雷达回波数据的空间整体三维重建显示。同时结合多种产品的二维平面显示功能以及二维和三维的交互功能,更为直观和全面的展现了空间回波的分布状况,使得三维组网产品的优势在业务系统上得到更大程度的发挥。     

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。     

基于雷达回波拼图资料的风暴单体和中尺度对流系统识别、跟踪及预报技术

以中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室的区域雷达组网三维数字产品作为数据输入,在雷达基数据的SCIT(The Strom Cell Identification and Tracking)算法基础上,完成了三维格点风暴单体识别、追踪和预报,用Davis发展的客观诊断评估方法识别雷达拼图资料中的中尺度对流系统,实现了雷达数据的中尺度对流系统识别、跟踪和预报,并利用这两种方法对多个强天气过程进行风暴和中尺度对流系统识别、跟踪及预报.在单雷达区域内用原SCIT和修改后的SCIT算法做了风暴单体定量识别检验.结果表明,(1)修改后的SCIT算法能够实现三维风暴的自动识别、跟踪和预报,在单雷达区域内与原算法识别风暴数量大体相当,中尺度对流系统识别方法能够实现中尺度对流系统的自动识别,并完成跟踪和预报;(2)SCIT算法预报误差较小,中尺度对流系统算法预报误差相对较大,它们的预报误差随时间延长而增大.     

新型台风海洋网络气象信息系统的设计与实现

该文将时空数据模型的概念引入台风海洋网络气象信息系统,旨在构建一个多源、异构气象服务产品与数据按照统一的时空数据模型进行组织、集成和融合,并在互联网上实时展现的信息系统平台。介绍了该系统的设计思路和技术框架,同时分析了该系统中引入时空数据模型的技术难点和关键技术,重点展示了系统构建成型后能实现的主要功能,包括台风路径信息与卫星云图、天气形势场等多种气象信息的叠加显示;多功能历史台风路径信息查询;台风实况路径信息与城市风雨监测实况、卫星云图、雷达图的同步动画显示;气象灾害预警信息、气象资讯、城市天气实况及预报等内容的集成发布等。该研究成果已在中国天气台风网（typhoon.weather.com.cn）得到实际应用。     

HWS3000手持式自动气象站组网及应用

针对HWS3000手持式自动气象站蓝牙通讯的数据传输模式在多站点观测组网应用中的不足,结合气象应急服务需求,设计开发了可多站点组网应用系统。系统由智能变送器模块、网络适配器模块和中心站远程监测软件组成。使用nRF51822蓝牙芯片作为微控制器,接收自动气象站采集的温、湿、风、压数据并支持户外LED屏实时显示,应用编程技术(InApplication Programming)实现了传感器电子数据表格TEDS(Transducer Electronic Data Sheets)的在线更新、传感器自识别和校正功能。多站点采集的数据通过4G无线模块上传至中心站,通过监测软件解析并显示,实现了各监测站点数据的显示、实时曲线和历史数据查询等功能。该系统的外场测试运行正常稳定,在实际应用中效果良好。     

SWAN2.0系统的设计与实现

强对流天气短时临近预报系统（Severe Weather Automatic Nowcasting,SWAN）是面向短时临近监测、分析、预报、预警制作等功能为一体的业务平台。SWAN2.0基于MICAPS4（Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System Version 4.0,人机交互气象信息处理和天气预报制作系统）二次开发框架,采用C/S架构,服务器部署在省级,负责收集数据,运算SWAN产品;客户端部署在气象台站,实现具体的预报业务,并形成算法二次开发接口。SWAN2.0新增了三维变分风场反演、基于分雨团技术的雷达降水估测、冰雹识别等方法,实现了算法管理、产品生成、分析处理、资料检索显示、实时监控报警、预警产品制作等功能。SWAN2.0业务系统已在全国试用,在强对流天气监测、分析和短时临近预报预警中发挥了重要作用。     

“天鹅”台风风场结构特征

为了进一步认识台风的动力结构特点,利用组网天气雷达产品三维格点反射率因子资料与两步变分法反演出三维风场,对2009年第7号台风天鹅风场结构做了分析,结果表明：两步变分法较好地反演出“天鹅”台风的水平环流结构;在4km高度上,最大风圈半径内,平均切向风速接近Rankine涡旋模型,通过拟合该高度上最大风圈半径上的切向速度...     

GIS技术在台风预报服务产品制作系统中的应用

根据台风预报业务的实际需求,建立了基于GIS技术的台风预报服务产品制作系统。提出了采用地图表达技术的台风数据可视化方案,讨论了基于空间插值与动态缓冲的台风预报概率圆生成算法,利用叠加分析技术完成了台风路径影响范围分析功能,并提供了一键式材料快速制作功能。业务化运行结果表明:GIS技术能够实现功能建设,较好地满足了目前中央气象台台风预报服务产品制作需求。     

台风及海洋气象一体化预报平台的开发与应用

台风及海洋气象一体化预报平台为面向台风和海洋气象业务的预报预警服务的支撑系统,集数据采集、转换、预报、分析、产品制作、发布等功能于一体。该平台基于人机交互气象信息处理和天气预报制作系统MICAPS4（Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System Version 4）框架开发,结合台风、海洋气象新型的观测和预报数据,实现台风、海洋气象数据的集约化检索与显示、精细化格点编辑、台风和海洋气象产品制作、产品发布等功能。台风及海洋气象一体化预报平台设计基于面向服务和分层体系结构,采用组件化设计方法,涵盖数据解析、分析处理、产品制作、交互工具、配置管理等核心组件,形成可扩展的业务功能模块和二次开发接口,目前已作为中央气象台台风海洋气象预报预警业务的主要平台投入使用。     

利用组网雷达资料分析台风“黑格比”结构

基于组网雷达的组网产品组合反射率因子(CR)与回波顶高(ET)资料分析2008年第14号台风"黑格比"登陆期间的结构特征,并比较了CR与ET特征的异同,分析了造成异同的原因。分析结果显示:在登陆过程中,眼区逐渐被填塞,核心区内的对流活动有所增强,之后迅速减弱;各距离圈上的平均CR与平均ET随距"黑格比"中心的距离呈单峰分布的特点,但平均CR与平均ET的单峰分布并不是一一对应,前者峰值较后者更靠近台风眼中心。     

广东天气雷达组网策略及在台风监测中的应用

天气雷达是台风监测的重要探测工具,雷达资料实际应用过程中经常遇到多雷达运行不同步、资料采集不及时等问题的困扰。采用区域雷达服务器中央控制运行模式能有效解决这些问题。以0606号台风"派比安"为例,介绍了广东省新一代多普勒天气雷达网在台风监测方面的策略和运行模式。多雷达拼图大大拓展了雷达的监测范围,双多普勒雷达风场反演技术能够揭示台风环流的中尺度三维结构。     

多普勒雷达三维拼图资料在强对流天气监测中的应用

利用多普勒雷达三维拼图产品和石家庄新乐雷达站单多普勒雷达产品,对比分析了2008年6月23日发生在河北省中南部的一次强对流天气过程。结果表明：反射率因子和回波顶高拼图产品展现了整个对流系统自西向东发展、演变的全貌,为全面跟踪灾害性天气影响的时间和地点以及短时、临近预警提供有利依据。同时,根据反射率因子剖面图,不仅可以提前10－20 min对冰雹或大风天气做出预警,而且还可以从回波垂直剖面的形状区别冰雹或者大风,明显的回波悬垂、弱回波区和回波墙是发布冰雹预警的充分而非必要条件。     

2006年“珍珠”台风影响期间福建省降水酸度分布特征分析

利用2006年"珍珠"台风影响福建省期间的酸雨监测资料和新一代天气雷达回波资料,对城市降水酸度分布特征及福州市短时段降水酸度进行分析,结果表明:来自海上的台风降水呈偏碱性;登陆后台风对福建省城市降水酸度的影响与其螺旋雨带上降水云团的移动路径及城市周边污染源分布有关;"珍珠"台风的短时段降水酸度并非保持恒定,对福州市降水酸度的影响会随着台风强度、风场结构的变化及螺旋雨带上降水云团途经下垫面城市大气污染排放状况而发生改变.     

国家气象中心台风、暴雨预报服务系统的设计和研究

国家气象中心台风、暴雨预报服务系统是以国家气象中心的现代化气象业务环境为依托，系统地集成了国家气象中心和气象业务与科研单位近年来研究开始的台风、暴雨预报成果建立的实时预报服务系统。该系统目前已初具规模，1995年投入业务应用（部分投入业务试用）。文中简要介绍了该系统的设计目标、结构、功能，以及在业务中应用和试用概况。     

IAP's Solar-Powered Unmanned Surface Vehicle Actively Passes through the Center of typhoon Sinlaku(2020)

The solar-powered marine unmanned surface vehicle(USV) developed by the USV team of the Institute of Atmospheric Physics is a rugged, long-duration, and autonomous navigation vessel designed for the collection of longrange, continuous, real-time, meteorological and oceanographic measurements, especially under extreme sea conditions(sea state 6–7). These solar-powered USVs completed a long-term continuous navigation observation test over 26 days.During this time, they coordinated double-USV observations and actively navigated into the path of Typhoon Sinlaku(2020) before collecting data very close to its center during the 2020 USV South China Sea Typhoon Observation Experiment. Detailed high temporal resolution(1 min) real-time observations collected by the USV on the typhoon were used for operational typhoon forecasting and warning for the first time. As a mobile meteorological and oceanographic observation station capable of reliable, automated deployment, data collection, and transmission, such solar-powered USVs can replace traditional observation platforms to provide valuable real-time data for research, forecasting, and early warnings for potential marine meteorological disasters.     

中国气象科学研究院雷达气象研究50年

该文回顾了自20世纪50年代以来, 中国气象科学研究院在模拟信号的天气雷达、数字化天气雷达、多普勒雷达和雷达新技术如双线偏振雷达、双基地多普勒雷达等雷达技术研究及其在冰雹、暴雨、台风等中尺度天气过程的监测和临近预报等方面的应用工作, 特别介绍了近年来开展的针对暴雨、台风的中尺度外场试验、双多普勒雷达和双多基地多普勒雷达技术在风场中尺度结构中的应用、双线偏振雷达在云和降水微物理结构探测中的应用、新一代天气雷达三维数字组网及临近预报方法研究等工作; 对中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室在雷达气象领域研究的未来进行了分析和展望。