多普勒天气雷达三维数字组网系统开发及应用

为充分发挥多普勒天气雷达网的联网观测优势,依托已有科研成果,开发了多普勒天气雷达三维数字组网软件系统。介绍了该系统的整体设计、系统框架、主要功能模块、数据处理流程和相关算法,分析了系统性能及组网结果的实用性、可靠性,讨论了实际应用中影响组网效果的两个重要因素。业务运行测试及实例分析结果表明:该系统运行稳定;在微机上可实现约15部雷达、频率为6min左右的高时间频率的三维组网;算法合理,组网结果可靠;为中小尺度天气分析提供了便利,为临近天气预报开发等工作提供了数据基础;有必要对软件系统进行升级,以便更好地满足应用需求, 提高组网结果质量。     

基于高分辨率高程数据统计分析新一代天气雷达组网的地形遮挡影响

新一代天气雷达由于受到地形限制产生波束遮挡导致波束能量衰减,从而造成雷达探测回波强度偏弱、雷达定量估测降水结果失真,因此对于雷达波束遮挡情况的统计和分析是一项重要的基础研究工作。利用SRTM （Shuttle Radar Topography Mission）数字高程数据对中国目前业务运行的212部新一代天气雷达波束遮挡情况进行模拟计算分析。计算结果包括雷达单站遮蔽角、VCP21模式0.5°、1.5°、2.4°、3.4°、4.3°仰角波束遮挡率、混合扫描及分区混合扫描波束遮挡率、雷达单站探测范围覆盖情况;计算并绘制全国天气雷达组网遮挡率拼图,统计全国天气雷达组网遮挡情况;利用2019年8月广东省11部天气雷达基数据对比验证单站及组网遮挡计算结果。结果表明雷达组网探测面积覆盖率超过70%,整体覆盖效果较好,遮挡计算结果与实际数据对比验证结果高度一致,对雷达数据订正、降水估测等产品具有正贡献。      

新一代天气雷达远程视频监控保障系统设计与实现

针对目前天气雷达保障业务需求,开发了新一代天气雷达远程视频监控保障系统。该系统实现了雷达设备的视频监控、远程协助、数据采集、状态监测及报警等主要功能。通过该系统可实现雷达故障的快速发现,同时利用远程协助功能,相关专家可根据故障报警、现场可视图像以及雷达关键部位参数进行故障诊断,制定维修方案,提高雷达保障时效。目前该系统已成功应用到全省4个雷达站,满足了远程故障可视化诊断需求。     

基于PLC的新一代天气雷达远程控制系统设计与实现

针对CINRAD/CA型新一代天气雷达运行过程中存在的接收机、发射机、伺服系统等分系统供电不能进行远程控制的问题,设计实现了基于PLC的新一代天气雷达远程控制系统。系统在不改变雷达原来结构、不影响雷达性能与技术指标的情况下,基于西门子S7-1200PLC控制器,通过控制继电器开关间接控制主回路交流接触器,实现雷达机房接收机、发射机、伺服系统等分系统供电运行状态的实时监测和远程一键式开关机自动控制。在保证雷达观测数据传输及时性和可用性的同时提高雷达技术保障人员对雷达维护的时效性,为新一代天气雷达观测站无人值守提供一种可靠的技术手段。     

新一代天气雷达个例资料整编系统设计

采用C语言和VC++6.0开发新一代天气雷达个例资料整编系统,能够对雷达基数据、雷达产品和雷达状态等信息每天自动异机整理存储,自动建立整编资料所需的各类文件夹和文件,使个例资料整编实现自动化、批量化、流程化和标准化.该系统可推广、移植到其它新一代天气雷达站.     

新一代天气雷达

介绍了新一代天气雷达的特点、产品及应用.     

新一代天气雷达基数据的三维拼图和产品生成软件系统

本软件系统采用C++和Fortran语言开发,定位于15部左右的新-代天气雷达区域基数据拼图,在Windows XP操作系统的微机上运行.在雷达资料质量控制的基础上,完成省或区域中心的新一代天气雷达基数据组网,实时提供经纬度、海拔高度网格的回波强度资料,并生成部分产品,为中小尺度天气分析、临近预报、人工影响天气、水文等应用奠定基础.     

新一代天气雷达基数据管理与个例整编系统设计

针对目前短临预报业务及科研需求,开发了新一代天气雷达基数据管理与个例整编应用系统。该系统采用VC++60 编程语言和MSSQL Server 2008数据库开发技术对不同历史个例资料建立了相应的数据库,对基数据文件采取压缩后直接入库的方式,实现了省、市、县级天气预报人员、气象服务人员、人工影响天气业务人员和科研人员对基数据的实时高效查询和下载。系统提供了不同检索条件的查询与个例资料的实时查阅和实时、历史基数据和个例信息的下载功能。为各级天气预报人员更有效地开展短临预报业务提供了便捷,也为其他科研业务人员提供了详细和全面的观测数据支撑。投入业务运行一年来,效果良好,可以进一步推广应用。     

新一代天气雷达资料的共享

凭借现有的2M业务宽带和Internet网络，建立一个各市、县局雷达资料共享平台，实现了广西各市气象局和桂林市各县气象局都能够实时调用桂林雷达产品。     

常规天气雷达数字化组网软件设计

本文提出一种常规天气雷达数字化组网拼图的软件设计思想,包括单部雷达的数据格式、雷达局地直角坐标向地图直角坐标的变换以及准实时组网软件建立原则和结构流程。并介绍在IBM PC/XT微处理机上初步建立的华东雷达网模型。     

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。     

利用MATLAB实现CINRAD/CC雷达回波三维显示

基于MATLAB对CINRAD/CC雷达基数据文件进行读取和解析,并利用Matlab的图像处理技术对雷达产品进行三维图形的建模和着色,将不同仰角、不同类别的雷达产品形成以三维坐标表示的图像像素集合,实现了CINRAD/CC多普勒天气雷达反射率因子、径向速度、谱宽等产品的三维显示。三维显示的雷达回波产品可通过旋转控制任意改变视角,可以方便、直观地充分观察各仰角层次、各方位角度雷达回波的细节和空间分布情况,便于快捷、直观地了解回波的三维结构特征。     

多波段天气雷达测试集成系统设计与实现

采用USB3.0集线器与合成仪器、高度集成射频收发硬件,并与开放式可扩展软件相结合,实现对S波段、C波段、X波段天气雷达自动测试。系统软件采用分层模式构架,将测试流程与业务模型相融合,实现了标准化、自动化的测试。通过对发射机输出脉冲包络和极限改善因子测量的对比,集成平台测试精度更高,不需人工记录和计算,对雷达性能的判断更为精准,解决了单一雷达系统测试平台和保障平台的局限性,提高了对全国多波段天气雷达系统的测试效率和敏捷性。     

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。     

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。     

CINRAD/SA Build 10新一代天气雷达软件系统的开发研制

CINRAD/SA雷达软件系统第10版（CINRAD Build 10）是北京敏视达公司为CINRAD/SA雷达系统开发研制的最新版软件系统.CINRAD Build 10软件系统对CINRAD Build 7软件系统进行了全面升级改造,CINRADBuild 7软件系统的缺陷错误得到改进,功能得到增强,特别是数据处理和气象产品生成算法全面更新为NEXRADBuild 10算法.CINRAD Build 10软件系统,无论是稳定性,还是生成气象产品的质量,以及软件的系统功能和易用性都有很大提高.     

地理信息系统(GIS)在新一代天气雷达选址中的应用

介绍了采用地理信息系统获取雷达遮挡数据方法，并与“多普勒天气雷达候选站址净空条件客观分析软件”相配合，使选站址的工作进度更快更好。     

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。     

基于LabVIEW的新一代天气雷达测试与故障诊断系统设计

为保障雷达的正常运行,确保国家投资项目能够在雷达生命周期20年的时间内取得预期的效益,研发了新一代天气雷达测试与故障诊断系统.系统开发主要包括硬件测试平台的建立和软件控制应用程序的开发.前者要求建立一套完整的性能指标测试平台,后者要求开发出功能完备的测试程序,能够准确快速地控制仪器、仪表和测试设备,并实现测试数据的快速分析处理、存储和显示.通过实际雷达测试探讨该系统的可用性和可靠性.     

新一代天气雷达产品共享平台的设计与实现

为将新一代天气雷达产品自动、实时传输到各级气象部门,根据辽宁已有的雷达产品显示终端和通信条件,依托省—市—县的2 M数字电路,采用FTP协议,建立新一代天气雷达资料全省共享平台,实现了雷达产品信息资料的共享。