X波段气象雷达回波强度的衰减订正

用KZS算法(地物回波)做标准来实现X波段气象雷达回波的微波衰减订正.首先对晴空地物回波进行多次采样,表明地物回波强度具有较好的稳定性.然后对业务性X波段气象雷达回波强度衰减订正进行观测,同时把订正后的回波与采用经验公式进行衰减订正的雷达回波强度进行比较,结果表明地物回波衰减订正法对X波段气象雷达衰减订正是可行的.     

C、X波段双线偏振多普勒雷达资料质量分析

双线偏振多普勒雷达是探测和研究降水粒子相态结构的一种有效手段并且已经取得了较多的研究成果.但是对于一部特定雷达来说,要进行资料分析和预处理以及评价其探测性能仍然比较困难.以国家灾害天气重点实验室的C波段双线偏振雷达及北京市气象局的X波段双线偏振雷达观测的一次降水过程资料为例,在保证资料的可信度的基础上统计分析双线偏振资料中的差分反射率因子ZDR、水平和垂直信号相关系数ρHV与信噪比SNR的关系.研究发现:差分反射率因子ZDR在信噪比小于20dB时受系统误差影响较大,水平和垂直信号相关系数ρHV.在信噪比小于20dB时资料变得不可信,并根据系统误差订正方法对原始资料ZDR进行订正,通过订正后的ZDR资料能够较好地反映实际情况,同时通过拟合得到的KDP与实际情况也相吻合,结果达到定量估测降水、相态识别精度的要求.     

相控阵天气雷达探测性能分析

为检验新型C波段相控阵天气雷达进行探测性能,根据外场试验数据,分析了雷达探测主要参数对相控阵天气雷达探测效果的影响,探讨了相控阵天气雷达与多普勒天气雷达回波数据存在的差异。结果表明:相控阵天气雷达低层仰角采用Split cut方案进行探测,可改善探测能力和径向速度模糊的问题。晴空条件下,增加相控阵雷达脉冲宽度、脉冲积累数,降低天线转速可以明显提高弱回波数据采样质量。相控阵天气雷达整体探测采样率不及多普勒雷达,对弱回波探测能力不佳,其主要采样数据集中在中值和大值区,弱回波区采样数较少,需改进相控阵天气雷达弱回波探测的能力。     

基于双线偏振多普勒雷达识别地物回波

地物回波的存在严重影响雷达数据质量,从而影响定量降水估测精度。双线偏振多普勒天气雷达在识别地物回波方面具有明显优势。分析了北京市气象局C波段双线偏振多普勒天气雷达探测到的降水回波和地物回波的特征,在刘黎平的模糊逻辑算法基础上选择容易区分降水回波和地物回波的特征量,加入偏振参数构成偏振模糊逻辑算法。利用2012年的"7.21特大暴雨"个例对识别效果进行分析,并与常规模糊逻辑算法识别效果对比。结果表明,加入偏振参数的模糊逻辑算法能有效识别地物回波,对地物回波识别效果有明显改善,并有效解决了过度识别零速度降水区的问题。     

双偏振雷达差分传播相移的五种滤波方法对比分析

为了对双线偏振雷达的差分传播相移ΦDP进行滤波降噪处理,提高双线偏振雷达识别粒子、估测降水的能力。通过对C波段双线偏振雷达差分传播相移分别采用滑动平均、中值滤波、FIR滤波、卡尔曼滤波和小波分析5种不同方法地介绍,利用中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室移动式C波段双线偏振雷达(POLC)2013年外场试验观测资料,对比分析了经5种方法处理后的差分传播相移ΦDP径向数据,及其分别在降水估测中应用的效果。结果表明:采用FIR滤波方法、卡尔曼滤波方法和小波分析方法对ΦDP径向数据进行处理的效果比传统的滑动平均和中值滤波方法好;其中小波分析处理的ΦDP径向数据波动最小,再经过变距离法拟合的KDP数据的负值能够得到最有效地抑制,最后应用到R(KDP)降水估测中的精度最高。     

风廓线雷达极低信噪比信号的小波方法提取

风廓线雷达回波信号中包含的噪声不仅降低信号的质量,而且还严重影响各种相关处理算法的有效性,甚至影响雷达本身的探测能力。因此,提出高效稳健的信号提取方法对于风廓线雷达数据的有效应用起着非常重要的作用。针对风廓线雷达回波信号非常微弱导致有用信息提取困难的问题,对比分析现有3种小波滤波方法,提出一种基于连续回波相关的空域相关新算法。利用MATLAB软件进行风廓线雷达信号降噪提取的仿真实验,结果证明改进后的方法优于原空域相关滤波方法和经典风廓线雷达信号处理方法,并取得较好的去噪效果。     

成都地区双极化雷达的云雨观测

X波段双极化雷达的外场观测较少见 ,用成都市人工防雹降雨办公室 1999年 8、9两月双极化雷达的降水资料 ,对成都地区的对流云和层状云降水进行了水平剖面和垂直剖面的散射图分析 ,结果表明X波段Zh Zdr平面散射图与C波段和S波段的散射图类似 ;在 0度层上下的散射图变化清楚地反映了云中粒子的态相变化 ,这将为人工影响天气的科学作业和效果检验提供新的依据。     

毫米波云雷达反演层云微物理参数的个例试验

为了研究层状云微物理性质,了解层云粒子分布特征,通过毫米波雷达收集的功率谱数据估算层状云中的空气湍流谱宽值,并利用雷达回波强度、多普勒速度、速度谱宽及湍流谱宽值得到层状云微物理参数反演公式。将反演得到的反射率谱与毫米波雷达实测反射率谱进行对比,发现反演的反射率谱与雷达实测反射率谱比较类似,结果验证了反演方法的合理性。研究结果表明,层云反演方法能够比较准确的反演层云微物理参数,反演结果对了解层状云微物理性质与分布特征具有一定的参考意义。     

福州SA雷达新观测模式结果对比及海浪回波识别

福州SA雷达经过调整常规观测模式采用超低仰角进行扫描,这样可以改进常规观测模式的不足,如远距离和底层探测能力、台风预警预报等,但也易受海浪回波等非气象回波的影响。这些非气象回波会对雷达定量估测降水及其他产品造成污染,所以必须进行自动识别、剔除。分别对超低仰角与常规观测模式仰角下收集到的海浪回波做特征统计分析对比,并利用常规观测模式下的海浪回披识别算法对超低仰角层下观测的海浪回波进行识别。通过特征统计分析及识别结果表明：海浪回波算法识别参数（TDBZ、SPIN、TVDBZ、MDVE）统计特征均无太大变化,利用常规模式下海浪回波识别算法能很好地识别超低仰角下的海浪回波。通过上述验证分析得出：利用常规观测模式下的海浪回波识别算法应用在超低仰角下进行识别是可行的。     

基于深度学习的高时空分辨率降水临近预报方法

降水临近预报在强对流天气监测预警中具有重要地位,对于防灾减灾至关重要。在气象业务中,主要采用雷达回波外推方法解决高时空分辨率的临近预报问题。针对传统雷达回波外推方法中普遍存在的资料信息利用率不足和预报准确率低的问题,利用上海地区多年的高时空分辨率天气雷达探测资料,基于数据驱动的深度学习方法进行雷达回波外推,提出了一种新的降水临近预报模型——SwinAt-UNet模型。该预报模型通过融合UNet模型和Swin Transformer结构捕捉历史天气雷达探测资料中的短期和长期动态变化特征,可以自适应地学习潜在的雷达回波生消演变规律。此外,为提高模型的泛化能力和预报准确率,引入深度可分离卷积和卷积块注意力模块。结果表明：在不同基本反射率阈值下,SwinAt-UNet模型的预报准确率均高于UNet、SmaAt-UNet、TransUNet和AA-TransUNet模型;在45 dBZ的基本反射率阈值下,SwinAt-UNet模型临界成功指数提高了13%,同时在预报时效上具有一定的优越性;SwinAt-UNet模型外推图像具有更加清晰的边缘和细节性纹理,对降水范围、移动方向和强度变化的预测更为准...     

相邻新一代天气雷达回波强度误差分析

对相邻天气雷达同一覆盖区域回波强度误差分析,旨在提高三维拼图软件的准确率。利用广东省6部天气雷达北京时2008年6月6日12~14时的原始资料,以广州雷达为基准,分别与深圳,阳江,韶关,梅州,汕头5部雷达进行对比分析,采用了对应点对比法和线性插值算法,直接对两部雷达基数据处理,对比分析同一时间,同一位置的S波段的PPI回波强度资料,分析结果表明:两部雷达在同一覆盖区域具有较好的一致性,相同区域内回波强度差值平均在不同时刻变化很小,验证了此方法分析覆盖区域内回波强度对比的有效性。实验结果表明:按此算法选取作为对比标准的广州雷达平均回波强度值略高。     

雷达资料在雷电临近预警中的应用研究

为了寻求济南地区地闪发生的临近预警指标,综合利用多普勒雷达资料、闪电定位和探空资料,对2009年7~8月和2010年6月距离齐河雷达站200km范围内的41个对流云团进行统计分析,重点是统计分析了闪电发生前的雷达回波参量特征值。初步的研究结果表明:对于该地区单独使用雷达反射率而言,最好的预警指标是在-10℃高度上出现40dBz的反射率阈值,使用这种方法的预警准确率是96%、虚警率是14%、临界成功指数是83%、平均预警时间是21min。在考虑雷达反射率的基础上再考虑最大回波顶高(≥10km)和垂直液态水含量(≥8.5kg.m-2)预警指标时,能有效降低虚假报警率和提高临界成功指数,此时选取的雷达反射率指标是在-20℃高度上出现25dBz的反射率阈值。     

基于压缩感知的气象雷达回波压缩采样与重建

由于Nyquist采样定理的限制,高分辨率气象雷达面临采样率过高、数据存储量过大等问题。压缩感知理论可以实现气象雷达信号的压缩采样,解决采样率过高等问题。基于压缩感知理论,分析了气象雷达回波信号的稀疏性,建立了气象雷达回波信号的压缩采样和重建的过程,并结合气象雷达实测的回波数据进行仿真。仿真结果表明,0.3倍采样率下的重建回波与原始回波存在较大误差,0.5倍采样率时误差明显降低,0.7倍采样率时则可高概率重建出原始回波。因此,将压缩感知理论应用于高分辨率气象雷达的信号处理中,可以实现在较低采样率下高概率重建原始回波信号。     

ADWR-X型多普勒天气雷达批处理模式地物杂波抑制的研究

以ADWR—X型雷达为背景,重点研究低仰角批处理模式抑制地物杂波的信号处理,比较得出在实际探测环境下批处理模式应用地物杂波滤波的效果优越于低仰角警戒模式和低仰角多普勒模式下的滤波效果,实际应用表明：方法运用到ADWR—X型雷达能实现低仰角批处理模式地物杂波滤波,滤波器对地物杂波的抑制能力达到30—50dB,滤波器对天气回波的衰减小于6dB,每个体扫节约2个cut的时间,约60s。     

基于不变矩理论的雷达回波图中超级单体识别

根据超级单体在反射率因子图中的强度信息、水平尺度、典型的钩状回波等特征,利用图像处理技术对多普勒天气雷达回波图中超级单体进行识别,从而更好地为天气预报服务.首先通过图像分割获取灰度图中超级单体的结构,然后结合轮廓跟踪法和贴标签的方法对目标进行区域分割,获取目标存在区域,最后基于不变矩具有对位移、尺度和旋转变换的不变性对目标进行识别.仿真结果表明该方案可行且具有良好的识别性能.     

使用模糊逻辑法区分层状云和对流云降水

多普勒天气雷达已广泛应用于定量降水的估测,为了提高雷达降水估计的精度,要求能够识别层状云和对流云降水.使用模糊逻辑法区分区域中的层状云和对流云降水.根据层状云和对流云降水的反射率分布特征,建立了最大反射率因子、回波顶高、垂直反射率梯度和水平反射率梯度4个识别参数,读取雷达资料并计算出这些识别参数,使用梯形隶属函数对识别参数进行模糊化,对得到的数据进行加权平均处理,选择一个合适的阈值区分层状云和对流云降水.结合实际的天气实例,对该方法的识别效果进行检验,结果表明：模糊逻辑法能够有效的区分降水区域中的层状云和对流云降水,为改善降水估测提供了方法和依据.     

最优插值校准法定量估测降水及效果分析

天气雷达可以监测大范围降水以及降水分布情况,但是由于雷达估测的是离地面某一高度处的降水,会造成降水估算的误差。地面雨量站测量的是地面上某个点累计的雨量,单点精度较高,但往往漏掉强降水,暴雨中心。结合两者的优点,研究了雷达和雨量计联合估测降水方法中的最优插值校准法,并和Z—I关系估测的降水结果进行了对比分析。在此基础上还比较了不同雷达初值场对降水精度的影响。结果表明,最优插值校准法定量估测降水可以提高雷达估算降水的精度,同时雷达初值场的代表性好坏直接关系到降水估测的效果。     

四川凉山平川镇“7.14”泥石流灾害的气象成因

以盐源县的泥石流发生为例,研究了凉山地区出现局地强降雨引发的中型泥石流灾害的气象成因。运用天气学方法,使用NCEP再分析资料以及卫星云图和雷达回波等遥感资料,从环流形势、强对流不稳定、卫星云图和雷达回波图像演变特征,研究了台风登陆时凉山地区强降雨引起泥石流灾害形成的气象成因,并讨论了应用多普勒雷达回波对局地强降水及泥石流灾害短时临近监测和预报预警的思路。