基于太阳能无人艇的海洋气象观测系统及其初步试验

中国沿海地区以及濒临海域经常发生多种灾害性天气,包括大风、暴雨、大雾和海上强对流天气等,原位探测资料的缺乏极大影响了这些天气生消演变规律的深入研究以及预报准确性的提高.为了实现海上自动部署、机动安全和实时的多要素原位探测,研发了一种基于太阳能无人艇的海洋气象水文探测系统,工程样机命名为MWO-Ⅰ(Marine Weat...     

基于采样分布式估计器的多无人艇轨迹跟踪控制

提出了一种级联控制算法解决多无人艇（USVs）系统的分布式轨迹跟踪问题.这种控制算法可以分为两层：第一层是基于采样信息的分布式估计器,主要用于估计领航者的期望轨迹;第二层是每个无人艇的本地控制器,主要是结合滑模控制与神经网络径向基函数,在系统具有欠驱动、参数不确定性和扰动等因素的情况下,使其状态跟踪期望轨迹的本地估计值.为了求解上述跟踪控制问题,基于李雅普诺夫理论与级联系统理论,推导得到了所有无人艇位置状态收敛到期望轨迹的充分条件,并通过仿真结果验证了所提出控制方法的有效性与正确性.     

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。     

江西省数字化雷达回波拼图技术方法的研究

介绍了江西省数字化雷达回波拼图的技术方法。该方法主要包括回波资料的预处理、拼图投影处理。它具有资料同一性、准确性好、方便灵活、适合业务使用等特点。     

雷达远程视频监控系统及故障处理

2007年5月,陕西省新一代天气雷达远程视频监控系统建成。系统可实时监控榆林、延安、西安、汉中、安康、宝鸡（因故暂缓建设）6个雷达站和华山、定边、长武、陇县、略阳等5个气象观测指标站。省大气探测技术保障中心技术人员通过系统实现与上述台站人员音频、     

WSR-81S数字化雷达对暴雨监测的分析研究

利用武汉WSR-81S数字化雷达回波资料结合卫星云图和地面中尺度观测资料,分析了1987～1994年4～9月份发生在雷达有效探测范围内的所有暴雨过程。揭示了云图上不同种类暴雨云团下的数字化雷达回波模式。根据暴雨雷达回波和地面中尺度系统的统计事实,分析了数字化雷达回波的动态运动与地面中尺度系统活动的关系。     

特大暴风雪动力结构的雷达探测研究

利用牡丹江多普勒天气雷达观测资料对2007年3月4—5日黑龙江省东部地区一次罕见特大暴风雪的雷达回波动力结构特征进行分析。结果表明：高低空急流、风切变、冷暖平流在特大暴风雪过程中特征明显;偏南气流和冷性的东北气流构成的中尺度辐合切变线和西南急流的位置变化对降雪天气的演变过程有重要指示意义;雷达回波反射率因子在15～27dBZ之间,回波面积广,顶高在6km左右,冷暖平流明显,径向速度大,出现＂牛眼＂、速度模糊等现象,可作为暴风雪临近预报的着眼点     

具有时变时滞的数据采样无人船舵减摇系统稳定性分析

本文研究了基于数据采样的无人船舵减摇闭环控制系统的稳定性.考虑到采样过程存在延迟现象,引用动态时滞区间的方法,构造相应的Lyapunov-Krasovskii泛函（LKF）.此方法将固定时滞区间扩展成为动态时滞区间,不仅放宽了时滞区间上界和下界的限制,还能同时获得基于线性矩阵不等式（LMI）的更小保守性的相关稳定性判据.最终可以获得一个更宽松的标准来分析基于数据采样的无人船舵减摇闭环控制系统的稳定性.最后,举例说明了所提出方法的有效性.     

TRMM星载测雨雷达和地基雷达反射率因子数据的三维融合

TRMM卫星上的测雨雷达(TRMMPR)探测资料分布均匀且具有很高的垂直分辨率,但灵敏度较低;地基雷达(GR)水平分辨率较高且具有较高的灵敏度,但其垂直分辨率低。通过将TRMM PR与GR反射率因子数据的三维数据融合,得到了更优的反射率因子图像。测雨雷达与地基雷达三维数据融合主要分为以下几步:测雨雷达与地基雷达数据预处理——如去杂波、衰减校正;测雨雷达与地基雷达时空匹配;选取和应用合适的三维图像融合算法;对融合后的图像进行效果评估。试验结果表明:融合后的图像不仅增大了信息量,更好地检测弱降水,还提高了空间三维(3D)分辨率,能更好地反映降水区域细节,且使得数据总体上具有更高的完整性和可靠性。此外,还将基于雷达资料估测的降水数据与地面雨量计数据进行对比,估计反射率因子数据融合在降水测量上的有效性。      

结合毫米波雷达提取降水条件下风廓线雷达大气垂直速度的研究

风廓线雷达主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用,在晴空条件下对大气风场等进行探测。在降水天气下,风廓线雷达能同时接收到大气湍流回波和雨滴的散射回波信号,其探测到的回波功率谱中降水信号谱和大气湍流信号谱叠加在一起,使得大气的运动被雨滴的运动信息所掩盖,给后续的大气风场反演带来误差。而毫米波云雷达在降水天气下仅能探测到云雨粒子的回波而无法探测到大气湍流回波,基于这一差异结合毫米波云雷达资料对风廓线雷达功率谱数据进行订正,剔除其中的降水回波信息,进而获取正确的大气运动垂直速度。通过一次典型弱降水天气过程的雷达资料对该方法进行了可行性验证,并将计算得出的大气垂直速度与传统双峰法提取的大气运动垂直速度及原始风廓线雷达垂直速度进行了对比分析,显示在弱降水天气下该方法能有效消除降水对风廓线雷达垂直速度测量的影响,提高弱降水天气下测速准确率,并且在湍流谱极其微弱的情况下该方法也能准确地获取到大气运动垂直速度信息。但是云雷达回波在降水时会有衰减,虽然是弱降水也会导致在高层距离库上的订正效果变差,故目前只适用于弱降水时低距库处的降水订正。      

深圳S波段与X波段双偏振雷达在定量降水估计中的应用

双偏振多普勒天气雷达的一个重要应用是进行定量降水估计（QPE）,它可以获得反射率（Z_H）、差分反射率（Z_DR）和差传播相移率（K_dp）这些与降水粒子有关的信息,常用的双偏振雷达降水估计方法有基于Z_H的R（Z_H）、基于Z_H和Z_DR的R（Z_H,Z_DR）、基于K_dp的R（K_dp）和基于K_dp与Z_DR的R（K_dp,Z_DR）这4种。文中利用深圳市S波段和X波段双偏振多普勒雷达探测资料,结合高精度地形数据和雨滴谱仪观测数据,设计了基于双偏振量的定量降水估计方法:首先利用地形数据和雷达地理信息,分析了雷达的遮挡状况,形成了这两部雷达的复合平面扫描仰角信息;随后利用雨滴谱仪观测资料,使用T矩阵方法统计得到了深圳地区的上述4种降水反演方法的参数;最后设计了混合降水反演方法,基于双偏振信号（即K_dp和Z_DR）的强弱,使用不同的降水反演方法进行定量降水估计。基于12个降水个例,利用各反演方法产生的定量降水估计结果与雨量计观测资料比较。结果表明,混合降水反演方法在降水反演的准确度和稳定性上均优于任何一种单一定量降水估计反演方法。基于文中介绍的定量降水估计方法,使用深圳S波段和X波段雷达产生了定量降水估计产品,并与深圳目前业务定量降水估计产品进行对比评估。结果表明,使用本方法产生的定量降水估计产品在准确度和稳定性上要优于目前的业务产品。此外,X波段雷达的定量降水估计产品性能要略高于S波段雷达的定量降水估计产品,这说明高时、空分辨率的X波段雷达可以提高定量降水估计精度。但由于雷达扫描平面内双偏振雷达对融化层和冰区的偏振量观测与降水的关系尚未明确,因此,本方法仅适用于雷达扫描平面内液态降水区。      

X波段双极化雷达在北京夏季降水估测中的应用

双偏振雷达的一个重要应用是进行定量降水估测(QPE),常用的双偏振雷达降水估测方法主要有基于反射率(Z_H)的R(Z_H)关系、基于Z_H和差分反射率(Z_DR)的R(Z_H, Z_DR)关系、基于差分传播相移率(K_dp)的R(K_dp)关系、基于K_dp和Z_DR的R(K_dp, Z_DR)关系四种。本文利用厦门X波段相控阵雷达组网试验的36个降水时段的小时降水资料,采用最优化处理法,对S波段双偏振雷达适用的四种降水估测方法分别进行优化,使其适用于X波段相控阵雷达,并将优化后估测方法的测雨效果与X波段雷达自带的定量降水估测产品(X-QPE)进行对比评估,结果表明：(1) 使用偏振参量K_dp的降水估测关系能够改善雷达的降水估测效果,R(K_dp)、R(K_dp, Z_DR)的测雨效果相对于R(Z_H)、R(Z_H, Z_DR)有明显提升。其中R(K_dp, Z_DR)在降水估测的误差以及稳定性方面表现最优,其效果优于X-QPE。(2) R(K_dp, Z_DR)对于稳定性以及混合性降水的估测效果略差于X-QPE,对于大雨量级的降水效果略差于R(Z_H),但对于暴雨量级的降水、对流性质的降水以及深对流降水,R(K_dp, Z_DR)测雨效果的提升非常显著。

     

旋翼无人机盐城试验观测资料分析及其在一次浓雾天气观测中的应用

2018年3月28—30日、6月20—26日和9月5—13日在江苏省盐城市射阳站开展了旋翼无人机大气边界层垂直结构观测试验,并与L波段雷达探空资料进行对比,验证无人机观测资料精度。结果表明无人机观测的温度、相对湿度、风向、风速廓线与探空观测资料具有较好的一致性。二者温度、相对湿度的相关系数均为0.98,温度绝对偏差为0.57℃,相对湿度绝对偏差为4.25%,风向相关系数为0.98,绝对偏差为11.5°,二者风速的相关系数为0.91,绝对偏差为1.88 m·s~(-1),且无人机探测的风速为对应高度上的瞬时风速,可以更好地反映出边界层内风速细节变化特征。试验期间,无人机观测到一次夏季浓雾过程边界层结构细致变化特征,其观测的雾的边界层结构特征和宏观特征与探空观测基本一致。验证结果表明无人机在边界层气象观测中具有很好的应用前景。     

合成孔径雷达森林资源监测技术研究综述

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）技术凭借其全天时、全天候的成像能力以及对森林垂直结构信息敏感的特点,在森林资源监测中具有独特的优势,已成为当前森林资源遥感调查技术的研究热点.本文首先介绍了SAR森林资源监测技术的发展背景、发展轨迹和相关知识;然后,重点阐述了极化SAR、干涉SAR、极化干涉SAR和层析SAR在林地覆盖类型分类、变化检测以及森林参数定量化估测应用中的技术方法;最后,就SAR在森林资源监测研究和应用中存在的问题与发展趋势进行了总结与展望.     

CINRAD/S RDA定标常见问题分析

结合中国新一代天气雷达S波段A、B型和C波段B型（CINRAD/SA、SB、CB）的雷达数据采集(RDA: Radar Data Acquisition)部分的报警信息、性能参数、适配数据、接收机和发射机的电路框图及对雷达设备的维修经验,系统地分析了CINRAD/SA、SB和CB的RDA定标和检查中可能出现的各种报警并给出对策。分析中广泛征求了资深专家们的建议、查阅了源程序,甚至不惜临时改变某个最小可替换单元的适配参数或工作状态等手段,通过改变RDA中的雷达性能参数使产生对应报警信息来验证分析结论。旨在为各级雷达设备技术保障人员在RDA的设备维护中提供参考指南。     

大同市一次暴雪天气过程多普勒雷达速度特征

利用高空、地面环流形势图、欧洲数值预报产品和大同地区C波段单多普勒雷达产品中的反射率因子、径向速度和VWP产品,对2009年 11月9-10日发生在大同地区的大到暴雪天气过程进行综合分析。结果表明：地面回流和高低空急流是产生强降雪的主要原因;较大降雪回波与连续性降雨回波存在相同特点;利用大面积降水的多普勒雷达PPI径向速度零线的朝向、正负速度面积和径向速度值的大小定性判断辐合辐散图像特征与根据零速度线的弯曲程度、一定距离圈上零速度点与雷达中心连线夹角计算出的辐散值相比较,表明两种方法具有很好的一致性,可以在实际工作中对辐合、辐散快速判断。由重新处理雷达原始资料求得每30 min的雷达风廓线资料,可以清楚地展示强降雪的风场的垂直结构及其变化特点,直观地反映出降水过程中的风场变化特征。     

风暴单体识别与跟踪(SCIT)算法评估

利用兴义新一代多普勒天气雷达复合体扫资料及WSR-88D提供的风暴单体识别与跟踪(SCIT)算法对2007-2008年发生在贵州省黔西南地区的40次天气过程个例进行验证、分析,分别从单体识别、单体跟踪评估、单体位置预报、单体算法评估效果与季节关系分析、单体算法评估效果与距离关系分析、冰雹暴雨评估对比分析6个方面进行评估、分析。在充分考虑了当地地理环境、气候背景的前提下对算法评估不太理想的情况进行了误差分析,并进行了算法补偿,提出了解决的办法,一是降低识别阈值,将SCIT的7个反射率阈值降低一个等级,二是提取反射率因子垂直梯度,用上述两个改进方法对2007-2008年的40次天气过程重新进行评估,并与算法改进前的评估效果进行对比检验,结果表明,算法改进后评估效果有所提高。