S波段多普勒天气雷达旁瓣回波的特征分析

通过对2002～2005年S波段多普勒天气雷达上旁瓣回波的分析,描述了其在基本反射率因子、径向速度、速度谱宽PPI图及反射率因子和径向速度垂直剖面图上的形态特征.在7次强对流事件的19个雹暴云中发现有6次强对流事件10个雹暴云共产生旁瓣回波110次(基于反射率因子仰角产品的统计).统计结果表明:形成旁瓣回波最小反射率因子强度为60 dBz,97.3%的旁瓣回波出现在反射率因子强度≥63 dBz时,旁瓣回波出现在50～100 km距离段内的机率最大;旁瓣回波出现的最大高度为11 km,最低高度是1 km,97.3%的旁瓣回波出现在1～9 km高度之间,69.1%的旁瓣回波出现在3～6 km高度之间,以4～5 km高度出现次数最多,然后向上、向下减少.据灾情调查报告分析,强降雹发生在旁瓣回波首次出现后的0～42 min内,表明旁瓣回波对强降雹具有一定的临近预警作用.     

湘西北地区强冰雹的多普勒天气雷达旁瓣回波统计分析

为准确应用旁瓣回波作强冰雹预警,对湘西北地区5次强冰雹过程中9个风暴单体被观测到的159次旁瓣回波样本进行统计分析,并系统总结旁瓣回波的雷达产品图像特征和探讨影响旁瓣回波观测的主要原因,深入研究旁瓣回波随强度与空间的分布特征。结果表明:⑴产生旁瓣回波的风暴核最小反射率因子强度为60 d Bz,其强度是能否产生旁瓣回波的决定因素,强度越强,越易产生旁瓣回波且特征越明显,旁瓣回波的面积与60 dBz以上的风暴核面积和强度成正比,旁瓣回波中心强度、最大值强度与相应的风暴核最大值强度相关性分别可达0.86和0.92。(2)旁瓣回波在高度4 km左右、仰角3.4°、距离75 km左右出现频次达到峰值,风暴核回波强度的垂直分布特点是造成这种分布特征的主要影响因素。(3)旁瓣回波在270°—360°方位区间出现频次最多,具有明显的方位分布特点,强风暴单体的生成源地及其路径决定旁瓣回波的方位分布。(4)旁瓣回波分布在风暴核切向方向梯度大值区一侧,另一侧由于存在真实回波,导致旁瓣回波特征被真实回波覆盖而不易被观测到。(5)旁瓣回波特征可以作为S波段天气雷达强冰雹预报预警的充分条件。     

多普勒雷达对一次阵风锋的三维结构研究

通过对济南地区一次春季阵风锋的多普勒雷达资料分析,反演出典型的密度流外流边界(阵风锋)的特征,在雷达回波图上表现为一条狭窄的弧状强回波带,强回波带的后方再发展出宽大较弱的回波区.体扫的各仰角速度场显示出阵风锋合理的空间结构;在雷达回波上阵风锋的长度表现为低仰角长,高仰角短,而距离表现为低仰角远,高仰角近.速度垂直剖面上存在典型的中层径向辐合MARC,高度大约在2.5～7 km之间,反映出强对流存在明显的后方中层入流.随着仰角的增大,可以分析出阵风锋是近地面现象.     

一次对流性强降雨过程的雷达特征分析

采用新一代多普勒雷达探测资料和自动站雨量资料,针对2008年9月22~23日夜间四川省北川附近的强降雨天气过程,基于反射率因子、液态水含量、体扫雨量等资料,对四川盆地内对流性强降雨天气的雷达回波特征进行了深入分析,分析表明,①四川盆地内对流性强降雨天气的强风暴单体具有前倾、低质心、悬垂结构等特征,且引起强降雨的强对流风暴移动缓慢。②低仰角反射率因子强度与雨强有较好对应关系,2.4~6.0度仰角的回波强度越强,降雨强度也就越强,当2.4度仰角的回波强度超过50dbz时,将出现雨强>1mm/分钟的短时强降雨。③四川盆地内产生对流性强降雨的强对流风暴在其生消过程中有一个回波强度质心下移的过程,而当6.0度仰角的回波强度下降迅速时,降雨强度也相应地趋于减弱。④四川盆地内产生对流性强降雨的强对流风暴雷达回波特征有较明显的跃增现象,当低仰角的回波强度增率≥14dbz/体扫,垂直液态水含量增率≥10 kg/m2时,20~30分钟后强降雨产生,可作为短时强降雨预警指标。      

网上雷达回波经纬度定位系统的设计与建立

基于气象业务的需要,开发了网上雷达回波经纬度定位系统。该系统能够依托于网上雷达图像进行回波的定位,包括回波高度,回波相对雷达站的距离、方位角,相对炮点的距离、方位角、作业时的仰角。可以为人影作业时作业时机、打炮方向及仰角提供更精确信息,减少盲目性,提高增雨(防雹)作业效率。该系统用Visual C 编程,界面友好、直观,操作方便、快捷,具有很强的实用性。     

利用低仰角扫描改进高山雷达低层回波探测能力浅析

应用昆明高山新一代天气雷达探测大范围暴雨个例的0.仰角资料,与我国高山雷达目前采用最低仰角为0.5°扫描模式(VCP11或VCP21)的回波分布情况进行了对比分析.结果表明:在雷达警戒区域,0°较0.5°仰角能更早地发现过程的降水云系;0°或负仰角能明显提高高山雷达远距离回波探测效果;低仰角(文中指低于0.5°仰角)可弥补常规业务扫描模式下高山雷达探测低层回波能力不足的问题.对另一次文山雷达对冰雹过程的探测分析,可见低仰角扫描模式对强对流天气也能获得较好的低层探测效果.又通过实验获得云南另外4部高山雷达的0°仰角及负仰角睛空资料,分析了高山雷达晴空资料的0°及负仰角低层回波资料质量.发现受周围山脉影响,不同高山雷达最佳探测低仰角是不同的,实际业务工作中应根据当地地形的具体情况选取恰当的低仰角.     

毫米波测云雷达二次回波的回扩识别和距离旁瓣研究

毫米波测云雷达是一种重要的云遥感探测手段。为了获得大功率探测能力,本文所用云雷达使用了脉冲压缩技术和双脉冲技术,但也因此会出现二次假回波和距离旁瓣假回波。本文研究了假回波对云雨探测的负面影响,分析了产生二次回波的原理,设计了区域回扩法结合余弦相似度计算的二次回波定量识别算法。个例分析表明算法有较好的识别能力。本文还为定性判断距离旁瓣影响提供了一种简便可行的途径。研究结果可用于改善毫米波雷达的资料质量。     

新一代天气雷达负仰角探测能力分析

由于地球曲率的影响,当CINRAD.SA新一代天气雷达使用目前最低仰角同定为0.5°的模式探测时,探测肓区较大,对低层降水回波的探测能力严重不足.在实地展开试验的基础上,推导了负仰角探测时雷达最低探测高度计算公式,计算出仰角为0.5°、0°、-0.3°、-0.5°时不同探测距离上的雷达最低探测高度,对比分析不同仰角观测模式的主要雷达产品特点,探讨新一代天气雷达使用负仰角观测模式的局限性,提出了新一代天气雷达使用负仰角观测的建议.     

雷达虚假回波在一次强冰雹过程中的分析

本文应用多普勒雷达回波资料和常规天气资料,对2006年7月13日发生在太原市阳曲县一次强冰雹天气过程进行了分析。通过强度场与速度场和PPI资料作VCS分析,可见“三体散射”回波、旁瓣回波在PPI上体现的“尖端回波”,VCS图上高悬的强回波和旁瓣回波。将虚假回波作为识别冰雹云的指标,对临近预报、防雹预警服务有重要的指导意义。     

"2003.6.2"十堰强对流天气雷达回波和数值模拟分析

利用714C天气雷达回波和数值模拟资料,结合其它天气资料,分析了2003年6月2日发生在十堰境内的强对流天气过程。结果表明,此次强对流天气过程是在有利的大尺度天气形势背景下,由复杂地形触发出初始单体并发展为多单体强风暴产生冰雹和大风天气,雷达回波特征明显。风暴回波强度强,回波结构紧密,顶部有旁瓣假回波,低层存在弱回波区（WER）,环境风的垂直切变较强。中β低涡的产生为强对流天气的产生和维持发挥了重要作用。     

高空探测中探空气球的不正常跟踪

为提高高空探测业务质量,解决高空探测业务中出现的雷达异常跟踪问题,结合工作经验,对由于雷达性能、频率偏移、电磁干扰、仰角过低等因素所引起的丢球以及旁瓣跟踪等异常现象进行了分析,提出了一套应用饱和信号原理进行抓球的特殊方法,并归纳了雷达精度检查、电池正确浸泡等工作中的改进方法,在实际工作中取得了较好的效果.     

长沙机场阵列天气雷达地物识别算法

地物杂波是影响雷达产品准确性的重要因素。该文提出了一种改进的基于模糊逻辑的阵列天气雷达地物识别算法。在Kessinger模糊逻辑基础上,加入回波强度时间变化量（time variability of reflectivity factor,T_VR）参数,利用收集到的雷达数据统计出各输入参数的概率分布,确定隶属函数;分析T_VR参数对地物识别算法的贡献,并在不同天气情况下进行识别算法有效性验证。试验结果表明:加入T_VR参数,长沙机场阵列天气雷达地物识别准确率最大可提高4%,降水识别误判率最多可降低2%。该文提出的地物杂波识别算法,无降水时,地物识别准确率达96%;有降水时,地物识别准确率达92%;降水回波误判为地物杂波的误判率约为10%,能较好地区分降水回波和地物杂波。     

相控阵天气雷达波束特性

为了缩短雷达的探测周期, 相控阵天气雷达必须采用宽波束发射, 多波束接收。该文在天线口径为均匀分布和非均匀分布情况下讨论了相位扫描天线的方向图, 对波束特性进行分析, 提出采用非均匀划分子空间方法可对相位扫描天线带来的波束展宽效应和增益减小进行补偿, 并模拟设计了一个相控阵天气雷达天线方案, 给出宽波束和多个窄波束方向图及波束参数。结果表明:海明加权方法可使副瓣电平降低到-25 dB, 能基本满足天气探测需求; 采用非均匀划分子空间能够对波束宽度和天线增益进行补偿; 文中所设计的天线方案不仅能够缩短雷达的探测周期, 还能充分利用雷达的照射能量。     

风廓线雷达天线阵面不平整度对探测性能影响分析

根据雷达气象方程,分析了影响风廓线雷达探测高度的因素;建立了风廓线雷达相控阵天线阵面不平整度对天线方向图影响的数学模型。通过仿真实验,给出了在垂直波束和偏离天顶15°的倾斜波束下天线增益和旁瓣电平随阵面不平整度的变化结果。仿真结果表明,风廓线雷达天线增益随阵面不平整度的增大而减小,近似呈指数规律变化;天线旁瓣电平总体上随阵面不平整度的增大而抬升。工程设计人员可以在风廓线雷达探测高度变化允许的范围内,同时考虑目前国内风廓线雷达天线结构设计、工艺制造水平和安装精度,对天线阵面不平整度提出合理的技术指标要求。     

基于GNSS差分定位的天气雷达坐标精确定位研究

天气雷达天线馈源的精确定位关系到雷达数据的精确使用和天气雷达全网拼图的使用效果.目前,国内新一代天气雷达天线馈源坐标基本都是使用GNSS(GLobal Navigation Satellite System)系统中的美国GPS(Global Position System)系统接收机,在雷达塔楼楼顶单点瞬时定位测量得到的,误差一般大于30 m.为了提高定位精度,将GPS精确定位技术与全站仪测量相对高度结合起来,提出了一种测量天气雷达的馈源坐标的方法,可使天线馈源的海拔高度测量精度达到10 m以内.使用这种方法对北京市气象局S波段新一代天气雷达天线馈源坐标进行了实地测量,精度达到设计要求.     

Improved Algorithms for Removing Isolated Non-Meteorological Echoes and Ground Clutters in CINRAD

Using China New Generation Weather Radar (CINRAD) level-II data, the original algorithms for removing isolated non-meteorological echoes and ground clutters in radar data, which have been applied to Weather Surveillance Radar-1988 Doppler (WSR-88D) in the USA and Severe Weather Automatic Nowcast (SWAN) system in China, are modified and improved. To remove isolated non-meteorological echoes, the new algorithm introduces a constraint parameter (P_o) to distinguish whether a window of 5 × 5 points is isolated as external echoes. A statistical analysis of 150 radar scans (5 cases, with each case comprising 30 scans) under three different echo types (small-scale convection, typhoon, and large-scale synoptic system) shows that the constraint parameter P_o ? 0.167 is suitable for removing isolated non-meteorological echoes while preserving the edge of meteorological echoes. A new parameter, NDZ, which promotes the ability of the algorithm to identify the ground clutters appearing at two adjacent elevation angles, is constructed based on the vertical continuity of reflectivity. These improved algorithms are tested for four cases (three cases of isolated non-meteorological echoes and one case of ground clutters). Based on the statistics of 232 volume scans of radar data (on a temporal resolution of 1 h) measured at Nanchang station from 0000 UTC 5 to 1600 UTC 14 March 2015, it is found that the improved algorithms not only eliminate most (over 95% under clear-sky conditions) of the isolated non-meteorological echoes and ground clutters (including those appearing at two adjacent elevation angles), but also well preserve the structure of meteorological echoes (storms). Key words: radar, isolated non-meteorological echoes, ground clutter, quality control     

Meteorological conditions in Windsor,Ontario during the passage of a ridge of high pressure

The construction of an acoustic echo Sounding unit composed of a shielded parabolic reflector type of antenna and a suitable receiving system is described. Echo soundings obtained at the antenna site at the University of Toronto in downtown Toronto are presented indicating that sound scattered from temperature fluctuations in the atmosphere up to 350 m above the antenna site can be detected, even during the high background noise levels associated with rush hour traffic.     

可见光通信中光学天线的研究

可见光通信作为一种结合了照明与通信的新型无线通信技术,近几年成为一个研究的热点.光学天线是可见光通信系统中的重要组成部分,在优化光能分布、提高接收功率、提升系统信噪比和通信质量方面起重要作用.目前国内外对于光学天线的研究可以分为发射天线和接收天线两个部分.发射天线一般与LED光学设计相结合,按照配光方式可以分为准直型、均匀照明型和聚焦型等类型.接收天线采用复合抛物面聚光器、菲涅尔透镜等光学元件作为光学接收前端,主要目的是提高接收信号的功率.本文介绍了近年来国内外光学天线的研究进展,评价并比较了各种类型光学天线的光学性能,并对光学天线的发展趋势做出了展望.