基于中值滤波和小波变换的天气雷达回波图像处理

本文提出了一种中值滤波和小波变换相结合的天气雷达回波图像处理方法,分别从目标回波的视觉角度和统计量的客观角度对处理后图像进行了分析。实验结果表明,本文算法实现了去除回波图像中高斯和脉冲混合噪声的目的,有效的保留了回波图像边缘细节,视觉效果好,层次感较为丰富,处理效果明显优于传统图像处理方法,为自动识别回波种类的研究提供了良好的基础。     

集合方根滤波同化多普勒雷达资料在一次飑线过程中的应用研究

针对2005年7月12日发生在山东省中西部地区的一次飑线天气过程,采用集合方根滤波方法开展基于WRF模式的多普勒雷达资料的同化应用试验,考察了此同化系统对实际雷达资料的同化效果。主要结论如下：（1）集合方根滤波同化系统能有效同化实际雷达资料,雷达资料的加入增加了模式的中小尺度信息,使分析场得到了显著改善,有效缩短了模式起转时间,改进了对地面降水的预报。（2）利用三次同化分析后的集合平均分析场进行的确定性预报表明,与控制试验相比,同化后分析场能更准确地预报飑线系统的微物理量场,预报的流场结构符合风暴的动力特征,动力场和热力场的分布与配置也基本合理。（3）集合平均分析场对飑线系统传播方向的预报与实况一致,但预报的系统传播速度较实况快,由于对流系统的非线性发展迅速,对系统的预报时效为5—6 h。     

无线扩频技术在汕头多普勒雷达资料传输中的应用

汕头多普勒天气雷达站于1995年底建成，1996年2月份投入业务使用。多普勒雷达站与汕头气象局本部隔海相望，直线距离约为11km。原来的资料传输方式是采用有线程控调拨，传输速率最高为9600bps，有时因线路质量差而使速度降至2400bps以下，甚至无法联网，还时常因线路中断而无法传输。多普勒雷达观测资料量极大，每水平扫描一圈，强度图和速度图的数据量都为724112字节，立体扫描一次4层的数据量已有2．SMB，12层达7．ZMB。9600bPS的速度远远不能满足传输如此大数据量的要求，而只能传送部分二次处理产品的压缩文件，这对于多普勒雷达资…     

CINRAD-SA/SB型新一代天气雷达故障快速定位方法

在信号流程故障诊断法的基础上,总结了调压器法、负载隔离法、负载代替法、功能软件测试法、回波显示异常判断法等5种新一代天气雷达(CINRAD-SA/SB)故障快速定位方法及其具体定位步骤.调压器法、负载隔离法和负载代替法则用于发射机故障的快速定位.功能软件测试法用于信号处理器、伺服故障快速定位,回波显示异常判断法用于接收机故障快速定位.通过两个应用个例,介绍了快速定位法的具体应用.     

714CD雷达资料在短时灾害天气预报中的应用

作者总结了１９９４－１９９６年７１４ＣＤ雷达观测资料在河南省短时生大灾害性天气预报中的应用。着重分析了多普勒速率场上的中尺度天气系统，图像特征以及与短时暴雨，强对流天气的对应，并归纳出短时预报技术流程。     

X波段双线偏振多普勒雷达共极化差分相移资料的滤波方法研究

为了提高X波段双线偏振多普勒雷达的共极化差分相移Ψ_C质量,利用714XDP-A型车载X波段双线偏振多普勒雷达在北京顺义的探测资料,构造了一个综合滤波方法。将其应用于滤波处理,得到结果:（1）综合小波去噪滤波方法在滤波处理及差分传播相移率K_DP的估算方面相较于中值滤波、综合滑动平均、综合卡尔曼滤波及综合有限脉冲响应（FIR）滤波都是最优秀的,其能较好地保留原始Ψ_C平均趋势及细节特征（偏差基本在±2°可信范围内,部分区域由于对原始Ψ_C细节特征的保留会略有超出）,避免探测误差零值对滤波产生的影响（误差零值订正值回归平均趋势水平,偏差在±2°可信范围内）,对原始Ψ_C距离廓线的平滑程度达到了94%~97%[平滑了超出±1.5° Gate-1（Gate表示雷达距离库）的波动,对±1.5° Gate-1内波动保留];（2）估算的K_DP整体在±5° km-1边界阈值内,避免了探测误差零值、环境噪声和δ对K_DP估算产生的误差影响,K_DP对较强降水指示明显（在回波强度30 dBZ ≤ Z_H < 37 dBZ的层积云降水中K_DP普遍大于0.25° km-1,峰值可达到4.3° km-1;在回波强度30 dBZ ≤ Z_H < 50 dBZ的积雨云降水中K_DP普遍大于0.1° km-1,峰值可达到1.95° km-1）。本文工作对于降水估测和水成物粒子识别有着改善效果,这对雷暴天气预警预报具备重要意义。     

多普勒雷达风场反演VAP方法的资料预处理

在分析了三类单多普勒雷达反演风场方法的基础上, 认为VAP方法是近期内可望在业务中应用的方法, 并指出VAP方法的关键是能否将原始资料中的中-U及以上尺度的风场信息过滤出来, 以消除中-V尺度以下风场信息对反演结果的影响.为此提出了二维区域滑动低通滤波方法对资料进行预处理.此外还对VAP方法的风速计算公式进行了改进以减小计算误差.     

光流法及其在临近预报中的应用

介绍了一种全新的对流临近预报外推算法——光流法。主要是通过计算雷达回波的光流场得到回波的运动矢量场,并基于运动矢量场对雷达回波进行外推从而达到预报的目的。光流法立足于变化,在计算光流场时既考虑连续时次回波的变化,又考虑相邻位置回波的变化。因此,基于该算法的外推临近预报具有一定的物理意义。利用中值滤波等方法对雷达资料进行质量控制,有效地抑制了噪声等的影响。个例对比分析表明:经过中值滤波等质量控制后回波更平滑,边沿更清晰,回波质量明显改善,能够获得比较真实的雷达回波,也得到了方向更加一致、更加平滑的回波运动矢量场。光流法给出的30、60 min内雷达回波的位置、形状的外推预报和对应时次实况较接近,预报结果具有较好的业务指示意义。对光流法和交叉相关法预报结果进行的定量对比评价表明,对移动型局地生成及强度和形状随时间变化很快的回波,光流法预报效果优于交叉相关法。光流法可以弥补传统的交叉相关法的缺陷,能提升对流临近预报系统的性能。     

多普勒雷达资料在中尺度模式短时预报中的应用

将国内新一代多普勒雷达基数据Lev-Ⅱ的9个仰角的原始反射率和径向风资料应用于中尺度模式ARPS(the Advanced Regional Prediction System),通过对2007年7月18日济南短时特大暴雨过程的个例研究,分析了雷达资料对初始场的改进效果及其对模拟结果的影响。结果表明,同时利用雷达反射率和径向风资料改进过的初始场能明显改善中尺度数值模式短时定量降水预报。对比风场发现,雷达径向风调整后在初始场中出现明显的中小尺度特征,能减少模式的spin-up时间。随着积分的进行,对水汽场的调节也有一定作用,但相对于风场调节不够显著。雷达反射率主要是改进初始场中的湿度参数,增加初始场中云水等含量。积分开始后,对风场调整也很显著。此次模拟,控制试验较好地预报出雷达回波的分布和水汽中心,对应的降水落区与实况也较为接近,但对雷达回波中心强度的预报略大,相应地降水量的预报也偏大。     

移动X波段双线偏振多普勒天气雷达差分相位数据质量控制

针对移动X波段双线偏振多普勒天气雷达,提出了一套差分相位数据质量控制算法,包括地物杂波抑制、退折叠、初始差分相位调整和滤波等,然后利用2个个例分析了这种差分相位数据质量控制算法的效果。结果表明,该算法能有效地识别和消除差分相位数据中的地物杂波、退掉折叠的相位和滤除正常的随机差分相位波动。     

多普勒雷达资料在地面观测中的应用

全国多普勒雷达网的建立,使我国气象观测网的监测手段和监测能力大步提高,对监视强对流天气和强降水天气以及短时临近天气预报起到了不可替代的作用,而如何将这一先进技术应用到地面气象观测中,目前还很少有人尝试。作者在地面气象观测中就多普勒雷达反射率因子图对积雨云和雷暴等对流天气的监视作用作了一些大胆的探索。应用雷达反射率因子图上各种信息,结合云天实况指导对“积雨云”和“雷暴”系统的观测,帮助更及时、准确地判定其生成、方位、强度、范围、距离等。     

一次大到暴雪天气的多普勒雷达产品综合分析

利用常规资料和大同多普勒雷达产品,对2009年11月9日一10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天气雷达径向速度PPI图像识别技术,定性分析此次降雪的冷暖平流与大尺度辐合辐散运动叠加的图像特征和由零线的朝向和正负速度面积、径向速度值的大小判断风向风速辐合辐散的图像特征,与根据零速度线的弯曲程度以及一定距离圈上零速度点与雷达中心连线的夹角推导出的定量计算大气辐合辐散值的算法计算出的大气平均散度值相比较,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半小时的雷达风廓线资料,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。     

多普勒雷达资料同化在福建地区暴雨过程中的模拟试验

利用中尺度模式WRFV3.5,对福建地区的一次暴雨过程进行了模式参数化方案模拟效果的敏感性试验,并同化了多普勒雷达资料进行了模拟研究。结果表明,WSM5微物理方案与BMJ积云对流方案的组合模拟大雨和暴雨量级降水的TS评分可达0.29,模拟效果优于其他各种组合。在此基础上,采用WRFV3.5三维变分系统,直接同化多普勒雷达资料,并和登陆台风的外围暴雨过程的控制试验比较,结果表明,仅同化反射率资料使得暴雨落区会向南调整,更接近于实况(TS评分提高了0.12),而仅同化径向风资料使得模拟的降水强度更趋近于实况(TS评分提高了0.13);同时同化反射率和径向风资料,使得暴雨落区及其强度的模拟最接近于实况(TS评分从0.12提高到0.28);敏感性试验的对比结果以时间间隔为3 h时模拟效果最优,6 h间隔次之。因此,合理同化雷达资料会显著改进福建登陆台风的降水模拟效果。     

同化多普勒雷达风资料的两种方法比较

以美国新近研发的天气研究预报模式(WRF)配置的三维变分同化系统WRF 3D-Var为平台,比较了两种不同的同化多普勒雷达径向风资料的方法。一种是WRF 3D-Var系统现有的径向风资料直接同化方法;另一种是首先用两步变分法由多普勒资料反演出水平风,再同化反演风场。针对2003年7月4~5日的一次淮河暴雨过程进行的同化试验结果表明,同化了雷达风资料后得到的水平风场包含了更多的中尺度特征;从降水预报评分和预报的雷达回波来看,两种方法都能够明显改进降水预报,这种正作用能维持6 h左右;相对而言,同化反演的水平风场的效果略优于直接同化雷达径向风的效果。     

风廓线雷达资料在乌鲁木齐一次大暴雪过程分析中的应用

利用常规观测、自动站逐时降水量、乌鲁木齐市风廓线雷达及ECMWF1°×1°再分析等资料,对2018年10月17—18日乌鲁木齐雨夹雪转大暴雪过程进行分析。结果表明,大暴雪是在低空西北气流与中高层西南急流叠加并维持的有利环流背景下,由700～850 hPa风切变、风速辐合、地面冷锋及地形强迫抬升等多尺度系统共同作用造成的。强降雪时雷达探测高度维持较高达7500 m,随着降雪结束探测高度明显降低。水平风场表明低空西北急流与中高层偏南急流形成的垂直风切变廓线的维持,是强降雪持续的动力条件。大气折射率结构常数C_n~2、垂直速度的大小与雨雪的开始、结束时间有较好的对应关系,且低层较强偏北风与C_n~2大值区相对应,降雪时低层垂直速度为0.8～1.2 m·s~(-1),雨或雨夹雪时垂直速度为1.8～2.5 m·s~(-1)。因此,水平风向风速、C_n~2和垂直速度的垂直变化对暴雪短临预报有很好的参考价值。     

资料同化中雷达VAD风质量控制研究

新一代天气雷达VAD(Velocity Azimuth Display)风作为多层次水平风矢量的垂直廓线,具有时间频次高、易与业务数值预报模式分辨率相匹配、影响质量因素复杂等特点。在数值预报中有效同化该资料,可改善低空风场资料不足等状况。本文根据变分同化中对资料质量的特殊要求,集成现有VAD质量控制方案后,设计了逐步拟合质量控制方案。再根据VAD资料不同误差来源,综合集成了现有的VAD质量控制方案,形成逐级综合质量控制方案。通过分析逐级质量控制方案得到VAD资料在同化中的适应性,发现该资料相对背景场存在偏差。进一步分析表明,出现这种偏差的原因在于选择用以反演VAD径向原始数据中存在许多不符合VAD廓线的数据。据此设计了逐步拟合质量控制方案,该方法可逐步筛选出用以反演VAD的径向速度数据,提取出数据中的简谐波特征。通过北京站雷达获取的VAD廓线与分钟级探空实测对比,发现通过逐步拟合质量控制得到的风速更接近实况。相对背景场偏差分析也表明,通过逐步拟合质量控制,观测相对于背景场的偏差得到有效修正。一个月的连续试验结果显示,质量控制后获取的VAD资料可基本满足同化中对资料的无偏要求。     

云顶亮温在一次区域性暴雨中的分析与应用

利用高、低空常规气象观测资料、卫星云图和多普勒雷达资料,分析了2006年6月12日发生在太原机场的一次强对流风暴过程,结果表明：高空气旋性冷槽的迅速东移和地面冷锋过境是本次强对流风暴发生的天气尺度系统背景,机场发生的地面大风是由下击暴流引起的,近地面强辐散引起阵风锋发生在弓形回波中低辐合层对应的下方;雷暴单体回波剖面随时间的演变发现确有反射率因子核心重心下降并接地的现象,并据此证实有两次下击暴流过程.第一次出现在16时前后距本场西北90 km处,第二次出现在18时04分,第二轮下击暴流直接造成本场的地面大风.下击暴流发生的过程始终伴随着中低层长时间的辐合和反射率因子核心的重心下降接地过程.     

广州地区7·17大暴雨及强对流的多普勒雷达资料分析

本文分析了 2 0 0 0年 7月 17日在热带扰动和季风槽的共同作用下 ,发生在广州地区的大暴雨和局地雷雨大风天气过程 ,应用香港多普勒雷达回波和径向风场资料 ,研究了热带扰动登陆前后 ,中小尺度天气系统与强对流回波演变特征之间的关系     

多普勒天气雷达原始资料索引数据库设计

针对我国现阶段多普勒天气雷达网建设过程中雷达原始资料状况及气象业务发展、教学、科研工作对该类资料的管理需求．尝试设计了适于我国日前布网多普勒天气雷达原始资料的索引数据库管理系统，该系统同样可供由不同类型雷达构成的区域雷达网、全国雷达网雷达原始资料管理作参考。该数据库系统的建立采用结构化程序设计，用Visual C^ 6．0作为应用程序的开发工具，用Microsoft Access 2000做数据库。实现了雷达资料信息入库，修改，查询，资料导出，资料转换，资料回放，数据库备份等功能。