济南双偏振多普勒天气雷达在线自动标定数据质量分析评估

阐述了CINRAD/SA-D双偏振多普勒天气雷达（简称“双偏振雷达”）标定技术,统计分析了济南双偏振雷达试运行以来在线自动标定数据和该时间段内的维护维修情况,从雷达几十个标定状态性能参数中,遴选对雷达探测数据质量影响最大的发射峰值功率Pt、相位噪声σφ、噪声系数NF、反射率标定系数SYSCAL、差分反射率因子ZDR、差分传播相移ΦDP等性能参数,分析评估在线自动标定数据质量。结果表明：1）峰值功率维持在679.68 kW,H（水平）和V（垂直）双通道的峰值功率长期运行吻合一致性较好。2）H和V双通道噪声系数均值分别维持在1.66 dB和1.73 dB,双通道数据总体分布稳定,且具有较好的一致性;标定数据的异常来源于外界干扰,占0.39%,受外界干扰H通道多于V通道,干扰造成接收机灵敏度降低了1.5 dB,导致雷达产品异常。3）反射率标定ΔSYSCAL最小值为-0.46 dB,最大值为0.25 dB,满足±2 dB的技术指标要求。4）I/Q相角法标定相位噪声均值为0.051 3°,实物对消能力60 dB与估测地物杂波抑制能力61.36 dB结果基本吻合,证实了雷达系统具有较好的地物杂波抑制能力。5）采用机内CW、TS双信号源标定法,接收双通道幅度和相位的标准差：ZDR-CW和ΦDP-CW分别为0.025 dB和0.735,ZDR-TS和ΦDP-TS分别为0.044 dB和1.116°,满足接收双通道一致性的技术指标,但CW信号标定结果明显小于TS信号标定结果,表明双路方位旋转关节对接收链路信号幅度和相位的一致性有影响,导致ZDR-TS和ΦDP-TS标定结果比ZDR-CW和ΦDP-CW出现更大的偏差,因此随着双偏振雷达的长期运行,对方位旋转关节带来的幅度和相位固有偏差进行测试和订正非常重要。     

双偏振多普勒天气雷达产品三维可视化技术研究

针对双偏振多普勒天气雷达(CINRAD/SAD)偏振产品展示缺乏三维空间的几何与拓扑信息问题,通过对双偏振产品的解析与坐标变换,利用Python库函数与计算机图形学插值技术,对差分反射率(ZDR)、差分传播相移率(KDP)与相关系数(CC)进行了三维立体(3D)建模重绘.将ZDR、KDP与CC逐仰角产品进行三维空间立体...     

船载X波段测波雷达有效波高的误差分析

通过对2次海上作业期间船载X波段测波雷达数据对比分析,发现雷达测得的有效波高值在一段时间内存在较大误差。在2017年12月6日10:00至17:00期间,相比于人工目测值,雷达测得的有效波高值持续偏低。通过分析现场的天气与环境状况,并且对比相同海况下未受降雨影响和受到降雨影响时不同时刻的二维海浪谱,发现该段时间内因有降雨且能见度低,导致雷达测量的海浪谱能量异常偏低,信噪比SNR异常偏低造成X波段雷达测得的有效波高值异常偏低。在2018年4月11日船只路过5号大浮标和4号大浮标期间,相比于浮标测值,雷达测得的有效波高值异常偏高。通过查看系统中最大流速设置,发现设定的最大流速值过高(为50 m/s)。这样滤波器的带宽过大,大量噪声可能会被当成海浪信号通过滤波器,导致雷达反演的信噪比SNR异常偏高,造成X波段雷达测得的有效波高值异常偏高。通过分析误差产生的原因,对雷达设置的调整以及雷达系统的进一步完善有一定的参考价值。     

青岛沿海一次降雪过程的多普勒雷达资料分析

本文对2005年2月17日至18日青岛降雪过程的雷达资料进行了分析。多普勒雷达资料很好地揭示了青岛沿海成为本次过程区域降水中心的原因,除了有利的水汽输送,更重要的是青岛沿海出现了一个维持约半小时的中尺度气旋。在对雷达资料的风廓线资料分析时,发现系统中存在标注ND字符的异常原因。     

东海区海洋观测站GPS数据质量检核和分析

利用TEQC软件对中国沿海GNSS业务化观测系统东部海区20个观测站2009-2015年的GPS连续观测数据进行质量检测,分析多路径效应(MP)与周跳比(o/slps)和信噪比(SNR)的相关性。分析结果表明:受接收机性能老化影响,观测数据质量整体呈下降趋势;多路径效应与周跳比和信噪比存在较强的负相关;观测数据质量对解算结果精度有一定影响,剔除多路径效应较大的卫星观测数据可有效提高解算精度。     

新一代天气雷达风轮机杂波识别和剔除

针对新一代天气雷达数据存在风轮机杂波污染问题,统计分析了5种雷达基数据特征量,风轮机杂波具有较高的反射率因子隆起度和水平通道信噪比隆起度以及较大的速度奇异率,其信号质量指数接近1,谱宽接近0或大于7.0 m·s^-1。以特征量统计结果为基础,使用模糊逻辑算法对雷达基数据中的风轮机杂波进行特征识别,结果显示,模糊逻辑算法能有效地把风轮机杂波从各种强度的气象降水回波和固定地物杂波中识别出来。针对被识别出来的风轮机杂波,使用区域平均插值方法对雷达基数据中的风轮机杂波进行剔除,杂波剔除结果显示,气象降水条件下获得了较好的风轮机杂波剔除效果。     

Morse-3型S波段测波雷达比对试验结果分析

为了评价Morse-3型S波段测波雷达试验数据的有效性和实际观测效果,在遮浪岛附近以MKⅢ型波浪骑士浮标作为比对仪器进行试验.比对结果显示,所有参数的测量结果均略高于比对仪器的测量结果,且两者的相关性较好,平均波高和对应波周期测量结果最好.波高数据相关系数为0.936,误差介于(-0.1～0.1)m和(-0.2～0.2)m的概率分别为58.59％和99.38％;波周期误差介于(-1.5～1.5)s的概率为64.18％,误差标准偏差为0.50 s.     

杭州湾地波雷达观测的海流数据取样率分析

根据杭州湾口区两台地波雷达5个半月观测的资料,对其中的3 189个有效观测时次的海流数据取样率(CSR)在空间和时间上的变化规律进行了分析,结果表明,在两台雷达波交叉观测的中心区域各测点的地波雷达观测的海流数据取样率高于外围区域,在中心区域海流数据取样率可达98%以上,向外围区域海流数据取样率逐渐平缓递减,到边缘区域海流数据取样率仅在20%以下;地波雷达观测的海流数据取样率有明显的日变化,白天海流数据取样率明显低于夜间;17时海流数据平均取样率达到最低值(约49%),然后很快上升,至02时达最高值(约74%),然后再缓慢下降至17时为止。同时在10时和20时地波雷达观测的海流数据取样率呈现两个相对低值点,可能与人们在这两个时段通讯繁忙所造成的干扰有一定的关系。海流流速对地波雷达观测的海流数据取样率也有较大影响,呈负相关,流速大时海流数据取样率比流速小时的要低,在海流数据取样率大于98%的中心区域,流速和海流数据取样率的相关系数小于-0.8,在海流数据取样率大于60%的区域,流速和海流数据取样率的相关系数小于-0.6,体现明显的相互关联。地波雷达观测的海流数据取样率和潮汐有着每日4次的良好相干,而似乎和风没有显著的关系。希望这些分析对地波雷达以后的推广使用能积累一些经验和参考意见。     

单点GPS浮标测波方法与数据质量控制研究

首先对GPS浮标测波原理进行分析,介绍了GPS接收器测量运动参数的多普勒方法;然后对于在现场测量中可能发生的采样丢失所导致的数据间断进行探讨,并提出了间断接续和冗余采样的解决方法,通过数值模拟实验证明了数据质量控制方法的有效性.     

GPS观测数据质量评价指标分析

对GPS观测数据质量进行评价是作业中一项重要环节,现有分级评价模型中的闽值并没有统一的标准,影响评价结果的客观性。分析了2011年陆态网络工程2000个点位GPS观测数据的主要质量元素的数学精度分布规律,根据正态分布的数学模型,确定了分级评价指标。并以GPS综合检定场的实测数据为例,验证了评价指标的合理性。     

一次台风尾流暴雨的多普勒雷达资料特征分析福

利用多普勒雷达加密资料对发生在闽南的一次台风尾流暴雨进行中尺度分析。结果表明 ,这次暴雨过程由两阶段暴雨组成 :第一阶段暴雨是由海上形成的中尺度气旋造成的 ;第二阶段暴雨是由切变线上的强辐合及切变线上形成的边界层中尺度气旋造成的。暴雨雨带的形成主要与“逆风区”、气流辐合、边界层急流、切变、地形有关。     

多普勒雷达资料在台风探测中的应用

多普勒雷达能探测到台风雨带强度图和多普勒科（台风和热带风暴,本文统称为台风）。强度的台风中心定位主要有对数螺旋垒套法和计算法;提取台风多普勒速度图的一些特征信息可对其进行定位。结合强度、多普勒速率模式定位方法可明显提高远近台风定位的准确性,文中还根据台风的气旋环流特征,利用探测到的台风中心位置和外围雨带的退模糊速度值,提出一种台风雨带风场反演方法,该方法具有一定精度。     

Remote sensing of icebergs by ground-wave Doppler radar

A software detection model has been developed to predict the returned Doppler spectrum for an iceberg target for ground-wave Doppler radars. This software model is based on proposed new estimates for the backscattered Doppler-dependent iceberg cross section for assumed iceberg models, as well as the backscattered Doppler spectrum from the ocean surface. The model includes estimates for forward and reverse transmission losses, based on classical spherical earth derivations. In addition, the transmission losses account for the effects of surface roughness through a modified surface impedance. Standard estimates for man-made and atmospheric noise have been considered in the detection model. A comparison between the results predicted by the detection model and data acquired during an experiment conducted at Byron Bay, Labrador, Canada has been effected. The hardware used for the experiment was an HF Doppler radar operating at 25.40 MHz. The transmitting antenna was a three-element Yagi array and the receiving antenna a 24-element narrow-beam linear array. By using iceberg ground truthing information the Doppler spectrum for individual icebergs was predicted using the software model. The predicted spectra were compared with the received spectra on a target signal-to-noise power ratio basis. The results of this comparison give a degree of confidence to the detection model and show that ground-wave radars are effective ice hazard remote sensors.     

多普勒雷达资料同化在台风“灿都”(2010)预报中的应用研究

文章基于中尺度天气预报模式(WRF)及其三维变分同化系统(WRF-3DVAR), 采用了两部雷达径向风资料, 进行单一时间分析以初始化台风“灿都”(Chanthu), 比较研究了同化雷达径向速度(V_r)对台风“灿都”分析和预报的影响。结果表明: 同化雷达径向风的作用主要体现在台风强度和环流结构的调整, 且在同化达到一定时长后, 对改进同化后的预报分析有积极效应。同化试验改进台风的初始风场以及台风环流中心的热力和动力结构、强度和位置, 进而提高18h预报的台风结构、路径、强度。     

多普勒雷达资料同化在台风“桑美”预报中的应用研究

本文以2006年超强台风"桑美"为个例,考察了同化雷达径向风观测资料对台风初始场和预报场的改进作用。首先对沿海新一代多普勒天气雷达的径向风观测资料进行了去噪音、退模糊等一系列的质量控制,进一步利用美国国家大气研究中心开发的中尺度数值模式WRFV3.5及其三维变分同化系统WRF-3DVAR,每30min循环同化雷达径向风观测资料。结果表明:同化多普勒雷达径向风观测资料后,对台风在模式中的初始位置进行了很好的修正,同时对台风区的动力和热力结构均有较好的调整。两组同化试验对于台风的路径、强度、降水等预报要优于控制试验,并且对背景误差协方差尺度化因子优化调整可以更有效地吸收雷达观测资料并提供更多的中小尺度信息。     

The structure of ocean-surface currents measured by Doppler radar

The spatial structure of surface currents collected using a Doppler Radar system off the Florida Keys has been investigated. Surface current vectors were acquired within a rectilinear grid containing 700 nodes, where each node was spaced 1 km apart. Principal component analyses indicate that at least 63% of the variance of the surface currents at the 700 nodal locations can be accounted for by only three principal components. The principal modes of circulation during two separate experiments were extracted and found to be basically the same, although the first two modes were reversed between the two experiments. Coherence spectra were determined for nodal spacings between 1.76 km and 10.48 km, and the results of these analyses indicate that over most of the experimental area, approximately 60% of the variance is coherent over separations of 10.48 km. Application of a synoptic time-series model indicates that accurate prediction of the mean currents over each of the 65-h subrecord lengths was the dominant factor in controlling model performance, and that on the order of 10% error could be expected in using the time-series model to predict the low-frequency fluctuations. This indicates that time-series modeling of surface currents may be feasible and useful in estimating the long-term mixing characteristics of contaminants transported in the surface layer     

双多普勒雷达资料同化在飓风“艾克”预报中的应用研究

本文采用美国国家大气研究中心（NCAR）开发的中尺度数值模式WRFV3.7及其三维变分同化系统WRF-3DVAR对2008年飓风“艾克”进行了数值模拟研究。利用多普勒天气雷达观测资料具有高时空分辨率的优点,将美国两部多普勒天气雷达资料进行速度退模糊等必要质量控制后同化进中尺度数值模式,考察雷达资料同化对飓风“艾克”预报的改进程度。试验结果表明:将雷达资料用于对流尺度分辨率下飓风初始化需要对变分同化系统中特征尺度化因子进行优化调整,使观测资料能够以较为合理的方式调整模式初始场并进而改进预报;雷达径向风同化可以有效调整模式初始场中的飓风动力和热力结构,而经过尺度化因子调整后的雷达径向风同化则在飓风观测中心位置产生较为合理的气旋性风场增量,提供更为确切的中小尺度信息,使模式初始场更加接近观测并进而改进对飓风路径和强度的预报。     

多普勒雷达资料在近海强台风模拟中的同化试验

利用中尺度数值模式(WRF),并同化了多普勒雷达反射率和径向速度资料以及非常规的观测资料,对近几年登陆于浙闽沿海的4例强台风进行了数值模拟。通过高时空分辨率的模拟结果对比分析表明:雷达资料的同化,对近海登陆台风路径和降水模拟以及中尺度降水特征都有进一步改进的效果;模拟较好的揭示了台风近中心螺旋云带中的强中尺度对流系统。通过模拟分析表明,在台风近中心的螺旋云带中,低层有一条强辐合线存在,它与实况多普勒雷达给出的低层平显(PPI)强度回波带有较好的对应关系,也与沿海地区中尺度暴雨系统紧密联系,并由此看到近海海域降水带和强对流区的存在。     

渤海海峡雷雨大风的多普勒雷达回波特征

通过对烟台北部沿海近5年发生雷电时伴有8级(极大风速达到17.3 m/s)以上大风,烟台多普勒雷达产生的回波进行分析,得出灾害性雷雨大风发生时多普勒雷达径向速度回波有4种类型,分别是大风区型、逆风区型、近地层辐散型、中气旋型;反射率因子回波强度一般在45 dbz以上,反射率因子形状大致分成五类:带状、线状、块状、弓形或...