天气雷达数据三维可视化技术及应用

本文结合天气雷达数据三维空间定位公式与任意基线雷达反射率因子垂直剖面算法,提出三维可视化Marching Cubes改进算法,在该算法基础上研发天气雷达数据三维显示系统,并使用此系统对雷达观测实例进行了三维分析应用。结果表明:相对于二维平面的分析显示,三维可视化技术可以提高气象工作者对天气雷达回波数据的直观理解,更有效地分析出整个回波的轮廓和云内部回波分布情况,对于把握强回波的演变状况很有意义。     

多普勒天气雷达三维可视化分析平台设计与实现

为方便气象业务人员多角度观察雷达回波细节和空间分布情况,本文提出并实现了一个跨平台访问的可交互操作的多普勒天气雷达三维可视化分析平台。首先根据雷达基数据特点提出相邻梯形柱体间隔划分四面体的三维可视化算法,基于B/S模式进行三维可视化分析平台整体架构与设计,最终采用HTML的Canvas技术和WebGL技术实现基于Web的雷达回波的二维、三维可视化显示。试验结果表明,多普勒天气雷达三维可视化分析平台具有良好的三维可视化效果和较好交互式可视化体验,为气象工作者提供了一种有效的雷达回波分析工具。     

三维可视化技术在雷达三维组网产品显示中的运用

采用三维可视化技术,将三维面重建算法和体重建算法引入气象雷达回波图像的分析中,同时与中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室开发的新一代3D组网拼图产品相结合,对2007年9号台风"圣帕"进行了三维显示。结果表明:对于单部雷达体扫产品,三维组网拼图产品能全面地掌握更大范围内雷达回波的演变过程;相对于单一的二维平面的分析显示,三维可视化技术在构建回波的空间分布状况,尤其是回波的空间结构上有更大的优势,三维可视化技术结合雷达三维组网拼图产品为雷达回波的分析提供了一种更为全面的方式。     

利用MATLAB实现CINRAD/CC雷达回波三维显示

基于MATLAB对CINRAD/CC雷达基数据文件进行读取和解析,并利用Matlab的图像处理技术对雷达产品进行三维图形的建模和着色,将不同仰角、不同类别的雷达产品形成以三维坐标表示的图像像素集合,实现了CINRAD/CC多普勒天气雷达反射率因子、径向速度、谱宽等产品的三维显示。三维显示的雷达回波产品可通过旋转控制任意改变视角,可以方便、直观地充分观察各仰角层次、各方位角度雷达回波的细节和空间分布情况,便于快捷、直观地了解回波的三维结构特征。     

基于OPENGL的组网雷达三维显示系统的开发与应用

利用OPENGL工具,并结合计算机图形学三维成像相关算法,实现了组网气象雷达数据的三维可视化显示。文中给出两个台风实例,将2014年经过海南的台风“威马逊”和“海鸥”以及相应风廓线雷达风场资料导入该三维显示系统,结果表明：该平台可以全面直观地构建台风的三维结构,并可根据需求显示其内部强回波结构;多普勒天气雷达数据与风廓线雷达风场资料相结合,提高了大气风场的监控能力。此项工作对SWAN起到了一定补充作用,并可进一步推进三维雷达组网产品的业务应用。     

基于大数据云平台的天山气象APP设计与应用

为提升大数据云平台与移动互联网的耦合气象服务质量,满足气象防灾减灾移动可视化需求,推进新疆气象信息化事业高质量发展,亟需开发一款专业气象服务APP。该APP在“云+端”业务模式下充分利用气象业务现有数字化成果,采取多源存储、接口调用、控制反转和数据交互技术,对全疆天气自动站的地面观测、格点实况融合、雷达回波、灾害预警等气象资料进行加工处理和移动展示。天山气象APP可按用户需求提供疆内基于实时位置的天气实况、精细化预报、预警详情、雷达拼图、实况要素产品和统计值要素产品,同时继承大数据云平台服务接口高额承载能力,实现毫秒级响应,在全疆天气自动站应急保障与气象防灾减灾服务中应用成效显著。     

“北京气象”手机客户端气象信息GIS快速可视化技术

随着移动互联网和智能手机技术的发展,客户端APP应用是满足便捷、高效、可移动、可定位气象信息服务的重要途径和手段。通过对格点天气、雷达回波、专题图等更新频次高、空间分辨率高、数据量较大的气象信息手机客户端GIS快速可视化关键技术的研究和实践,提出在服务器端应用支撑层部署Surfer专业绘图软件,在客户端数据资源层部署Google预先渲染好的离线栅格瓦片地图,应用支撑层部署开源的OpenLayers WebGIS二次开发组件,在两端应用逻辑层采用数据缓存和分布式存贮技术的手机客户端气象信息GIS快速可视化J2EE技术架构,实现了格点产品、雷达回波、专题图等气象信息GIS快速可视化展示。     

韶关雷达数据资料统计分析与检索

通过对雷达风暴结构产品数据的提取、入库,采用网页形式对数据库进行检索,并对雷达数据进行统计分析后发现：距离、回波底高度、回波顶高度、回波最强反射率因子强度及其所在高度统计中样本的分布先增加后减少,垂直液态含水量样本的分布为递减;雷达数据库可检索雷暴、冰雹天气过程相关数据,有利于与其他气象数据库资料融合和分析;使用存储过程可快速对资料进行处理,从网页读取数据时执行效率大大提高。     

多部X波段天气雷达测量偏差分布及组网拼图结果分析北大核心CSCD

在与附近新一代天气雷达对比的基础上,利用自2013年6月起中国科学院大气物理研究所的三部X波段天气雷达在江苏开展了组网观测试验的观测资料,初步对雷达的探测能力和雨区衰减做了分析和订正,同时使用了中国气象科学研究院三维组网系统,将X波段天气雷达与业务雷达资料组网,探索了X波段天气雷达的对业务雷达的补充效果。结果表明:(1)X波段天气雷达的观测数据分别受到了地物回波、遮挡及雨区衰减的影响,已对基数据做了初步的质量控制;(2)通过回波结构和廓线图的对比,经地物抑制、衰减汀正等方法质控后的数据存一定范围内具有较高的可靠性,同时三部X波段天气雷达能够有效探测到60 km内的降水结构,其回波分布较为合理,准确的反映了降水区域的特征;(3)将三部X波段天气雷达观测资料与业务中的新一代天气雷达组网后,得到了结构连续、分布更广、平滑作用更低的资料,补充了新一代天气雷达的低空盲区。     

多部X波段天气雷达测量偏差分布及组网拼图结果分析

在与附近新一代天气雷达对比的基础上,利用自2013年6月起中国科学院大气物理研究所的三部X波段天气雷达在江苏开展了组网观测试验的观测资料,初步对雷达的探测能力和雨区衰减做了分析和订正,同时使用了中国气象科学研究院三维组网系统,将X波段天气雷达与业务雷达资料组网,探索了X波段天气雷达的对业务雷达的补充效果。结果表明:(1)X波段天气雷达的观测数据分别受到了地物回波、遮挡及雨区衰减的影响,已对基数据做了初步的质量控制;(2)通过回波结构和廓线图的对比,经地物抑制、衰减汀正等方法质控后的数据存一定范围内具有较高的可靠性,同时三部X波段天气雷达能够有效探测到60 km内的降水结构,其回波分布较为合理,准确的反映了降水区域的特征;(3)将三部X波段天气雷达观测资料与业务中的新一代天气雷达组网后,得到了结构连续、分布更广、平滑作用更低的资料,补充了新一代天气雷达的低空盲区。     

区域气象观测资料分析应用系统

“区域气象观测资料分析应用系统”应用软件主要任务是把本地的区域气象站观测资料根据不同需要处理成不同的显示产品,方便分析和应用观测资料,用于日常业务。该软件提供完善的实时显示、历史资料查询与统计功能、数据质量监控。系统采用C/S结构,服务器端以SQL server作存储观测资料数据库,客户端用Visual Basic与MapX开发组件构建应用显示平台。系统具有要素空间分布等值线绘制等功能、天气雷达回波显示功能。该软件可以动态、及时地了解当地的雨情、气温、地面风大小。与雷达回波相结合,可以辅助预测未来短时间内降水影响的区域和影响程度、还可以辅助判断区域气象站地面降水数据的真实性;借助要素等值线功能观察某个气象要素分布梯度,辅助判断观测设备是否异常;可以设定报警阈值,用声音或动画图像报警;可以制作站点观测数据报表。该软件充分考虑因气象观测设备来自不同的生产企业而产生的数据格式不一致的问题。     

雷达反射率数据质量控制方法初探

地物、超折射等非降水回波是影响雷达定量探测降水和其他产品的重要因素,利用降水和非降水回波反射率三维结构的特征可以对雷达数据进行质量控制。通过对合肥、广州、濮阳、烟台等多部雷达的体扫资料的统计,结果表明：降水和非降水的水平反射率结构（T）和垂直反射率差（V）在反射率的低值和高值区体现出不同的分布特征,因此为这两个判据在反射率低值和高值区设定不同的判别指标。实验表明,此方法可以改善降水和非降水回波的识别效果。     

你也能看雷达图

随着气象科技以及互联网应用技术的发展,如今类似自动气象站观测资料、卫星云图、雷达回波图等较专业的资料也能从网络上获取,公众已能够比较实时地粗略了解天气的变化。     

X波段相控阵气象雷达回波数据的对比分析

为探究、验证X波段相控阵气象雷达系统及其回波数据的可靠性,基于X波段相控阵气象雷达系统及地基外场试验,对比分析了X波段相控阵气象雷达系统与X波段机械式天线气象雷达系统的回波数据。在脉宽为6μs和1μs两种探测模式下,通过散点分布和概率分布方法对比分析了相控阵天气雷达的回波强度和径向速度数据的差异性。结果表明:(1)在脉宽为6μs和1μs的探测模式下,X波段相控阵气象雷达与常规天气雷达有比较接近的探测能力和可靠的数据质量;在远距离处,相控阵气象雷达的回波数据呈现层次结构清晰、轮廓显著的特性;(2)宽波束以及波束宽度展宽等特性平滑了相控阵气象雷达的回波强度,改变回波结构,弱回波区面积减小,强回波区增大;(3)天线增益不均匀影响相控阵雷达数据质量,理论上可以用1/(cosθcosφ)的增益修正因子对回波强度进行修订。     

基于雷达产品阈值与闻雷半径的雷暴过程判别

为向雷暴识别、跟踪和临近预报系统提供贴近台站实际的雷达产品阈值,建立基于雷达观测的雷暴日判别算法,利用雷暴人工观测资料和雷达产品数据构建匹配率模型,采用累积距平法识别匹配率拐点来判定阈值和最优闻雷半径,并计算出回波面积阈值.以常德气象观测站为例应用该方法,结果表明:①雷达产品阈值为38.5 dBz,最优闻雷半径达到25...     

基于Silverlight的气象信息查询系统设计与应用

为减轻基层气象台站服务人员在气象数据统计分析方面的工作量,提高天气监测和预报服务核心能力,研究开发了基于B/S结构,通过具有RIA(Rich Internet Applications,富网络应用)特性的Silverlight框架,采用WebGIS技术的昆明市气象信息查询系统。系统实现了对预报服务所需实时地面观测数据、精细化预报产品和多普勒雷达回波产品等进行统计查询以及地理信息可视化显示。应用实践表明,系统在天气实况监测、临近预报与灾害性天气预警业务中为气象服务人员提供了直观的气象信息网络平台,为预报服务提供了科学、高效的技术支持。     

基于Supermap的雷达基本产品显示

随着对多普勒天气雷达获取的回波信息(包括回波强度、径向速度和谱宽信息)与有关天气现象之间关系认识的不断深入,人们需要对上述信息进一步加工、计算和处理,使之更加符合气象业务工作的要求,而计算机技术的迅猛发展使这种需求成为可能。应用多普勒雷达探测到的基本回波强度、径向速度和谱宽数据,经过加工处理、坐标变换和计算生成与气象有关的物理量后而产生的数据或图像称为产品。本文是基于Supermap的雷达基本产品显示,包括回波强度、径向速度和谱宽。设计中利用已经获得的雷达基数据,在了解基数据格式的条件下,通过Visual C++6.0平台将雷达站址段、性能参数段、观测参数段及数据段数据读出并配以坐标,根据反射率、径向速度和谱宽的特点,分别利用不同的颜色标识基本产品所反映的不同物理参数,利用Supermap软件实现雷达基本产品的显示,同时显示基本产品的相关参数和显示要素并实现产品图的放大、缩小以及漫游。通过Supermap软件处理的图像精确度高、图形逼真、成图时间短,实现了图形数据共享,方便图形数据存储、保管和使用,大大提高了产品的实用性和使用效率。     

面向业务应用的上海地区毫米波云雷达观测质量评估

基于宝山国家基本气象站部署的毫米波云雷达2019年的观测数据,辅以激光雨滴谱、微雨雷达、探空资料、风云四号卫星产品、地面雨量计等多元观测数据,从探测稳定性、探测能力、基数据和产品数据探测合理性等方面开展了毫米波云雷达观测质量评估。结果表明:毫米波云雷达在试验期间仅出现单次软件故障,且基数据全年获取率高于95％,探测稳定性较好;毫米波云雷达各高度最小可测回波强度位于-40～-20 dBZ,并随高度呈现出与理论相符的指数递减;9 km高度以下最小回波强度变化小于2 dB,最小回波探测能力稳定性较高,在降水率达到4～5 mm/h时,毫米波云雷达会出现强衰减导致的虚假晴空区。虽然多部毫米波云雷达的基数据存在差异,但与地面雨滴谱计算回波强度和微型雨雷达观测回波强度具有一致的垂直分布及时间演变特征。毫米波云雷达探测云顶云底高度与探空资料估算云顶云底高度、风云四号卫星反演云顶高度具有一定的一致性。拼接缝和距离旁瓣虚假回波是较为直观且能够对业务化应用产生直接影响的问题。     

风廓线仪探测降水云体结构方法的研究

风廓线仪用于探测大气三维风的分布，当有降水出现时，受雨滴下降末速度的影响，不能直接得到大气的真实风在垂直方向上随时间的演变。风廓线仪与多普勒天气雷达都是采用脉冲多普勒体制，因此对于有降水时的风廓线仪资料，通过雷达气象方程能够获取探测空间附近的降水回波强度垂直剖面结构、云中降水含水量以及测站上空雨滴下降的平均多普勒速度；同时利用雨滴下降的平均多普勒速度对风廓线仪垂直观测资料进行修正，可以得到降水云体中三维风随高度分布的演变。     

711测雨雷达探测及摄取回波资料的一些考虑

目前,国产711测雨雷达已普遍使用。如何在探测中积累有价值的探测资料,是普遍关心的问题。由于这个问题涉及的面较广,在《测雨雷达观测手册》中不可能做详尽的具体规定,因此主要还是应根据各测雨雷达站的任务、服务侧重点以及准备研究、总结的问题而自行考虑。本文从测雨雷达观测记录要求,711测雨雷达的探测特性,雷达气象的基本知识,以及摄取各种尺度天气系统回波时应注意的一些问题,提出一些粗浅认识,供大家参考。 《测雨雷达观测手册》中要求探测的内容有:回波性质、回波强度、回波顶高、回波底高、回波移向移速、回波演变情况、强中心位置等。这些项目可以