基于VC++平台的相控阵天气雷达NetCDF数据读取与产品显示

介绍相控阵雷达的特点、NetCDF数据文件结构、VC++程序读取NetCDF存储的相控阵天气雷达数据和产品的生成,重点探讨NetCDF的文件结构和其数据读取的过程。 使用美国新改装的相控阵天气雷达与常规多普勒天气雷达在2004年所做的一次同步观测试验获取的NetCDF数据,在VC++平台下编写程序,完成对NetCDF数据读取及雷达产品显示,借助生成的产品,通过具体实例比较和分析了两部雷达各自的性能特点。     

相控阵天气雷达数据压缩技术

相控阵天气雷达较新一代天气雷达在时空分辨率上有明显的优势。随着探测能力的提高,相控阵雷达数据量急剧增长,数据传输和存储问题凸显。现有天气雷达数据压缩算法可以减少传输和存储的数据量,但现有算法并未充分考虑相控阵雷达特点,数据压缩率有较大提升空间。本文提出时空预测的相控阵雷达数据压缩算法(PARDC),使用径向预测压缩数据相关冗余。使用CHATOR雷达数据对PARDC的算法性能进行评估,试验结果表明PARDC较通用的压缩算法压缩率性能大约提升了24%。     

新一代天气雷达的异地实时调用与动画显示系统

1概述 新一代天气雷达（多普勒雷达）产品对人工影响天气、强对流天气监测和预警、短时天气预报有较好的指导作用,其基数据产品能够较好地反映天气变化。但由于其在网络上保存的基数据产品文件数据量大,给市、县级气象台站远程异地使用带来了麻烦。一是数据下载慢,时间较长,并且在用户过多时易出现网络阻塞的情况;二是天气雷达数据是时间上的连续图像,原显示软件动画显示较为复杂;三是缺少自动更新的功能,需要手动调用最新的雷达资料。这些不便将占用预报员大量的工作时间并增加工作量,从而错过突发性、灾害性天气监测的最佳时机。     

相控阵多普勒天气雷达技术发展展望

基于相控阵雷达的工作原理和各种工作方式下的性能特点、结合天气雷达的基本要求、并考虑到相控阵雷达在生产、应用技术方面不断地成熟、成本的飞速地下降和财政的宽裕,展望有源数字相控阵多普勒天气雷达的选用。介绍有源数字相控阵多普勒雷达发展现状和作为天气雷达所面临的问题：如减少数字T/R组件的总成本、各种数字波束形成模式及自适应技术的移植和改进、数据信号处理（软硬件）技术和气象产品的开发、耗电计算,以及全寿命期间的设备保障等,提出解决部分问题的初步设想。     

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。     

S波段相控阵天气雷达与新一代多普勒天气雷达定量对比方法及其初步应用

受外场试验条件的限制,相控阵天气雷达在测试过程中难以与用于对比的多普勒天气雷达保持相同位置,造成不同雷达之间的观测资料无法直接对比。为了较全面地分析该情况下相控阵天气雷达的探测能力,提出了针对不同地理位置不同分辨率的雷达反射率因子匹配方法和观测资料的定量对比方法。初步使用该方法对2010年5月21日的S波段相控阵天气雷达（S-PAR）与相距54 km的南京新一代多普勒天气雷达（CINRAD/SA）观测资料进行了结构的对比及数值的分析。结果表明：（1）S-PAR的回波结构与位置均较为合理,与CINRAD/SA相比反射率因子测量偏差很小,未受地物影响的径向速度较为接近,同时单波束发射4波束同时接收的扫描方式大大节约了扫描时间;（2）S-PAR受宽波束的影响,100 km外的回波出现了明显的平滑现象,难以探测到细微结构;（3）S-PAR的灵敏度比CINRAD/SA差,100 km处的最小可测反射率因子偏高16 dBz,通过相同灵敏度的模拟后发现S-PAR较差的灵敏度是造成回波结构差异的主要原因;（4）提出的经纬度匹配方法较好地将不同位置下的雷达资料对应起来,经纬度匹配后在垂直方向的不同处理方式得到的结果存在细微差异,基于采样体积的平均方法取得的效果最佳。     

新一代天气雷达产品在MICAPS中的显示与调用

介绍了新一代天气雷达产品的文件数据格式及实现在MICAPS中显示的方法。给出了在Lambert投影下将雷达回波的极坐标数据转换成经纬度位置,并计算网格点坐标的公式。通过更换BMP图像文件的文件头,实现MICAPS十三类数据格式的转换。并对坐标缩放系数的计算、调色板文件进行了说明。     

CCJ天气雷达基数据文件结构及读取

CINRAD/CCJ雷达是新一代可移动式C波段多普勒天气雷达。能够监测400km内大范围强降水目标,有效监测和识别距离大于150km的雹云、冰雹等中小尺度强天气现象。基数据采用二进制文件存储,不能直接查看应用。通过对其基数据文件结构研究,采用c#编程语言对CINRAD/CCJ型雷达基数据进行解析,提取出天气信息。     

广州相控阵天气雷达组网站址分析

X波段双偏振相控阵天气雷达在观测中小尺度天气系统方面具有优势,然而在反射率因子超过一定值之后,有效探测距离会急剧下降。利用雷达组网建设,能确保有效探测,提高观测数据质量。根据相关文献资料,结合2018年5月7日广州暴雨过程,得出组网观测系统中的X波段相控阵天气雷达彼此间隔为35～45 km,基于此间距,通过综合分析,明确广州X波段双偏振相控阵天气雷达组网建设站址。     

北京大兴国际机场相控阵雷达强对流天气监测

北京大兴国际机场相控阵雷达性能先进,可实现对灾害性飞行天气的高效监测。对比该雷达和S波段多普勒天气雷达在2020年6月18日和25日两次强对流过程探测能力表明：2020年6月18日相控阵雷达探测到雷暴清晰的外流边界等弱回波,直到弱回波触发新对流单体并加强后,S波段多普勒天气雷达才探测到该弱回波,时间上比相控阵雷达晚24 min; 2020年6月25日的强对流雹暴过程,相控阵雷达探测的径向速度涡旋结构比S波段雷达清晰,垂直气流悬垂回波及雷暴形态与强雷暴的理论模型更吻合,S波段雷达垂直结构不典型; 相控阵雷达的回波强度空间变化层次丰富,S波段雷达空间分布显得粗糙; 相控阵雷达探测的冰雹三体散射回波及旁瓣回波比S波段雷达显著。因此相控阵雷达具有时间分辨率、空间分辨率、空间覆盖率、弱回波探测能力等方面的优势,更适合监测冰雹、外流边界等中小尺度灾害性飞行天气。     

基于NetCDF的国产新型气象雷达基数据通用编码试验

为归一化处理国产新型气象雷达数据存储格式,提高雷达数据共享与交换效率,兼容不同厂家不同型号雷达多样性数据格式的同时保留其内在的差异。基于NetCDF编码原理设计雷达基数据NetCDF存储模型,在Visual C++开发平台支持下,开展国产新型气象雷达格式编码和解码的试验。结果表明:1NetCDF编码方式可作为国产新型气象雷达基数据通用编码方式,在合理地利用不同厂家不同型号雷达数据格式内在差异的同时进行统一编码,有利于进行雷达数据的交换。2NetCDF格式编码雷达基数据,继承以雷达径向信息为基本结构的存放形式,面向存储单元本身(数组),通过编码维数、变量、属性和数据4个子域,构成自描述式的NC文件,用户可借助库函数实现"自动"解码。3NetCDF格式编码前后的雷达数据文件大小差异较小,差异幅度与原始数据文件大小无关。     

基于R语言的NetCDF文件分析和可视化应用

气象领域目前有多种广泛应用的气象数据分析和可视化工具集,包括GrADS、NCL、CDO和IDL等。R语言是一种由统计学家开发的统计计算和绘图的语言和环境,具有大数据处理的能力。R语言数量众多的扩展包为R语言用于海量气象数据分析和可视化提供了强有力的支持。基于R语言对NCEP发布的数据集进行了统计分析和可视化,展示了R语言在气象数据处理和可视化方面的应用。结合R语言提供的贝叶斯统计扩展包和高性能并行计算扩展包探讨了R语言在气象数据处理和可视化应用方面的广泛前景。     

基于深度学习的天气雷达异常数据识别技术

天气雷达基数据中因观测设备故障或标定问题而产生的异常数据, 直接影响天气雷达数据质量、定量估测降水及天气系统的分析和判断。目前在中国气象局气象探测中心实时业务中, 通过人工勘误环节对异常数据进行处理。针对2020—2022年业务中勘误较多的、大面积故障异常和易与降水数据混合的局部电磁干扰或故障的两类异常数据, 分别构建和训练R-ResNet和R-LinkNet两种模型, 提取雷达硬件故障、电磁干扰等特征, 实现异常数据的识别和处理。评估结果表明:两种模型在提取异常数据特征方面均具有很强的学习能力, R-ResNet在分类判识异常数据与正常数据的准确率超过99%, R-LinkNet在分离电磁干扰杂波和降水回波的准确率超过98%。两种模型可用于实时业务中监控和勘误电磁干扰、故障等异常数据, 实现异常数据的自动勘误处理。     

中尺度灾害天气分析与预报系统综合显示平台

中尺度灾害天气分析与预报系统(Meso-Weather Analysis and Forecasting System,简称MWAFS)是集成了国家重大科研项目产出的有关中尺度灾害天气研究成果以及气象行业关键的业务产品,综合应用计算机网络、地理信息系统、数据库以及气象专业分析模型等信息处理技术建立的一个能快速、有效地监...     

多普勒雷达数据在人工影响天气作业指挥中的应用

应用多普勒天气雷达体扫资料的基本数据产品,经过计算得到丰富的雷达二次产品,并结合1∶400万的全国地理信息数据,研制了融入雷达研究成果的天气雷达数据实时处理系统,使多普勒雷达的潜能得到进一步的挖掘。系统不但能自动将体扫资料处理成多普勒雷达的PPI、CAPPI、ETPPI、CR、VIL、RHI和VCS等多种产品,而且应用其产品建立了预警模型,开发了人工影响天气作业的预警、指挥业务化系统,实现了实时指挥人工影响天气作业自动化操作。投入业务运行以来,显著地提高了实施火箭高炮人工增雨、防雹作业的地、市级人工影响天气作业的指挥能力。     

基于SRTM数据的天气雷达探测环境分析研究

利用SRTM高程数据作为选址基础数据,结合天气雷达工作方式和探测方法,计算得到天气雷达在0.5°、1.0°、2.4°仰角上地物遮挡情况;利用高程格点数据获得3个仰角的地物剖面数据,提高了SRTM数据利用精度和运算速度;分析中结合地球曲率和电磁波折射影响,改进算法获得站点遮蔽角图,站点上空1 km、海拔3和6 km等射束高度图及数据,该分析结果充分体现了SRTM数据的高分辨率特点。最后将结果数据与GIS地图结合,完成了四川省天气雷达网探测环境分析,并给出了各个台站评估结果。     

基于ZABBIX的新一代天气雷达ROSE系统监控平台

本文通过Zabbix的部署,实现了对新一代天气雷达ROSE系统的台站级监控。整个监控架构分为省级、ROSE平台、本局服务器3层,通过Zabbix模板(Templates)添加的形式可以方便地完成主机性能、网络连接、服务运行状况等监控项目,而通过构造轮询函数监控项和关联触发器函数可以实现流传输的监控和报警;整个监控平台有着功能丰富的前端界面,直观展示ROSE系统运行状况。系统测试表明,Zabbix邮件报警模块功能正常,试运行期间监控平台运行稳定,ROSE系统运行状态评估和实际相符,具备应用推广潜力。     

多普勒天气雷达远程数据传输同步处理系统

介绍了郑州７１４ＣＤ多普勒天气雷达远程光缆三遥控制及远程无线实时数据传输,同步处理显示系统的技术方案,详细叙述了各功能电路物作用及解决的关键技术,该技术方案为单部多普勒雷达信息（包括原始数据与产品数据）可以被多用户实时共享提供了一种先进的技术手段。     

利用多普勒天气雷达资料建立灾害性天气的监测和预警系统

多普勒天气雷达是目前对短时强对流天气进行监测的主要手段之一.为了能够使多普勒天气雷达资料在业务预报中得到更加准确、方便的使用,设计开发了利用CINRAD/ CC新一代多普勒雷达资料建立对临近灾害性天气的监测和预警数据库系统.该系统采用Visual C++6.0 + SQL Server 2000为开发环境,由雷达原始数据采集和处理系统、雷达图像的显示系统、雷达数据库系统、监测及预警信息的发布系统、客户端应用系统等部分组成,有较好的兼容性和可移植性.实现了实时显示、入库、监测和预警、动画回放等功能,并且系统资源占用少、效率高.能够方便地为气象业务人员使用,帮助预报人员更好地分析天气系统的内部结构及发展趋势,特别是在临近预报和帮助人影值班人员指导防雹作业等方面均能发挥十分重要的作用.