MaXPol雷达及在人影探测业务中的应用

成都信息工程大学科研团队以全球广泛应用的X波段磁控管天气雷达为蓝本,主导研制了基于大功率长寿磁控管发射机与接收相参体制一体化结构的X波段双偏振多普勒天气雷达系统MaXPol。该雷达系统在75 km处的观测灵敏度优于-10 dBz,最大程度地解决了速度精度与速度模糊问题,具有反射率因子Z_h、差分反射率Z_dr、相关系数ρ_HV、差分相移率φ_DP(或称比相差,K_DP)、平均多普勒速度(V)和速度谱宽(W)等6种物理量测量参数,这些参数可以确保数据质量可控,并形成多种气象产品。该雷达系统在贵州省气象部门构建基层人工影响天气科学作业和管理模式——“威宁模式”的工作中,充分发挥了强对流天气监测预警方面的优势,其丰富的高时空分辨率雷达产品为天气雷达与高炮火箭智能联动的人工影响天气作业指挥提供有效依据,能够有效提升人工影响天气作业质量。     

一次华南超级单体风暴的S波段偏振雷达观测分析

利用珠海与澳门共建的中国首部S波段业务双偏振雷达探测资料、风廓线资料和地面加密观测资料,对2015年4月20日发生在珠海附近的一次典型华南春季冷锋触发的超级单体风暴的偏振观测特征进行了分析。天气分析表明,风暴发生于地面冷锋和低空切变线附近,中等对流不稳定（对流有效位能为1300 J/kg）和较强风垂直切变（0-6 km风矢量差为20 m/s）环境中。环境总理查逊数为18,与中纬度典型超级单体的生成环境接近,风暴相对螺旋度为2.9 s-1。偏振观测分析表明,大雹粒子的翻滚使冰雹区具有水平反射率因子高（>50 dBz）、差分反射率低（-1-0.5 dB）的特点;雨和冰相粒子的混合导致了相关系数的下降（小于0.9）;比差分相位观测对冰雹并不敏感（比差分相位与水平反射率因子的线性拟合率仅为0.05）。在混合相粒子和液相粒子的共同作用下,融化层附近存在差分反射率增大、相关系数减小的现象。风暴侧前方下沉气流偏东侧边界（水平反射率因子梯度高值区）存在一条“差分反射率弧”（差分反射率高值区）,主要由大雨滴构成,粒子分选机制合理解释了其形成原因。同时,相对较大的环境风使差分反射率弧更加远离（相对北美观测事实）风暴主体。风暴水平反射率因子中心附近存在“差分反射率柱”,与大雨滴被上升气流（连续分布的正径向风）带入高层冻结且失去取向稳定而导致差分反射率值迅速减小有关。      

基于S波段双偏振雷达融化层识别算法的研究

基于融化层识别算法(melting layer detection algorithm,MLDA)原理,利用2020年7—8月济南、青岛两部S波段双偏振多普勒雷达体扫数据,进行融化层高度信息识别试验,根据试验结果在MLDA算法中引入径向连续性检验、增加扫描仰角范围与调整判别融化层出现的距离库总数阈值的改进措施,与改进前的MLDA算法进行了对比分析,得到以下结论:MLDA对融化层顶高度有一定识别效果,识别的融化层顶高度的平均绝对误差较大,融化层底高度过低;加入径向连续性检验(简称MLDA-R1)后,识别的融化层顶高度的平均绝对误差明显减小,融化层底对应温度与融化层厚度分布在合理区间,但是遗漏识别的试验数明显增加;在MLDA-R1基础上,扫描区域增加了3.3°仰角(简称MLDA-R2)并调整了判别融化层出现的距离库总数阈值(简称MLDA-R3),融化层遗漏识别的试验数明显减少,同时提高了对融化层高度信息的识别效果;一些降水回波与非降水回波混合的区域会被错误识别为融化层区域,影响MLDA算法对融化层的识别效果,仍需进一步改进。总体来看,改进后的MLDA更适用于我国S波段双偏多普勒振雷达,对雷...     

榕江双偏振雷达与三穗雷达在黔东南一次大暴雨过程中的应用对比分析

为进一步提升黔东南三穗CINRAD-CD雷达及榕江双偏振雷达产品在山区强降雨过程中的应用能力,提升短临预报预警服务水平,对2部雷达在2022年7月18日大暴雨过程中观测和定量降水估测的差异进行对比分析。结果表明：榕江雷达总体探测能力强于三穗雷达,在黔东南州西部地区,由于雷公山地形阻挡作用,榕江雷达对低层探测能力减弱,在黔东南州中部及以东地区榕江雷达探测能力明显强于三穗雷达;2部雷达探测得到的组合反射率因子峰值与地面分钟降雨量峰值对应关系较好,当降雨减弱时,三穗雷达衰减更明显;三穗单偏振雷达对降水的起止时段及累积降水量的估测能力明显不足,而榕江双偏振雷达QPE产品对降水起止时间及降雨定量估测结果基本接近实况,在业务应用中具有较高的参考价值。     

基于近红外岩心光谱扫描技术研究鄂尔多斯盆地彭阳铀矿床矿物分布特征

砂岩型铀矿作为一种以表生流体作用为主的后生矿床,发育较多低温矿物。甘肃省彭阳铀矿是近年来新发现的一处深部砂岩型铀矿床,具有砂体规模大、铀矿化面积广、厚度大、等特点。在含矿层及周边发育方解石、石膏、黄铁矿、黏土矿物等低温成因矿物,研究矿物的空间分布特征及其与铀矿物的关系,对判别成矿流体的主要来源、性质以及对铀成矿的控制作用具有重要意义。近红外岩心光谱扫描技术可无损、快速、批量地识别出岩心中的层状硅酸盐矿物(如高岭石、蒙脱石、绢云母等),硫酸盐矿物(如石膏、明矾石等),碳酸盐矿物(如方解石、白云石等)等矿物信息,本文基于该技术对彭阳铀矿床的矿物类型及其组合进行研究。结果表明：洛河组发育高岭石、蒙脱石、伊利石(伊/蒙混层)、绿泥石、碳酸盐、石膏、铁氧化物等矿物,铀矿段的矿物组合为“伊利石(伊/蒙混层)+石膏+碳酸盐”,局部可见高岭石。根据矿物组合特征反演流体作用,洛河组含铀矿段矿在沉积期主要是一套碱性环境,成矿期存在还原性酸性流体的注入。     

多测线变偏移距VSP地震各向异性反演

本文从一般弱各向异性介质参数反演中得到了使用两条相互正交的变偏VSP测线计算弱各向异性(WA)参数的反演公式. 如果仅仅使用qP波, 则可以确定9个独立的WA参数, 这9个WA参数可以完全地描述井中接收点在两个剖面内介质的各向异性性质. 通过对走时曲线进行最小二乘条件下的三次样条光滑, 可以获得慢度矢量的垂直分量和水平分量. 如果介质是横向非均匀介质, 则水平分量仅仅被用作反演时的约束条件. 为了获得偏振矢量, 本文引入质心计算方法, 该方法计算简单、 稳定, 而且不存在解的奇异问题. 在寻找与一般各向异性介质最接近的高对称性正交各向异性介质和TTI各向异性介质时, 使用qP波各向异性坐标变换方法和最小二乘求解方法, 得到了与一般各向异性介质最接近的正交各向异性和TTI各向异性参数及其对称轴方向参数的计算公式. 使用这些方法, 对瓜哇海地区布设的两条相互正交的变偏VSP测线数据进行各向异性反演, 获得了井中10个接收点处介质的WA参数. 数值计算和实际资料反演表明, 本文所使用的反演方法能够准确地得到VSP井中接收点处介质的WA参数, 这是地震勘探中研究地壳介质各向异性性质最直接和最可靠的方法.      

近红外大气吸收波段太阳辐射计定标

用通用大气辐射传输软件CART模拟了POM02太阳辐射计的1020nm、1627nm和2200nm等3个近红外通道的大气透过率特性。结果表明,前两通道处于大气非吸收波段,其透过率很好的遵从Beer-Lambert定律,而2200nm通道则有较强的吸收,吸收光学厚度随大气质量的变化服从指数分布,与Beer-Lambert定律有一定的偏差,其定标需采用改进的Langley法。通过选取好天的5个定标实例证明,采用改进的Langley法定标2200nm通道,可提高其透过率测量精度约3.8%。     

江淮梅雨期极端对流微物理特征的双偏振雷达观测研究

为研究梅雨期极端对流系统的微物理特征,利用2013—2014年江淮梅雨期间南京溧水S波段双偏振雷达探测资料和地面自动站小时降水资料,统计分析了两类极端对流降水系统的微物理特征及差异。这两类极端对流系统的定义基于地面降水强度和雷达回波顶高,分别为所有对流中降水强度最强的1%（R类:小时降水强度>46.2 mm/h）和对流发展高度最高的1%（H类:20 dBz回波顶高>14.5 km）。结果显示这两类极端对流系统仅有30%的样本重合,显示了二者之间的弱相关性。对于相同的反射率因子Z_H,R类极端对流系统的近地面差分反射率因子Z_DR通常较H类极端对流小约0.2 dB,表明R类极端对流具有较小的平均粒径。结合双偏振雷达反演的粒子大小和相态分布显示,虽然两类极端对流都表现出海洋性对流降水特征,但R类极端对流较H类极端对流的总体雨滴粒径更小而数浓度更高,导致R类极端对流系统的地面降水更强。与R类极端对流系统相比,H类极端对流系统的上升运动更强,将更多的水汽和过冷水输送到0℃层以上,有利于形成更大的冰相粒子（如霰粒子等）,并通过融化形成大雨滴。以上研究表明,梅雨期降水强度和对流发展深度并没有必然的联系,极端降水主要是中等高度的对流引起。      

三维井间地震侧面波传播特征及其分离研究

井间地震与常规地震相比具有较高的分辨率,同时波场也更加复杂.利用视速度特征的差异很容易地分离井间上下行波场,根据纵横波偏振特征的不同可将纵横波完全分离,但是针对井间地震侧面波的研究并不多.本文构建高速透镜体和断层模型进行波场数值模拟,通过对三维地震波场的传播特征进行分析可知,井间地震接收的波场既有岩性分界面的响应,还会有侧向地质不均匀体产生的干扰,严重影响成像的质量和精度.经偏振旋转后的T分量记录对物性横向变化较为敏感,综合分析X、Y、Z分量和T分量上不同连井剖面的波场传播特征,可对侧向传播的干扰波进行有效识别,利用线性Radon变换可以在一定程度上将侧面波进行压制,为后续井间地震资料处理提供高信噪比的数据.本文通过理论模型进行试算研究,验证了该方法的有效性,并对理论记录取得了较好的分离效果.     

双偏振天气雷达探测量的伪彩合成

针对S波段双线偏振天气雷达,提出了一种基于水平反射率因子Zh、线性退偏比LDR和差分反射率因子Zdr等探测量的图像合成技术,根据它们各自的探测范围将3个变量线性调整至0~255的范围,再在RGB色彩空间内分别赋予图像的三个通道,从而得到全新的伪彩合成图像,对比分析发现,分别采用LDR、Zh、Zdr作为RGB分量的组合方式得到的合成图像能够体现出更为丰富的信息,新的图像保留了原始反射率因子的结构特征,两个偏振探测量特征也能通过色彩的差异而体现,同时具有较为舒适的视觉特征。根据不同类型水凝物粒子的取值范围,分别计算了不同类型粒子在LDR-Zh-Zdr合成图中的颜色值,定性分析表明不同类型粒子对应的颜色值有较大的差异,有利于人眼直接鉴别。用雷达PPI和RHI扫描数据进行个例分析表明,利用LDR、Zh、Zdr作为RGB分量方法得到的合成图像保持了原有反射率因子结构特征,图像不同色彩对应的粒子相态分布合理,用该图像能够方便地对雷达回波类型进行合理判断。