X波段全固态天气雷达降水探测能力的研究

以中国气象局大气探测重点开放实验室的X波段全固态天气雷达为试验平台,介绍了雷达距离探测分辨力满足50m的条件下,通过组合探测模式弥补宽脉冲造成的雷达近场探测盲区;重点分析了由脉冲压缩引入的距离副瓣对气象回波强度探测范围的影响,通过计算说明双向加权是在牺牲峰值发射功率的代价下较大程度地改善主瓣能量泄露,但这种方法并不适宜峰值功率与压缩比有限的应用。进一步引入了自适应旁瓣抑制方法,模拟表明该方法峰值旁瓣抑制能力近似为-50dB,且主瓣展宽系数接近于1。并与经典的匹配方式和汉明加权失配滤波方式进行了试验对比,弱信号探测改善约4dB;最后在分析雷达最远探测距离的基础上,通过一次外场观测案例与713型雷达对比了降水探测能力,该固态雷达能够探测150km范围内强于10dBz的降水回波。

中国首颗降水测量卫星(风云三号G星)的探测能力概述与展望

2023年4月16日09时36分(北京时)中国首颗降水测量卫星—风云三号G星(FY-3G)成功发射,本文在介绍风云三号降水星技术特征的基础上,着重分析FY-3G降水探测能力及在暴雨监测中的应用前景。结果表明:卫星轨道高度407 km、倾角50°,装载了Ka/Ku双频降水测量雷达、微波和光学成像仪的FY-3G卫星,可对影响中国大部分地区的台风、暴雨、强对流等灾害性天气系统三维结构进行探测。FY-3G在设计层面上,降水探测能力与目前美国第二代全球降水测量计划(GPM)核心星(GPMCO)相当,在载荷类型、数量、通道设置等方面优于GPMCO卫星。FY-3G业务运行后将与风云三号上午、下午和黎明星等其他极轨气象卫星以及风云高轨静止卫星组成风云降水探测星座体系,提升风云卫星星座的降水总体探测能力,为气象防灾减灾提供更强的基础支撑。

降水粒子的成像探测技术及仪器初探

降水粒子识别在天气现象的自动观测、人工影响天气及天气雷达定标等领域有重要应用。针对降水粒子的形状测量,总结了两种成像探测仪器的原理、主要技术指标、功能及应用情况;提出一种基于线阵CCD的降水粒子狭缝摄像方法,分析了CCD对降水粒子的线扫描过程及粒子形状获取过程;构建了降水粒子测量的光学系统,成像系统采用远心光路以提高测量精度,照明系统采用克拉照明以获得均匀照明;最后分析了待解决的问题.

基于线阵CCD的降水粒子探测高速数据采集系统

针对线阵CCD图像扫描技术探测降水粒子的情况,设计了一种基于高速模数转换器(ADC)、先进先出缓存器(FIFO)和数字信号处处理器(DSP)的线阵CCD数据采集系统。能实现以该线阵CCD驱动时序最高频率16.6 MHz的数据采集,系统运行稳定;数据存储和处理循环进行,保证信号转换的稳定性和避免数据存储丢失;详细描述前端调理电路、数据采集系统的原理、硬件构成和逻辑控制模块,给出了数据处理算法设计和系统试验结果。

大气探测高技术及应用研究进展

大气探测技术是支撑大气科学,特别是大气物理和大气环境学科发展的重要基础,其主要任务是发展新的探测和试验手段、原理和方法,为认识大气运动以及大气中各种物理、化学、生物过程的基本规律及其与周围环境的相互作用提供技术手段和方法。除了充分利用国内外已有的成熟技术和产品对大气科学发展提供支持外,大气探测还存在一系列科学与技术问题需要研究和开发,这也是大气探测科学与高技术的前沿。本文从强对流和降水探测技术、雷电探测技术、云特性探测技术、臭氧和气溶胶等大气成分探测技术、地基GPS观测反演大气和海洋参数、大气与环境综合探测平台六个方面综述近五年来中国科学院大气物理研究所在地面大气探测高技术研发、实验观测及相关研究领域所取得的一些主要进展,并对未来发展进行展望。

C波段调频连续波天气雷达探测系统及观测试验

对降水云更高时、空分辨率观测资料的需求推动了天气雷达技术的发展,调频连续波雷达(FMCW)系统采用收发分置双天线体制,采用数字直接移相(DDS)技术和快速傅里叶变换(FFT)信号处理技术,获取高度分辨率达到15、30 m,探测周期2—3 s的回波功率谱分布和谱参数,具有脉冲多普勒雷达无法比拟的探测优势。C波段FMCW(C-FMCW)雷达最小可测信号功率达到-170 dBm,微弱信号的定量标校是技术难点。采用标准信号源输出单频信号,经过数字直接移相扩展为与雷达系统相同扫频范围信号,得到最小输入功率可达-169.77 dBm的定标曲线,由定量标校后的谱分布计算得到回波强度谱密度分布。该雷达于2013年6月起在安徽定远开始观测,利用8月24日降水过程探测数据,与距离该地48 km的蚌埠和83 km的合肥SA扫描雷达观测数据,分别进行对流云与层状云的观测比对分析。对于均匀分布的层状降水云,C-FMCW雷达与SA雷达探测结果基本接近,C-FMCW雷达与蚌埠SA雷达的平均均方根误差为1.75 dB,与合肥SA雷达的平均均方根误差为2.02 dB,C-FMCW雷达与两部SA雷达探测的回波强度差异小于1 dB。对观测试验谱参数及回波强度谱密度分布进行了初步分析,C-FMCW雷达在研究降水云体的相态分区、晴空大气边界层回波等方面有较好的应用前景,有助于加深对强降水云中垂直运动的强烈变化的探测和认识。

基于CINRAD-SA双偏振雷达新型定量降水估测方法研究

杭州下沙S波段天气雷达在双偏振升级的基础上增加了精细化探测技术,为了进一步提高雷达定量降水估测精度,本文参考小时雨量计订正雷达估测降水算法模型,建立了一种基于分钟级雨量计数据的实时定量降雨估测雨强订正方法(简称QPE-ADJUST法),利用雨量计资料对雷达的QPE数据逐体扫实时订正,累计完成1 h、3 h降水估测产品,提高了雷达降水估测精度。通过对雷达产品及自动站数据资料的评估,分别从降水估测算法、雷达分辨率影响及体扫周期速度影响3方面对QPE-ADJUST法的估测降水效果进行了统计分析。结果表明:QPE-ADJUST法在雷达高分辨率、快体扫周期的情况下均比其他算法更好地表现出降水时空分布特征,并将雷达小时定量降水估测的误差从50%降低至20%左右,有很高的估测精度和稳定性,具有业务应用价值。

固态降水传感器现场核查装置技术研究

针对气象观测台站固态降水传感器现场核查及测试的实际需求,研制了现场核查装置,结合砝码法实现了固态降水传感器的现场核查和测试;现场核查装置由基于ZigBee无线网络的数据获取装置和加重装置构成,数据获取装置具备环境气压、温度、相对湿度的实时检测能力,具备RS232、RS485及通断信号方式3种固态降水传感器接口的数据读取能力;加重装置由三角支架、OPD降水模拟器及砝码托盘组成,其中降水模拟器采用阻挡原有OPD降水发生探测器红外光束,人为给定指定频率脉冲信号的方法实现了降水的模拟,能够兼容多种型号的固态降水传感器;经实验测试,固态降水传感器能够准确识别加入其中的砝码重量,数据获取装置的3种接口数据读取准确度均达到100%;降水量测量值与理论值相关系数为0.9999;表明现场核查装置能够应用于固态降水传感器现场核查及测试业务。

China Will Launch 14 Meteosats over the Next Ten Years

It was announced at the Symposium for FY Satellite Development that by2025,China will launch 14 more meteorological satellites,developed by CASC,into orbit.The 14 satellites include one FY-2 satellite,four FY-3 satellites,three FY-4 satellites,two precipitation measurement radar satellites,one earlymorning-orbit satellite,one geostationary atmospheric microwave sounding satellite,