3836C波段双线偏振多普勒雷达及其在一次降水过程中的应用研究

该文介绍了2004年完成的在北京市气象局升级改造后的3836C波段双线偏振多普勒雷达的技术状况,并通过对2004年11月9日北京地区一次大范围层状云降水观测资料的分析,讨论了其探测资料的质量情况和对降水粒子的探测性能,同时还根据零度层亮带内不同相态降水粒子的散射和空间取向等特征建立了一种利用双线偏振雷达观测资料识别零度层亮带的方法,并利用该雷达的观测资料对识别结果做分析检验,最后讨论了零度层亮带内各种降水粒子相态的变化规律。研究结果表明:除线性退极化比LDR未作分析外,3836雷达探测到的这次降雨过程的分析结果与国外双线偏振雷达的研究结果相似,其对降水粒子相态结构的反映比较有效合理。建立的零度层亮带识别模式合理,识别得到的结果能反映零度层亮带的特征。通过对零度层亮带内各偏振参数的变化特点分析,从双偏振雷达测量参数的角度解释了“零度层亮带”现象的形成是由于在零度层以下的冰相粒子融化成大雨滴然后再裂碎为小雨滴,从而造成在该层内水平偏振反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR先增大后减小、水平/垂直偏振波零延迟相关系数ρhv(0)先减小后增大的规律。

C波段双线偏振多普勒雷达资料质量分析

以中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室C波段双线偏振雷达2011年完成升级改造后观测的一次降水过程资料为例,讨论其探测资料质量及其对降水粒子的探测性能,统计分析降水回波的差分反射率因子ZDR、零滞后互相关系数ρHV(0)与信噪比SNR的关系,以及系统初始相位的稳定性,反射率因子ZH分别与差分反射率因子ZDR和差传播相移率KDP资料的一致性。结果表明:差分反射率因子ZDR及零滞后互相关系数ρHV(0)在信噪比小于15 dB时受噪声影响较大,资料变得不可信;距离雷达3 km以内的偏振参量不稳定,资料不可用。系统初始相位在观测过程中相对稳定,无明显波动。利用垂直扫描数据进行系统误差订正后的ZDR资料能较好地反映降水粒子的实际情况,而对差传播相移ΦDP分类处理后拟合的差传播相移率KDP资料也与实际情况相一致。

C波段双线偏振多普勒雷达差分相位质量分析

由于差分传播相移率(K_(DP))不受电磁波在雨区衰减影响,与降水强度呈线性关系,在定量降水估测和降水粒子相态识别方面具有重要作用。利用北京市气象局C波段双线偏振多普勒天气雷达观测数据,对差分相位(Φ_(DP))数据进行了质量分析和处理,包括地物杂波抑制、退折叠和滤波;再利用该雷达在2012年7月21日特大暴雨期间观测到的数据分析Φ_(DP)处理效果,并用处理后的Φ_(DP)数据估算K_(DP),对估算结果进行了分析。结果表明,该算法能有效识别地物杂波、退除差分相位折叠以及滤除干扰和降水移动等引起的随机数据波动,处理后的数据估算的K_(DP)能有效反映降水粒子的特性。

GLC-12型X波段全相参双线偏振脉冲多普勒天气雷达技术

阐述了 GL C- 12型脉冲多普勒天气雷达的技术与系统构成以及信号 /数据处理的方法。

基于线性规划方法处理C波段双线偏振多普勒天气雷达差分相位φ_C数据

高质量的差分相位数据能够有效地提高雷达识别粒子、估测降水的能力。本研究针对南京信息工程大学C波段双线偏振多普勒天气雷达(NUIST-CDP),提出一套差分相位φC数据的质量控制算法。其中将雷达观测到的差分相位φC分为5个部分:差分传播相位φDP、后向散射差分相位δ、非降水回波的波动εNP、系统误差εS以及电磁波信号的随机扰动εR。在线性规划方法的基础上,采用模糊逻辑法、小波分析法与迭代滤波法分别将差分相位φC数据中的εNP、εR和δ剔除,然后依据滤波后的数据,将各径向中第一个降水回波的值作为该径向的系统误差εS。结果表明,该算法能够有效地平滑由非降水回波引起的大振幅波动以及因电磁波信号造成的小振幅扰动,且可以剔除差分相位φC数据中存在的δ。此外,处理后的数据满足随径向距离递增的条件。

C波段双偏振多普勒天气雷达资料分析及在定量估计降水中的应用研究

基于南京信息工程大学C波段双线偏振多普勒天气雷达(NUIST-CDP)的观测资料,结合南京龙王山SA天气雷达数据、南京信息工程大学大气综合观测基地的OTT Parsivel雨滴谱仪数据、南京市地面雨量计数据,分析NUIST-CDP探测资料的质量及定量降水估计(QPE)精度情况。将NUIST-CDP与SA雷达的回波强度数据进行了对比,发现NUIST-CDP回波强度偏弱;将滴谱仪上方NUIST-CDP测量的反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_(DR)与滴谱仪数据对比,雷达参量Z_H、Z_(DR)与滴谱仪数据变化趋势一致,但整体略偏小;比较差分传播相移率K_(DP)与Z_H的变化情况,由差分传播相移Φ_(DP)经最小二乘法计算得到的K_(DP)与Z_H数据一致性很好。利用南京地区2015年夏季(5—8月)收集的滴谱数据计算偏振雷达参数,拟合测雨方程,进行两次降水过程个例的QPE分析,并与南京地区雨量计数据进行了对比。结果表明:R(K_(DP))测雨精度最高,R(K_(DP),Z_(DR))次之,使用偏振参量能明显提高降雨估算精度;R(Z_H)、R(Z_H,Z_(DR))方法测雨反演结果低于地面雨量计雨量值,且低于SA雷达反演结果。

移动X波段双线偏振多普勒天气雷达差分相位数据质量控制

针对移动X波段双线偏振多普勒天气雷达,提出了一套差分相位数据质量控制算法,包括地物杂波抑制、退折叠、初始差分相位调整和滤波等,然后利用2个个例分析了这种差分相位数据质量控制算法的效果。结果表明,该算法能有效地识别和消除差分相位数据中的地物杂波、退掉折叠的相位和滤除正常的随机差分相位波动。

车载X波段双线偏振多普勒天气雷达及其数据处理系统

文章介绍了车载X波段双线偏振多普勒天气雷达及其数据处理系统,并对其资料质量和应用问题进行了分析和讨论。该雷达采用的单发双收的工作机制,实现对Z_H、Z_(DR)、Φ_(DP)、K_(DP)、ρ_(HV)(0)以及L_(DR)等参数的探测。这些信息反映了云和降水粒子的范围、大小和运动变化等特征,是研究云和降水特别是灾害性天气的形成机制及其物理过程变化的有效工具。基于该雷达的数据处理系统是在利用这些测量参数的基础上,可以实现降水处理和降水粒子相态识别功能,为用户提供有效的气象服务。

C波段多普勒雷达双PRF模式速度混淆区识别和处理方法研究

中国C波段新一代天气雷达在双PRF工作模式下经常在正(负)速度区出现负(正)速度杂点的情况,严重影响了雷达资料的使用。为了提升雷达径向速度资料的质量,提出了一种对C波段新一代天气雷达在双PRF工作模式下径向速度正负速度混淆区(速度混淆区,下同)的识别和处理方法,并以CINRAD/CC雷达资料为例,分析了识别和处理方法的效果。利用哈尔滨和牡丹江雷达2010年夏季部分时段观测资料进行验证。结果表明,速度混淆区内径向速度值的跳动幅度约为雷达双PRF模式最大不模糊速度值。利用径向速度资料中各点与周围8点径向速度平均差值的分布规律和区域内正、负速度平均值的差值规律,能够正确识别速度混淆区,速度模糊区边界能够得到保留;以速度混淆区各点为中心,通过统计各点邻域内非速度混淆点的正、负速度点个数占非速度混淆点总数的比例,再将最大比例对应的径向速度算术平均值作为该点的径向速度替代值,能够消除并修正原始资料中的速度混淆区;对比原始资料,处理后资料中的速度混淆区被消除,资料质量得到提高。

先进的X波段双线偏振多普勒天气雷达系统研究

叙述了X波段双线偏振多普勒天气雷达系统关键技术 ,并利用该试验型雷达探测降雨强度 ,提取降水粒子相态信息。进行了一些分析研究 。

一次吉林强降雨的X波段双线偏振多普勒天气雷达资料分析

本文利用714XD P-A型X波段双线偏振多普勒雷达的回波信息及地面雨量站资料,对2007年5月吉林省伊通地区一次带状对流性降水进行了研究。本文首先采用卡尔曼滤波对ФDP进行处理,并利用滤波后的ФDP对ZH和ZDR进行衰减订正,然后通过多元线性回归拟合出3种雷达测雨公式。最后通过3个相对雷达不同距离的雨量站对测雨公式的测雨效果进行检验。结果表明3种测雨公式中R(KDP)对不同距离的降水反演效果均较好。

X波段双线偏振多普勒雷达共极化差分相移资料的滤波方法研究

为了提高X波段双线偏振多普勒雷达的共极化差分相移Ψ_C质量,利用714XDP-A型车载X波段双线偏振多普勒雷达在北京顺义的探测资料,构造了一个综合滤波方法。将其应用于滤波处理,得到结果:(1)综合小波去噪滤波方法在滤波处理及差分传播相移率K_(DP)的估算方面相较于中值滤波、综合滑动平均、综合卡尔曼滤波及综合有限脉冲响应(FIR)滤波都是最优秀的,其能较好地保留原始Ψ_C平均趋势及细节特征(偏差基本在±2°可信范围内,部分区域由于对原始Ψ_C细节特征的保留会略有超出),避免探测误差零值对滤波产生的影响(误差零值订正值回归平均趋势水平,偏差在±2°可信范围内),对原始Ψ_C距离廓线的平滑程度达到了94%～97%[平滑了超出±1.5°Gate^(-1)(Gate表示雷达距离库)的波动,对±1.5°Gate^(-1)内波动保留];(2)估算的K_(DP)整体在±5°km^(-1)边界阈值内,避免了探测误差零值、环境噪声和δ对K_(DP)估算产生的误差影响,K_(DP)对较强降水指示明显(在回波强度30 dBZ≤Z_H<37 dBZ的层积云降水中K_(DP)普遍大于0.25°km^(-1),峰值可达到4.3°km^(-1);在回波强度30 dBZ≤Z_H<50 dBZ的积雨云降水中K_(DP)普遍大于0.1°km^(-1),峰值可达到1.95°km^(-1))。本文工作对于降水估测和水成物粒子识别有着改善效果,这对雷暴天气预警预报具备重要意义。

X波段双线偏振多普勒雷达资料质量评估

以山东省首部X波段全固态双线偏振多普勒天气雷达724XSP观测的几次降水过程资料为例,与济南站多普勒天气雷达（CINRAD/SA）资料进行对比分析,并利用XSP雷达观测的层状云降水资料进行偏振参量的质量分析。结果表明：XSP雷达波束在穿越层状云云体时的衰减比较均匀,与SA雷达探测的云体结构比较接近,但XSP雷达对45 dBZ以上强回波的探测能力较差,尤其探测冰雹云云体结构时二者差别较大。对偏振参量分析发现,当SNR〈10 dB时,ZDR、CC、ΦDP和KDP等偏振参量受噪声影响明显,误差较大不可信;当SNR位于15-23 dB时,ZDR和CC的测量值有明显波动,质量较差;XSP雷达的ZDR测量值较理论值偏低0.5 dB;ΦDP和KDP资料受衰减影响较小,当SNR〉10dB时,质量比较可靠。

线性规划在X波段双线偏振多普勒天气雷达差分传播相移质量控制中的应用

对X波段双线偏振多普勒天气雷达而言,差分传播相移(φDP)数据质量是影响雷达应用的关键因素,需要开展其数据的质量控制。首先利用相关系数(ρHV),差分反射率(ZDR)纹理和差分传播相移纹理特征信息剔除非气象回波,然后采用一种新的方法——线性规划来开展差分传播相移的数据质量控制。比较分析了雷达原始差分传播相移数据经过3、5、7点不同平滑点数对线性规划结果的影响,分析数据表明不同平滑点数对线性规划结果几乎无影响。将线性规划方法应用到北京组网的X波段双线偏振多普勒天气雷达差分传播相移数据质量控制上,结果表明,差分传播相移经过线性规划后,可以有效提升其数据质量,表现在:(1)差分传播相移具有累积递增属性和差分传播相移率(KDP)的非负属性,与差分传播相移和差分传播相移率应该具备的物理属性一致;(2)可以有效剔除因冰雹等大粒子产生的后向差分传播相移(δ)对差分传播相移的影响,提升其计算差分传播相移率的准确度。

双线偏振多普勒雷达估算降水方法的比较研究

用美国KOUN双线偏振多普勒雷达2003年5～6月观测的两次强对流降水的天气过程资料,研究了从冰雹云降水回波中剔除冰雹回波得到液态降水区域的方法,冰雹回波剔除的结果保证了估测降水量不受冰雹的影响;分析了S波段双线偏振多普勒雷达几种估测降水强度方法的差异,并与地面雨量站资料进行对比,研究了KDP计算方法本身对降水估测的影响。结果表明:在实际的估测降水中,不同降水估测方法得到的结果有较大的差异,利用KDP估测降水的方法不适合小雨阶段的测量。

双线偏振多普勒雷达资料质量分析

以中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室的车载C波段双线偏振多普勒雷达(CPDRW)2011年完成升级改造后观测的一次大范围层状云降水过程资料为例,讨论了该设备改造后探测资料质量的改进情况及其对降水粒子的探测性能,同时利用模糊逻辑法结合地物的常规特性和偏振特性,建立了一种运用双线偏振雷达观测资料识别地物及地物与降水混合回波的方法,并利用该雷达的观测资料对识别结果进行了分析检验,最后统计分析了降水回波的差分反射率因子(Z_(DR))、零滞后互相关系数(ρ_(HV)(0))与信噪比的关系,以及系统初始相位的稳定性及降水资料的一致性。分析结果表明,在常规参量的基础上添加偏振参量并采用模糊逻辑法构建的综合识别模式和常规识别模式都能较好地识别地物,但综合识别模式明显改善了常规识别模式0速度区过度识别的问题,且在地物与降水回波混合的情况下叠加混合回波识别模式具有更加明显的优势。雷达改造前,Z_(DR)及ρ_(HV)(0)在信噪比小于25 dB时受噪声影响很大,测量值存在较大误差,资料变得不可信;通过这次的升级改造,其信噪比探测阈值由25 dB降低到15 dB。系统初始相位比改造前更加稳定,随仰角和时间的波动性更小。利用垂直扫描数据进行系统误差订正后的Z_(DR)资料能较好地反映降水粒子的实际情况,Z_(DR)随信噪比的变化较之改造前更加平稳,而对差传播相移Φ_(DP)进行分类处理后拟合的差传播相移率K_(DP)资料也与实际情况一致。

双线偏振多普勒雷达测量精度的理论分析

双线偏振雷达的主要任务之一是定量测量降水 ,反射率因子ZH、差反射率因子ZDR、差相移率常数KDP都可以用来反演降雨强度 ,而KDP的测量误差大小是影响反演降雨强度效果的关键。本文从理论公式出发 ,计算和分析了不同方位平均、距离平均、不同谱宽σV等因素对差传播相移ΦDP测量精度的影响。理论计算结果表明 :ΦDP的测量误差随着样本对数M、距离平均区间的增大而减小 ,随σV 的增大而增大 (σV=1m/s时例外 ) ,此外 ,还总结了 3种由ΦDP计算KDP的方法 ,并对这 3种方法的测量误差进行了比较 ,发现方法二的测量误差很大 ,方法一和方法三在一定的条件下都能使KDP测量精度达到 0 .1°/km。

双线偏振多普勒雷达资料质量的定量评估

以中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室的车载C波段双线偏振多普勒雷达2011年在云南洱源的外场观测资料为例,通过雷达质量指数算法将影响雷达资料质量的主要因子——波束展宽、波束遮挡、地物杂波污染、电磁波衰减等,以距离库为单元按0-1的取值范围量化处理,以此对雷达资料质量进行定量评估。其中,质量指数越接近0就表示雷达资料受各因子影响越大,质量越差;质量指数越接近于1,表示雷达资料受各因子影响越小,质量越好。根据该定量评估结果可以直观地了解资料质量受各因子的影响程度及其整体情况,并方便根据不同的应用需要来筛选数据。

双线偏振多普勒天气雷达识别冰雹区方法研究

利用美国KOUN雷达的一次强对流天气过程的观测资料,讨论分析了利用双线偏振雷达观测资料识别冰雹区的方法,在此基础上建立了利用模糊逻辑法识别冰雹的识别模式,并对其得到的结果进行分析和讨论,为国内未来的双线偏振雷达业务运行提供参考和帮助。分析结果表明:基于模糊逻辑法利用双线偏振雷达观测资料建立的识别模式,不仅可以反映出实际的冰雹区位置,而且还可以对其分类。其识别的结果比较符合实际的天气过程。

双线偏振多普勒雷达及其探测技术的应用

介绍了双线偏振多普勒天气雷达的基本原理和双偏振参量。阐述了几种较常使用的估测降水强度的算法,并分析了不同算法之间的差异。讨论了利用双线偏振雷达观测资料识别冰雹区的方法,其中,基于模糊逻辑技术的冰雹识别模式,不仅可以反映出实际的冰雹区位置,而且还可以对其分类。