天气雷达站电磁环境影响监测研究

天气雷达站产生的超标电磁辐射会对人体造成严重的损伤。为此,提出天气雷达站电磁环境影响监测与分析。分析天气雷达站电磁影响因素,结合发射天线的方向函数,构建雷达功率密度模型。测试结果表明,对于S波、C波段、X波段,真实值与计算值呈现随距离增加而降低的趋势。对于三个波的频段,当接近天线的远场区时,计算值与真实值逐渐接近,相对误差均较小,说明模型在远场区的适用性更强;研究算法与实测值的拟合程度较高;在模型的应用中,真实反映了某市区的电磁辐射情况。

天气雷达空中生态监测

每年数以亿计的昆虫、候鸟和蝙蝠等空中动物在全球范围内远距离迁飞,显著影响空中生态系统的结构和功能。随着全球气候和环境的不断变化,空中生态环境也在迅速恶化,对人类的生命和健康构成了严重威胁。为了保护空中生态环境,首要任务是对其进行有效监测。天气雷达具有大范围、全天时、全天候监测能力,可覆盖百千千米空间尺度,是监测和研究宏观空中生态的有效工具。十余年来,天气雷达空中生态监测领域取得了突破性的进展,极大提高了对空中迁飞动物的探测能力,可有效弥补传统监测手段存在的覆盖范围小和时间分辨率低等技术局限。天气雷达已在全球范围内的生物多样性保护、迁飞性虫害监测、疫源疫病传播防控等重大空中生态议题中发挥着日益重要的作用,有效填补了宏观生态研究空白。目前,美国、欧洲和中国分别建立了全球三大天气雷达网,为空中生态研究提供了重要的基础设施和数据支持。本文详细阐述了当前全球天气雷达空中生态监测的科学研究进展,以及通过天气雷达揭示的空中动物迁飞科学规律。然后,对天气雷达生态监测中迁飞动物的电磁散射建模、雷达回波提取、群体参数反演、雷达观测验证实验,以及宏观迁飞模型等关键技术进行了梳理和总结,并详细介绍了中国天气雷达空中生态监测的进展情况。最后,对未来发展方向进行了展望,指出针对中国当前农业迁飞性害虫和鸟类宏观迁飞等重大监测需求,需要在扩维探测、多参反演、多源预测等方面深入研究和探索,以进一步解读重大动物迁飞事件、分析宏观迁飞规律、揭示空中生态对气候变化的响应。

利用无人机有源标定仪开展天气雷达远场标定试验

文章针对天气雷达缺乏远场标定能力的现状,提出利用无人机有源标定仪开展天气雷达远场标定的方案。通过给出无人机有源标定仪开展天气雷达远场标定试验的测试项目与条件,完成了对雷达天线、发射通道和接收通道的标定测试,试验结果符合相关技术要求。后期将对标定仪做进一步改进和完善,以期更好地满足雷达标定业务需要。

天气雷达三体散射长钉回波特征分析

利用2016—2020年中国中东部地区47个强对流个例中50部S波段多普勒天气雷达的基本反射率因子产品资料,在筛选出2626个样本的基础上,分析三体散射长钉(TBSS)特征。结果表明:TBSS在1.5 km和5 km高度附近出现频次最高;在2.4°仰角出现频次最高。TBSS主要出现在雷达静锥区边缘至雷达径向距离210 km范围,在距离雷达115 km附近达到峰值;TBSS在雷达极坐标系中呈现南多北少、西多东少的形势;当对流风暴移动方向与雷达径向方向的夹角大于30°时有利于观测到TBSS。TBSS回波强度在起始端径向向外0~15 km范围内迅速降低至5 dBz,15 km之后在-5~10 dBz波动,TBSS区域中70%以上为低于25 dBz的弱回波;99%的TBSS长度小于40 km,不同长度的TBSS形态符合正态分布。TBSS出现频次和长度与强回波的中心最高值和区域面积没有显著相关关系。

基于SRTM数据的天气雷达净空环境评估研究

针对天气雷达的选址受净空环境直接影响的问题,提出基于SRTM数据的天气雷达净空环境评估研究。采用航天飞机雷达地形测绘使命高程数据,对天气雷达净空环境进行评估,并进行方位矫正和距离矫正。测试结果表明,基于航天飞机雷达地形测绘使命数据的天气雷达净空环境评估方法的方位分辨率为0.25°,测距大于260千米;与实地勘测结果之间的误差最小,具有较好的一致性;方位角的变化幅度较小,误差小。表明研究提出的方法在天气雷达净空环境评估中具有较好的应用效果,对气象检测技术的发展有一定促进作用。

沈阳2次重污染天气过程的风廓线雷达观测结果对比分析

为进一步研究重污染天气的形成机理,利用风廓线雷达资料、常规气象观测资料和大气污染物监测资料,对2015年11月6—10日和2019年3月2—6日(分别简称“过程Ⅰ”和“过程Ⅱ”)沈阳2次重污染天气过程进行对比分析,重点总结风廓线雷达直接探测产品和反演产品的演变特征。结果表明:过程Ⅰ,污染重,污染物浓度增速快,能见度持续偏低,下沉速度大,动力条件更稳定,且雷达接收的气象回波信号强。低层始终维持高强度的暖平流,为污染物浓度达到异常峰值提供强力的暖湿条件。过程Ⅱ,污染相对较轻,冷、暖平流交替出现,使污染物浓度呈波动式上升,增速慢,能见度存在日变化,下沉速度小,且雷达接收的气象回波信号弱。2次重污染过程都受外来污染物输送影响,但输送路径不同。

垂直大气湍流影响下的天气雷达回波信号优化检测方法

垂直大气湍流导致回波信号在大气中扩散,使回波信号质量较差,极易被噪声所淹没,因此,提出垂直大气湍流影响下的天气雷达回波信号优化检测方法。通过分析垂直大气湍流对天气雷达回波信号传输特性的影响,匹配滤波优化算法,改善垂直大气湍流影响导致质量下降的回波信号,利用模糊逻辑方法提取回波特征参数并构建对应隶属函数,设定阈值,获取天气雷达回波信号检测结果。实验结果表明:该方法可有效检测不同仰角的天气雷达回波信号,回波信号波形均匀且波动幅度小,检测效果较好。

雨滴谱数据在S波段双偏振天气雷达数据质量评估中的应用

结合T-Matrix方法和雨滴谱仪数据反演双偏振参量,设计了一种雨滴谱反演评估方法(雨滴谱法),利用其反演结果可对双偏振天气雷达数据进行评估。将此方法应用于不同类型降水过程的雷达偏振参量数据质量评估,结果表明:满足微雨条件时,雨滴谱法与传统的微雨滴法均能有效监测由雷达系统误差导致的观测偏差,且评估结果十分接近;不满足微雨条件时,雨滴谱法评估的不同类型降水过程的雷达数据质量与满足微雨条件下的评估结果十分接近,客观证明了系统调整后雷达运行良好、数据质量稳定;不同雨强(R)情况下,雨滴谱法的评估结果具有一致性。10 mm·h^(-1)≤R<20 mm·h^(-1)时,雷达观测的数据质量最为稳定。该雨滴谱法适用范围广,可动态评估双偏振雷达偏振参量质量,有助于雷达调整和数据校正。

地物对新一代天气雷达双偏振量的影响研究

双偏振量的数量级远小于回波强度(ZH),观测资料的准确是双偏振雷达资料应用的基础,地物引起的双偏振量异常此前大多被忽视。使用中国93部双偏振升级后的新一代天气雷达观测资料,通过长时间数据累积后的异常区确定地物影响的特征和范围,进而统计分析该影响在中国业务雷达中的整体比例、影响的主要来源、影响与雷达型号和观测模式的关系、影响随时间的变化情况、影响的性质及双偏振量的分布特征等,得到的结论如下:(1)地物使得双偏振量的累积值严重偏离降水区间,差分反射率因子(ZDR)累积值偏低1 dB以上,相关系数(ρH_V)降至0.92以下,差分传播相移(ΦDP)的标准差大于10°,该特征成为识别地物影响的主要依据。(2)地物影响不限于低层,仰角抬升后副瓣接收的地物信号也能产生类似的效果,大部分雷达近地面区域的影响占比在14%—32%、高仰角为4%—7%,远比地物对波束的遮挡影响严重。(3)地物影响主要由具备强散射能力的山脉和建筑物引起,当站点低于地形时,周围山脉是主要贡献者;当站点与地形高度接近时,周围建筑物是主要贡献者。(4)地物影响可用随机误差与系统误差的叠加来定量描述,使影响区内的双偏振量在单一时次的观测不确定度增大,且主瓣区域的影响比副瓣区域更严重。

新型透波接闪杆在X波段天气雷达防护中的应用

针对X波段天气雷达受金属接闪杆或金属引下线干扰时出现反射率、差分反射率等参数劣化的问题,本文采用精细设计的非连续片段式金属箔片阵列作为引下线的导流结构,与高性能复合材料杆相结合设计了新型透波接闪杆,成功解决了透波与雷电通流的难题:接闪杆导流结构接闪时受雷电电场激发形成连续等离子体通道,成为承载雷电流通路;非连续的金属箔片大幅降低了雷达反射率。为验证新型透波接闪杆防护与透波能力,开展了试验测试:①高压附着接闪与冲击通流能力测试,结果表明新型透波接闪杆平均击穿阈值为4.45 kV/cm,冲击通流能力大于150 kA(±10%,10/350μs波形),满足GB50057和QX/T2-2016标准规定的第二类建筑雷电防护要求;②实地安装试验测试,结果表明相较于金属接闪杆,新型透波接闪杆对雷达反射率、差分反射率等关键参数的影响大幅降低。本文研究的新型透波接闪杆能够降低避雷系统对雷达探测性能的影响,可以在类似相控阵雷达直击雷防护中进一步应用和推广。

天津区域鸟类活动的双偏振天气雷达回波分析

利用2022年6月至2023年3月的宝坻S波段双偏振天气雷达资料,对探测到的天津区域空中生物活动进行分析,结果表明:天津区域空中生物活动存在明显的季节变化和日变化。雷达能够探测到的候鸟迁徙回波集中在2月下旬到11月下旬,其中湿地鸟类活动在夏季比较明显,候鸟迁徙活动在2月、11月特别频繁,鸟类回波出现的时刻与日出日落有明显的关联。其中,秋季鸟类活动特征较为明显,回波在反射率产品上呈现明显的类圆形特征,回波强度能达到35 dBz以上;从径向速度产品上可以看出,鸟类飞行时径向速度约在10~27 m·s^(-1);从相关系数(CC)产品上看,鸟类回波的CC整体数值较低,主要分布在0.1~0.8;从差分反射率(ZDR)产品上看,ZDR分布不均匀,最大可达3~5 dB。相比于单偏振天气雷达,S波段双偏振天气雷达对空中生物回波的识别有显著优势。

相控阵天气雷达技术研究进展

天气雷达是一种典型的气象雷达,也称测雨雷达,是用于警戒和预报中、小尺度降雨天气系统的主要探测工具。自第一部天气雷达问世以来,社会经济的持续发展和科学技术的进步,推动了天气雷达技术不断创新发展,经历了常规模拟、数字化、多普勒、多普勒双偏振等发展阶段。天气雷达的核心部件发射机系统也从磁控管、速调管发展到全固态、相控阵技术。本文介绍国内外相控阵天气雷达技术研究进展,重点综述相控阵天气雷达技术研究进展。内容包括:介绍气象微波波段与天气雷达种类,介绍天气雷达体制发展进程,介绍双线偏振多普勒天气雷达;综述相控阵天气雷达技术进展,以及介绍几种新发展的相控阵天气雷达等。最后,给出总结和展望。

基于空间数据的天气雷达反射率强度一致性分析方法

为了解决传统雷达反射率强度一致性分析与评估中数据展示不直观、分析方法不系统、分析效率较低等问题,提出一种基于空间数据的天气雷达反射率强度一致性分析新方法。通过空间数据库构建,获得雷达反射率强度平均偏差辐射图,并以广西及周边雷达为例开展了实例应用分析。结果表明,利用平均偏差辐射图可以直观地从宏观上评估多部雷达之间的反射率强度一致性关系,从而快速锁定可能存在问题的雷达,为台站开展整改提供重要参考,可有效用于雷达反射率强度一致性评估和雷达反射率强度一致性整改效果评估。

天气雷达实时回波省级直显系统设计与应用

天气雷达实时回波所见即所得的特性在气象业务工作中发挥着不可替代的作用。受技术条件限制,实时回波只能在雷达本站或本级气象台接收使用。该文分析了实时回波难于在大范围共享使用的主要原因,总结了目前主流解决方案的弊端,并提出省级直显系统设计实现思路与方法:以天气雷达径向流传输业务为支撑,从径向流传输的省级节点上采集雷达实时数据,实现与原雷达系统的彻底解耦;在云端建立Linux集群,向全网用户转发雷达实时数据,转发时采用分段式多线程内存压缩传输技术,既保障实时性又降低网络宽带占用;客户端从集群获取实时数据,经解压缩还原后完成回波的可视化。2022年4月,该系统在甘肃省气象信息与技术装备保障中心部署成功,并向全省提供8部C波段和7部X波段共15部天气雷达的实时回波直显服务,实现了省级范围内多部天气雷达实时回波的集中接收和直接显示。

基于3种方法的福建天气雷达探测环境评估与分析

【目的】我国新一代天气雷达组网探测仍然存在较大盲区,特别是对低层大气的覆盖情况缺少评估。该文旨在研究福建省雷达对低层大气的探测情况,以辅助补盲雷达站址选择。【方法】利用SRTM高分辨率地形数据,采用3种方法,对福建省8部SA天气雷达0.5~3.4°仰角的探测环境,从单站范围、雷达探测重叠度、组网覆盖范围等方面进行分析,其中方法1、方法2、方法3分别基于射线海拔高度不同、射线与地形高度差不同、馈源以上高度不同,对一定高度区间的雷达覆盖情况进行评估。【结果】从业务角度出发评估低层大气探测环境,方法1和方法2的评估效果更优,以方法2为例,分析在盲区新建雷达的补盲效果,结果表明盲区主要位于闽中、闽西南和闽北地区。【结论】补盲雷达若位于靠近福建省界的闽西南区域,能最大程度新增0~2 km高度雷达波束覆盖面积,经计算得出新增面积可达15 000 km2以上。

基于雷达回波特征和物理量场特征的彝良县冰雹天气预警方法研究

利用彝良县2013—2022年冰雹天气的常规资料、探空资料以及雷达资料等,对发生在彝良县冰雹天气的背景、雷达回波特征以及物理量场等进行深入分析。对该地区冰雹发生前的雷达回波特征和物理量场特征进行统计分析,彝良县冰雹的定量预警指标雷达回波特征参数特征为:最大回波强度>60 dBz,回波顶高>10 km,物理量场特征参数为:θ_(se(850~500))≥6.48℃,沙氏稳定度指数(SI)≤1.2℃,这些指标可作为该地区冰雹天气预警的重要参考。

新一代天气雷达在气象服务中的应用分析

当前阶段,新一代天气雷达在气象服务中发挥出越来越重要的作用,尤其是可以有效地监测灾害性天气,如大风、冰雹、暴洪等。从组成部分、探测原理、观测模式3个方面介绍了新一代天气雷达,分析了新一代天气雷达在气象服务中的应用,包括灾害性天气的监测和预警、定量估测大范围降水、增强人工增雨的效果,并探讨了新一代雷达数据在气象服务中的应用前景。

基于AD9361的天气雷达回波模拟与硬件系统

针对现有雷达回波模拟系统硬件设计复杂、成本高等缺点,提出一种基于单片射频芯片AD9361的天气雷达回波模拟系统的设计。系统软件部分采用基于高斯功率谱模型的回波模拟算法,以不同天气特征下雷达回波的基数据为输入,灵活配置雷达参数,模拟出I/Q原始回波数据;再通过千兆以太网接口高速传输到硬件系统存储中。系统硬件部分以ZYNQ作为主控芯片,通过SPI协议与LVDS差分接口对射频芯片AD9361进行控制,将存储系统中的I/Q数据读出,传输给AD9361,实现雷达基带信号到射频信号的转换。系统模拟的射频信号通过发射端输出,经过数字接收机处理得到基带I/Q数据,对I/Q数据采用脉冲对处理法提取反射率因子、速度和谱宽,并与原始基数据进行对比,验证了天气雷达回波系统的可行性。方案设计的天气雷达回波模拟器系统硬件简单、成本低、配置灵活。

广东新一代天气雷达故障率及运行时效评估

文章对广东省范围内新一代天气雷达故障率及运行情况进行了系统性分析与评估,通过统计故障发生频次、故障发生时间、故障发生部位及故障持续时间数据,分析雷达在运行保障等方面的现状并提出改进方法。建立天气雷达运行能力评估指标体系,根据能反映雷达运行能力的各类数据,可以对全省的业务考核雷达进行评估。

CINRAD/CD型天气雷达发射系统定标技术方法研究

文章结合内蒙古地区最新的CD型新一代天气雷达系统特点,在仪器仪表使用要求、发射系统指标测试方面的技术方法和注意事项进行了详细叙述,为自治区级和台站级技术保障人员开展新一代天气雷达维护、测试和定标工作方面提供一定参考。