S波段与X波段天气雷达探测参量差异及组网融合处理研究

随着X波段双偏振雷达探测网的增多,与S波段双偏振雷达开展组网观测愈发具有必要性。利用北京地区2021年7月27日的一次强对流天气过程的观测资料,对X波段双偏振雷达组网观测值和S波段双偏振雷达观测值进行一致性定量分析,结果表明:两者观测的反射率因子(Z)一致性好,差分反射率(Z_(DR))差异集中在0 dB值附近,Z≥30 dBz时,差分相移率(K_(DP))差异显著。根据观测值差异特征,比较了探测参量直接融合和距离指数权重融合两种数据融合方式,通过分析偏振参量垂直剖面图发现,融合后可以相互弥补探测盲区,K_(DP)通过距离指数权重融合的方式过渡更加自然。本文融合效果可供不同波段雷达融合组网提供参考。

“X波段”雷达在灾害性天气预报及服务中的应用效果评估及建议

本研究聚焦于“X波段”雷达技术在灾害性天气预报与服务中的应用,评估其效果并提出优化建议。首先分析了X波段雷达对灾害天气识别和追踪的关键能力,其次采用对比分析,研究数据处理及算法优化,以期提高预报的时效性与准确度。进一步,本文借助实际灾害事件,对X波段雷达在灾害预报服务中的应用成效进行综合评估,揭示准确率与有效性。最终,结合X波段雷达面临的技术挑战和现实问题,本文提出了一系列解决策略,以便提升雷达在灾害性天气预报中的应用水平。本文的研究结果对于指导今后的X波段雷达优化和提高灾害预报服务质量具有重要意义。

一次强对流天气的X波段相控阵雷达回波分析

利用东莞市X波段双偏振相控阵雷达资料,对2021年7月28日东莞一次局地冰雹和短时强降水天气的雷达回波特征进行分析。结果表明:台风“烟花”登陆北上形成宽广的台风低槽、低层的北风和西风辐合是该次强对流天气发生的背景条件;前期台风外围下沉气流造成的能量条件积累、中层的冷平流和珠江口低层西南风的加强为风暴的发展和维持提供了有利的环境条件。该次过程东莞东南部的对流风暴在原地生消,造成了塘厦镇125.5mm的局地短时强降水。低层KDP印对短时强降水有指示意义,而ZDR可以影响强降水阶段的雨强。东莞北部的对流风暴产生局地冰雹和8级短时大风,与东南部产生强降水的风暴不同,产生冰雹的风暴在降雹前具有强的ZDR柱,PPI上可观测到三体散射。风暴趋势产品VIL的两次明显下降对单体质心下沉产生辐散大风和冰雹的降落有较好的指示作用,相态识别产品也可作为判断冰雹是否落地的辅助工具。

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。

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(SPAR)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。

X波段双通道同时收发式多普勒偏振天气雷达

以我们研制的X波段多普勒偏振天气雷达为基础,介绍一种双通道同时收发式多普勒偏振雷达技术,并对其优缺点和应用问题进行讨论。这是一部真正意义上的多参数雷达,它可同时获取云和降水的强度信息(ZH)、多普勒信息(平均径向速度V,谱宽W)和偏振信息(差反射率ZDR,差传输相移ΦDP及比相差KDP和相关系数ρHV)。这些信息反映了云和降水粒子的范围、大小、运动变化和相态的不同,是全面了解云和降水特别是灾害性天气的形成机理及其微物理变化过程的较好工具。它可广泛用于大气物理研究、人工影响天气、暴洪监测和临近天气预报等领域,对于提高云和降水物理研究水平和提高防灾减灾能力都有重要意义。

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 。

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。

X波段双极化多普勒天气雷达极限降水的估计能力

首先分析了X波段双极化多普勒天气雷达降水估计的误差来源及其影响,然后分析了信比、积累阶数对降水估计精度的影响,明确雷达系统本身的测量误差所能达到的理想程度,结果表明在双通道的积累次数M=64,信噪比SNR=10dB的条件下差分反射率的σ(ZDR)=0.32dB,则相应R(Z,ZDR)的降水估计精度最好能达到44%,同样条件下差分相位的σ(ΦDP)=0.08°,那么在降水率R=50mm/h时R(KDP)的降水估计精度最好能达8.6%。

X波段移动全相参多普勒雷达应用及与C波段新一代天气雷达对比

本文根据2010年8月10日12:00至8月12日12:00在呼兰地区连续48 h观测得到的移动X波段全相参多普勒天气雷达的数据,讨论了该移动雷达在两个方面的应用情况:一是根据移动雷达观测150 km范围内得到的回波进行全方位跟踪、识别;二是对该移动雷达观测结果在强度场、速度场以及回波高度、回波位置与距离30km的C波段3830新一代天气雷达观测结果进行分析,并总结了其各方面的应用效果。

X波段车载型多普勒天气雷达结构总体设计综述

给出了X波段车载型多普勒天气雷达结构总体设计,针对天气雷达的特点及技术和环境条件的要求对总体结构的几个主要组成作了简要的介绍。

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波段移动全相参多普勒雷达应用及与C波段新一代天气雷达对比

根据2010年8月10日12时至8月12日12时在呼兰地区连续48小时观测得到的移动x波段全相参多普勒天气雷达的数据，讨论了该移动雷达在两个方面的应用情况：一是根据移动雷达观测150km范围内得到的回波进行全方位跟踪、识别；二是对该移动雷达观测结果在强度场、速度场以及回波高度、回波位置与距离30km的c波段3830新一代天气雷达观测结果进行分析，并总结了其各方面的应用效果。

一种X波段多普勒天气雷达信号处理器的研制

介绍了一种X波段多普勒天气雷达信号处理器的设计,给出了硬件系统和软件系统的基本构成并对基本算法及一些处理方法作了描述。

深圳X波段双偏振相控阵雷达降水估测算法效果评估

为验证X波段双偏振相控阵雷达的降水估测能力,利用2020年深圳市X波段双偏振相控阵雷达探测资料和广州市S波段双偏振雷达探测资料,建立基于双偏振雷达参量强弱(即ZH、ZDR和KDP)的本地化混合降水反演方法,对不同降水使用最优的雷达参量进行定量降水估测,统计广东龙门县2016年雨滴谱观测资料,得到降水估测公式中的系数,分析不同时间、空间和降水强度下降水个例,利用本地化降水反演方法产生的定量降水估计结果与雨量计观测资料对比。结果表明,高时空分辨率的X波段相控阵雷达可以提高降水估测精度。X波段相控阵雷达在高时间分辨率下,其估测降水强度变化趋势和自动站观测的降水强度变化趋势一致,并且对降水强度小于40 mm/h的降水估测较为准确。在最大观测范围内,X波段相控阵雷达能观测到低层的气象信息,其降水估测的评估结果优于S波段雷达。X波段相控阵雷达对暴雨以下的降水估测更加准确,对暴雨以上的降水估测结果误差较大,可信度不高。

新疆WR-08XDD型X波段中频相参多普勒双偏振天气雷达研制

文章从雷达的硬件和软件两个部分,对雷达的构造原理、技术难点、实现方式及解决方案等方面进行了分析和阐述。发现WR-08XDD型双偏振多普勒天气雷达设计技术要求高,需要认真分析和解决多项关键技术点。有运行稳定、信号强、可交替接收和发射、交替发射和接收,同时发射和同时接收等特点。我单位研制的WR-08XDD型双偏振多普勒天气雷达在同类产品中具有以下优点:1.在技术体制上采用中频相参技术,2.发射机采用体积小、功率大的同轴磁控管,3.接收机采用数字中频技术,馈线部分采用双发双收技术,与"全固态"发射机方案一样置于天线后部,省去了方位与俯仰旋转关节,4.馈线部分的连接波导也最短,更有利于双偏振雷达的实施,该方案的设计和改进在双偏振雷达领域尚属首创。

多普勒雷达V型缺口特征在冰雹预报预警中的应用分析

利用山西4部C波段多普勒天气雷达基数据和地面观测资料,对2009-2017年山西出现的38次多普勒雷达V型缺口特征进行统计分析,研究多普勒雷达V型缺口特征与降雹的对应关系,总结V型缺口对冰雹的预报预警指标,并在2018-2022年开展实时业务应用,对V型缺口特征及预报预警指标进行检验并订正。结果表明:降雹在V型缺口出现后开始,在V型缺口消失前结束;降雹概率与V型缺口起始高度无明显的对应关系;V型缺口对应的上升气流高度≤4 km时无降雹;V型缺口理想的观测仰角为2.4°~6.0°,最佳观测仰角为2.4°;强回波区呈现“蝴蝶状”是降雹最强阶段。降雹开始阶段预报预警指标及关注点:(1)V型缺口有弱回波区或有界弱回波区;(2)初始V型缺口沿径向长度>30 km,当≤30 km时上升气流伸展高度要超过4 km;(3)平均径向速度具有低层辐合高层辐散特征。满足以上3点可预报有冰雹出现,如果V型缺口首先在6.0°仰角观测到,可预报有大冰雹出现(直径大于1 cm),并立即发布预报预警信号。冰雹持续期间预报预警指标及关注点:(1)>50 dBZ强回波中心连续下降且回波顶高>10 km;(2)V型缺口对应的弱回波区呈倾斜状;(3)弱回波区或有界弱回波区稳定维持;(4)当在0.5°仰角观测到V型缺口时可预报冰雹仍在持续;当强回波区呈现“蝴蝶状”,可预报降雹强度增强;(5)当V型缺口最大垂直液态水含量>22 kg·m^(-2)、垂直液态水含量跃增量>26 kg·m^(-2)、垂直液态水含量密度>3.6 g·m^(-3)时,出现冰雹的概率较大。

X波段多普勒双偏振天气雷达选址方法

文章阐述了天气雷达遮蔽角图及等射束高度图的制作原理和方法,通过说明原始数据的获取步骤,利用“多普勒雷达客观选址软件”绘制遮蔽角图、等射束高度图及等射束高度拼图,分析了此方法对五峰县X波段雷达周围的遮挡情况、探测能力以及对观测盲区的弥补作用,为天气雷达选址方法与雷达探测能力研究提供参考。

一次局地短时强降水过程的X波段双偏振相控阵雷达特征分析

利用常规高空、地面气象观测资料,分析了2023年7月19日许昌市局地短时强降水过程成因,重点应用X波段双偏振相控阵雷达基本观测资料分析了此次局地短时强降水天气过程的演变特征及降水粒子特征,以供参考。