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。

X波段双偏振雷达不同衰减订正方法对比分析

利用旬邑X波段双偏振雷达数据,采用Z_(h)-K_(DP)综合法、Z_(h)-K_(DP)综合分类法、ZPHI降水廓线法和初始相位法进行衰减订正对比分析,并将订正后数据与西安C波段天气雷达数据进行对比检验。结果表明,4种订正方法均能对反射率因子进行有效订正,订正后强回波中心与K DP强中心基本吻合,可基本还原降水分布特征;采用ZPHI降水廓线法订正后出现条纹状误差回波,订正效果较差;不同订正方法均可使X波段雷达反射率因子与C波段雷达反射率因子间的相关性提高;采用Z_(h)-K_(DP)综合法、Z_(h)-K_(DP)综合分类法和初始相位法订正后,强回波中心位置与C波段雷达较接近,订正后的反射率因子平均值与C波段雷达反射率因子值接近,绝对偏差和相对偏差减小;Z_(h)-K_(DP)综合分类法和初始相位法订正效果相对不稳定,Z_(h)-K_(DP)综合法订正效果较好且稳定。

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。

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。

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。

济宁S波段双线偏振多普勒雷达数据质量分析

以济宁S波段双线偏振多普勒雷达观测的层状云降水资料为例,分析了信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、相关系数(ρhv)对偏振参量的影响以及近距离双偏振参数的特征。利用雷达最高扫描仰角的层状云降水资料,对小雨和干雪两种自然目标物差分反射率因子(ZDR)的订正效果进行分析。研究表明:(1)SNR小于21 dB时,ZDR、ρhv、差分传播相位偏差(ΔΦDP)的平均值和标准差随SNR的变化波动明显,ZDR、ρhv、差分传播相位(ΦDP)不稳定,数据质量差。SNR大于21 dB时,ZDR、ρhv、ΦDP才具有可信度,且随着SNR的增大,ZDR、ρhv、ΦDP的稳定性越来越好。(2)SNR大于21 dB、ρhv<0.965时,ΔΦDP的平均值和标准差随ρhv的变化而波动剧烈;SNR大于21 dB、ρhv>0.965时,ρhv越大,ΦDP的值越稳定。(3)受地面噪声干扰、近距离地物以及天线旁瓣的影响,0~15 km的近距离偏振参数不稳定,数据质量差,业务应用中需特别注意。(4)利用小雨和干雪两种自然目标物对ZDR系统误差进行标定,通过对比发现,小雨粒子的ZDR系统误差的平均值和标准差比干雪粒子小很多,且小雨粒子ZDR系统误差订正曲线比干雪粒子稳定;小雨粒子相比于干雪粒子,其ZDR系统误差订正效果更稳定;经过系统误差订正后的降水粒子的ZDR值较订正前更加合理。

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波段双偏振雷达回波实时反演研究

为了确保YLD1-D型X波段双偏振多普勒天气雷达各类型回波能够实时生成并叠加到“威宁县气象综合业务管理系统”的GIS地理信息系统上,有效订正雷达数据。通过数据处理主机与服务器搭建于同一局域网,实现了数据采集与上传等功能,对雷达基数据进行加工处理,形成可叠加的回波图嵌入系统内。经过多次测试表明,系统能实现实时采集雷达数据并更新回波图,为本地气象服务带来极大便利。

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。

上海浦东X波段双线偏振雷达衰减订正效果分析

降水对X波段雷达电磁波的显著衰减,造成了回波弱化现象,带来了定量应用不准确的问题。为了减轻降水衰减对雷达数据的影响,用Z-K_(DP)(反射率因子-差分传播相位常数)方法对上海浦东气象局的X波段雷达反射率因子进行订正试验,具体方案为:当K_(DP)≥0.3°·km^(-1)时,用K_(DP)的值进行订正;当K_(DP)<0.3°·km^(-1)时,使用雨滴谱拟合A(衰减系数)和Z间的经验公式做衰减订正。选取对流性降水个例(2020年9月17日)和稳定性降水个例(2021年2月26日)进行衰减订正试验,经过衰减订正和系统偏差订正后,X波段雷达反射率因子与S波段雷达的反射率因子大小相当,回波形态相似,验证了该订正方法适用于对流性降水和稳定性降水的X波段雷达反射率因子的衰减订正。

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。

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。

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。

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。

1522号台风外围佛山强龙卷X波段双偏振多普勒雷达反射率因子特征

广东是我国一个龙卷多发地区,近年来该地区发生的龙卷造成了重大人员伤亡和巨大的经济损失。为了开展对龙卷的监测和预警,2015年佛山市建设了X波段双偏振多普勒天气雷达。2015年10月4日下午广东省佛山市发生了一次龙卷天气过程,当龙卷涡旋移近佛山市X波段双偏振雷达时,该雷达探测到了超级单体风暴钩状回波内的龙卷涡旋。龙卷涡旋位于钩状回波的末端,龙卷涡旋的反射率因子呈现为一强反射率因子区,该强反射率因子区的中间反射率强度相对较弱;与该强反射率因子对应的位置,平均径向速度有明显的涡旋特征;在龙卷涡旋的位置,双偏振雷达的差分反射率ZDR有一明显的低值区,零滞后相关系数CC也有一明显的低值区。分析认为,这是龙卷卷起的杂物碎片形成的龙卷碎片特征。

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%。