相控阵技术在大气探测中的应用及面临的挑战

近年国际上相控阵技术在大气探测领域中的应用有了重要进展,成为雷达气象学研究的又一新热点,并可能成为今后天气雷达发展的重要方向。介绍了相控阵技术在气象探测中应用现状和研究进展,以及近年在气象应用中所获得的最新研究成果,展望了相控阵技术的应用前景,进一步讨论了开展相控阵技术研究所面临的技术挑战和未来发展的方向。为我国开展相控阵天气雷达的研制提供参考。

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。

高光谱辐射反演气溶胶光学厚度及质量控制技术研究

为揭示高光谱辐射反演气溶胶光学厚度并研究其质量控制技术,文章基于安徽合肥2021-06-05 T 08:00/2021-06-05 T 16:00晴天数据,采用实际缺测检查、理论范围检查、统计控制等质量控制方法开展了研究。结果表明:研究期间数据无缺测;在理论范围检查剔除的数量极少,并且剔除数据具有时间一致性;统计控制可以有效地将直接辐照度波动值剔除,使反演产品更为准确合理;质量控制后6个波段气溶胶光学厚度均呈现先上升到正午时刻达到最大值后再下降的相同趋势,并且气溶胶光学厚度随波长增大而减小。

大气污染物质量浓度对黄土高原降水云物理影响研究

针对黄土高原实际降水展开研究,探究大气污染物质量浓度对黄土高原降水情况的影响程度。将黄土高原1990年-2019年共30年的气象数据资料作为实验数据,通过计算提取出黄土高原降水的分布特征,根据实际的大气污染物质量浓度,设定不同的大气污染物质量浓度环境,再计算大气污染物质量浓度与黄土高原降水情况的相关度,并对其进行分析。实验结果显示,大气污染物质量浓度越低,黄土高原的降水时间、降水强度和降水次数越高。黄土高原的降水情况会受到多种因素的影响,其中,大气污染物质量浓度对黄土高原降水情况的物理影响较大。

基于等效离子防雷技术的移动通信基站雷电防御方法

传统的防雷方法主要采用避雷针、地网等手段来引导雷电流入大地,然而这种方法在应对电磁脉冲的干扰方面较为薄弱,导致防雷效果并不好。为此提出基于等效离子防雷技术的移动通信基站雷电防御方法。首先,确定等效离子阻雷的安装位置,以便很好地覆盖基站区域;其次,设置大气电场雷电阈值,实时监测雷电活动;第三,实施雷电距离警报,及时发出预警信息;最后,利用等效离子防雷技术改变雷电自然路径,降低雷电对基站的潜在威胁。实验结果表明:与避雷针和接地防雷技术相比,基于等效离子防雷技术的移动通信基站雷电防御方法能有效吸收和中和电磁脉冲,降低雷电对电子设备的干扰和损坏,防雷效果更好,具有实际应用价值。

基于相控阵多普勒雷达技术的强对流天气预警系统设计

为了避免突发性灾害对人身以及财产安全造成的影响,针对天气预警过程的干扰因素较多、雷达成像像素精度较低等问题,设计基于相控阵多普勒雷达技术的强对流天气预警系统。设计数据采集芯片和电路混频器,通过不同的电压获取双通道接口的稳定运行。基于相控阵多普勒雷达技术,采集强对流天气数据并进行前期处理,通过多普勒雷达格式数据计算水平反射率结构以及梯度垂直反射率,避免干扰因素影响,计算最大模糊速度与最大模糊距离,得到雷达退速度模糊参数,建立强对流天气预警模型,得到一个新的强对流天气预警系统。实验结果表明,该系统所得到的不同径向距离以及不同方位角度的像素精度均小于0.03,提高雷达成像精度可以得到更准确地预警结果。

区域大气探测技术支持与保障信息系统

大气科学的发展前景十分广阔，在不断探索的过程中自然离不开区域大气探测技术的支持，因此如何提升区域探测技术以及保障信息系统成为了人们热议关注的话题。基于此，本文首先简要分析了大气探测技术的意义，随后从三个角度介绍了区域大气探测技术支持与保障信息系统的技术特点，最后阐述了大气探测技术支持与保障信息系统的具体功能，以此来供相关人士参考交流。

自动气象站探测网实时监控关键技术

在阐述自动气象站全网远程实时监控系统基本原理和系统架构的基础上,深入分析了站网扩容更新维护算法、在线自动气象站的远程指令控制等关键技术,并根据实时探测数据判断采集器及各传感器工作状态,实现故障信息的自动提取与短信报警。在对广东省近2000个区域自动气象站探测网的监控保障业务应用中,该系统较好地实现了全省自动气象站组网维护和工作状态远程实时监控,满足了自动气象站组网容量日渐扩大的业务保障需求,大大提高了组网自动气象站的维护保障效率。

山基和地基GPS联合探测大气折射率廓线的试验研究

通过在河北省雾灵山及其周边地区开展的山基 GPS 掩星观测和层析试验,利用掩星和层析反演大气折射率的方法,共获取575条山基掩星的折射率廓线和120条 GPS层析的湿折射率廓线。比较山基掩星和探空获取的大气折射率表明,二者系统偏差在1%左右,标准差为2%～3%,不同接收机反演的折射率符合精度优于1%,表明所选用的接收机在地面试验中基本可以满足对大气掩星观测的需求;山基掩星、GPS 层析和探空三种方法获取的大气湿折射率比较表明,三者具有很好的一致性,这从另一个方面进一步验证了山基掩星观测的效果;试验表明在低层山基掩星具有很好的垂直分辨率和精度,可以和 GPS 层析对整个对流层的探测互为补充,在大气探测方面具有重要的潜在应用价值。

一种基于专家库的地面气象探测设备远程技术支持系统

针对目前地面探测设备保障业务建设的相对滞后,存在保障标准化、信息化、自动化程度低,缺少监督手段,各项规范、制度执行力差等现状,综合分析业务需求,结合现代电子技术、互联网技术,文章提出了一种基于专家库的地面气象探测设备远程技术支持系统设计方案。该系统由远程服务器程序和现场手持设备组成,二者通过无线网络进行远程数据交互,其中远程服务器程序以专家知识数据库、基础信息数据库、应用端测试测量信息数据库为核心,为用户提供共享资源和多种智能诊断方法。现场手持设备能够实现信号模拟、测量以及远程交互的功能。

基于LoRa的海雾探测技术研究及效果检验

海雾是一种常见、易发的海洋灾害性天气,由于受到技术本身的限制,现有的国内外地基海雾观测手段在探测空间范围上远远不能满足实际业务需求。利用雾对无线电信号在大气中传输的衰减特性,该文提出一种基于远距离物联网通信技术的海雾探测新方法,在台湾海峡开展了长序列的观测试验,以相关性分析为基础建立了关系模型,并对实际观测效果进行了检验评估,结果表明,这项新技术具有很好的推广应用前景,为远距离、大范围海雾实时监测提供了技术解决方案。

激光雷达技术及其在大气环境监测中的应用

文章论述了激光雷达系统的原理、特点、分类、发展现状及其在大气环境监测中的应用,重点阐述了利用激光雷达对气溶胶、云、大气组分和大气动力学参数等进行实时、快速监测的技术以及其中的各种机制,包括Mie散射、Rayleigh散射、Raman散射、多普勒、差分吸收机制等。

气象探测装备技术保障体系建设探讨

科技的快速发展与创新,要求气象探测装备对科学技术的适应性不断增高.为满足气象事业的发展需要,对于气象探测装备技术保障工作提出了更细节更具体的技术要求.气象探测装备涉及到大气探测、信息网络、无线电及电子、机械工程等多门学科,本文就气象探测装备的技术保障体系建设进行探讨,以满足气象探测装备技术保障任务量的急速增长的需求.

基于J2EE架构的大气探测设备运行监控系统设计

针对大气探测设备运行监控的功能要求及特点,提出了基于J2EE架构的设计方案。在建立系统组件交互模型的基础上,通过数据层、业务层和Web层三层协作,实现所确定的系统功能。以探测设备运行监控及故障维护为例,阐述了系统不仅满足了气象设备监控网络化发展的需要,而且还能适应不同地区气象台站的需要,为该系统推广应用奠定了良好的基础。

地面气象观测站探测环境倾斜摄影评估方法

仰角、斜距和距高比测量结果是国家地面气象观测站探测环境评估的重要内容。利用倾斜摄影测量技术建立气象观测站探测环境三维模型,以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景,直观反映障碍物外观、位置、高度等属性,可提高测绘效率和评估结果的准确性。由稳定的低空飞行器、检定合格的数码相机、卫星导航定位模块以及三维模型处理软件组成的倾斜摄影测量系统,以气象观测站为中心,采用Smart3D软件进行空三加密和三维建模,并自动寻找最佳视角影像,根据气象探测环境保护相关国家标准识别并量算探测环境区域内的障碍物几何参数,可实现自动化辅助评估。

新一代双偏振天气雷达(CINRAD/SAD)精细化探测技术

新一代双偏振天气雷达在暴雨、台风等灾害性天气监测和预警中发挥了重要的作用。随着气象现代化发展以及预报时效性、精细化度的要求不断提高,S波段新一代双偏振天气雷达已不能充分满足发展过程迅速的中小尺度天气系统的研究、预警。气象雷达的时空分辨率对探测强对流过程中小尺度结构有重要作用,提高天气雷达时空分辨率是精细化探测技术的关键,本文着重从新一代天气雷达的时空分辨率、体扫方式等方面,通过对天气雷达脉冲重复频率、信号处理方法及扫描方式等进行改进,提高新一代双偏振天气雷达对中小尺度气旋和龙卷风等灾害性天气的探测能力,以获取快速变化的天气过程精细化特征,获得更新更快、分辨率更高的观测资料。

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。

基于虚拟技术的地面气象探测设备维修保障仿真技能训练系统设计

在自动气象站等地面气象观测设备维修保障培训业务中,由于现场演练设备短缺等因素,往往造成集中式短期技能培训效果不理想。本文提出了一种利用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验环境,提供可供操作的虚拟实验仪器,使学员在互联网上通过接近真实的人机交互界面完成实验,达到地面探测设备维修保障技能培训目的的思路,并通过软件编程实现了具有基本功能的仿真技能训练系统。

基于ZigBee技术的自动气象站数据无线传输研究

针对自动气象站有线数据传输链路无备份通信方式的问题,提出采用基于ZigBee技术的无线数据传输方式作为备份,研究把ZigBee技术应用于自动站通信系统实现气象数据的无线传输。经测试,基于ZigBee技术的自动站无线数据传输链路数据传输稳定可靠,传输成功率完全达到业务要求,具有较好的应用前景。

基于GNSS/MET和微波辐射计资料的合肥地区大气可降水量变化特征分析

文章结合2020—2021年合肥国家基本站的GNSS/MET和微波辐射计2个设备探测资料,演算了大气可降水情况的具体信息,分析2者的变化特征和差异。结果表明:GNSS/MET与微波辐射计反演的值变化趋势一致,具有较好的相关性,可以较好地反映合肥地区上空的水汽变化,但也存在明显偏差,其中均方根误差最大值在夏季,最小值在冬季,而相对方差则相反。对比来看,微波辐射计资料在夏季和秋季更具有代表性。