双偏振天气雷达雨区衰减测量偏差的修正

针对现有的测量雨区衰减方法受到标定局限性的限制,导致测量值存在偏差的问题,提出基于标定源的双偏振天气雷达雨区衰减测量偏差修正方法;安装双偏振天气雷达设备,并测量雨区衰减数据,以测量衰减数据为偏差修正的初始数据,分析测量偏差来源与类型;利用标定源对双偏振天气雷达设备进行标定,实现雨区衰减测量偏差修正.修正效果测试对比实验...     

广州新一代双偏振天气雷达的性能测量和分析

随着我国双偏振雷达的布网以及投入业务运行的数量增多,对双偏振雷达的稳定性要求也越来越高,因此对双偏振雷达进行业务评估,可为未来我国双偏振雷达的实时业务化标定以及双偏振雷达的升级提供参考。本研究从广州新一代双偏振天气雷达(以下简称广州雷达)的机内标定长期稳定性、全链路标定一致性、接收链路一致性以及旋转关节对接收链路一致性4个方面开展评估。测量和分析结果表明,广州雷达接收通道标定的差分相移值、机内峰值功率波动和相位噪声范围偶有超标情况,其余参数均达到性能指标要求。根据连续大半年的运行监测来看,广州雷达整体运行比较稳定,尤其是最关键的机内双通道差分反射率一致性较好。整个接收链路两个通道的差异波动较小,状态比较稳定,满足国内双偏振雷达指标要求。此外,双偏振的相位噪声和接收机动态性能较单偏振都提高不少。     

双发双收双偏振天气雷达信噪比改善方法研究

针对双偏振天气雷达在同时发射同时接收体制下,存在信噪比损失3 d B的现象,分析了信噪比损失对雷达回波产品显示的影响,并详细介绍了一种在信号处理器中对水平和垂直通道内的I/Q回波信号进行相干叠加,改善雷达回波信噪比的方法。理论分析和计算表明,该方法可以提高雷达信噪比2~3 d B;观测结果证实,该方法可以增强双偏振天气雷达对弱信号的探测能力。     

雷达定量估测降水量中双偏振参量的算法

双偏振多普勒雷达相较于业务广泛使用的单偏振雷达,可以获得水凝物相态等方面的信息,为短临预报、云降水物理研究及定量测量降水量提供了更多依据。为探索上海WSR-88D双偏振雷达资料在定量降水估测中的改进作用,引入双偏振参量水平反射率因子Z_h、差分反射率因子Z_(dr)、差分传播相移率K_(dp)等,与自动站雨量观测数据进行比较,分别试验了R(K_(dp))、R(K_(dp),Z_(dr))、R(Z_h,Z_(dr))三种算法,进行了单站和面上的Z-R关系定量估测降水量试验。研究表明:在单站试验中,得到的估计值与R(K_(dp))的结果基本一致,与此次降水中闵行站的反射率因子Z和差分传播相移率K_(dp)一直较大有关,但从总体趋势上来看,与雨量计数据相比,这三种算法仍存在降水量估计不足的情况;进一步提出了多种Z-R关系综合算法,在对流降水试验中,计算的显著降水区域与实际观测结果基本对应,强降水中心在对流的发展阶段和成熟阶段皆有响应,在对流成熟阶段,强降水中心的降水估计与实际观测结果较接近,但是在对流发展阶段,强降水中心的降水存在高估,说明在35 dBZ以上的强回波区域,算法还有待改进,需进一步研究算法的本地化和降水类型细化。     

中国首批双偏振天气雷达标定试验分析

中国很多新一代天气雷达正在或已经进行了双偏振升级改造,双偏振雷达将在未来业务应用中发挥极大的作用,而雷达标定的可靠性直接影响其应用效益。以中国首批业务化双偏振天气雷达(广州、阳江、韶关、梅州、厦门)开展双偏振技术试验的标定数据为研究对象,从机内标定、接收链路标定、全链路标定及旋转关节标定共4方面展开分析。结果表明:机内标定和接收链路标定基本满足技术要求,但部分雷达受到不定期的外界电磁干扰,影响了噪声系数的标定,需进一步净化电磁环境;全链路标定结果表明,5部雷达系统Z_(DR)误差分别为:-0.38、0、0.38、0.44、-1.38 dB,系统误差整体偏大,这与基层雷达台站缺乏实时有效的监测方法有关;旋转关节标定表明,由旋转关节引入的一致性偏差是动态变化的,具有不确定性,对差分反射率和差分传播相移的测量结果会造成一定程度的影响,随着旋转关节的磨损,需要对其影响进行长期跟踪检测。这些结果可为后续双偏振雷达升级改造、运行评估及制定双偏振雷达业务化标定流程提供科学依据。     

C波段双偏振雷达退速度模糊的分析

南京信息工程大学C波段双偏振雷达(NUIST-CDP)和南京龙王山的S波段多普勒天气雷达(CINRAD-SA)相距较近,两部雷达能探测同时刻的风场结构。相对于S波段的多普勒天气雷达,C波段双偏振雷达波长较短,更易产生速度混淆区,发生速度模糊现象。针对一般的算法不易实现速度退模糊的问题,提出了人机交互的退速度模糊处理方法;该方法通过结合操作者的专业知识,可以准确地退除速度模糊现象,保留真实的速度信息。实例分析表明,采用人机交互的退速度模糊方法,可以将大范围的速度模糊现象准确地剔除。此外,由于S波段雷达与C波段双偏振雷达探测的风场是客观唯一的,因此对比CINRAD-SA探测的同时刻速度回波,可以辅助判断退模糊算法效果。分析结果证实,该算法适用于解决C波段双偏振雷达的速度模糊现象,对今后该雷达数据的质量控制和应用分析有着重要的意义。     

一次典型南海季风槽云系的双偏振雷达特征分析

鉴于过往对于南海季风槽降水云系的研究多以数值模拟或气象卫星数据为主,而以双偏振雷达对其展开详细分析的研究却相对较少,因此为了加强海南省西沙永兴岛双偏振雷达在南海季风槽降水云系中的应用效果研究,笔者以2021年10月17日发生在海南省西沙永兴岛附近的一次典型南海季风槽所引起的热带扰动降水云系为基础,同时结合S波段双偏振天气雷达、地面自动站降水观测等资料对其展开了深入的分析与研究,结果表明：该次热带扰动云系主要受南海季风槽影响,南海海域高空风场存在明显辐合,叠加高空偏东急流带来了丰富水汽、副热带高压带明显西伸等多重因素在过境永兴岛期间发生持续性降水;该次热带扰动云系过程可分为3个阶段,在其第2和第3发展阶段对流属性占据主导地位,10:00～11:00期间混合云系垂直积分液态水含量及雷达回波顶高出现小幅跃升,且云系内部小部分区域在高空5 km以上高度出现弱的“Z_DR柱”现象;在混合云系发展成熟期(11:00～12:00),云系内部超过50 dBZ的区域主要集中在6 km以下的中低层,云系的差分反射率(Z_DR)超过1 dB的区域面积显著变大,相关系数...     

台风"卢碧"引发的福州极端降水成因初探

采用福州市地面自动站资料、ERA5再分析资料(0.25° ×0.25°)以及X波段双偏振相控阵天气雷达等新型观测资料,分析了台风"卢碧"(2109)造成福州极端降水的成因,并介绍了X波段双偏振相控阵天气雷达资料在台风降水预报中的应用.研究结果表明,强降水云带的持续影响、源源不断的水汽供应、强的高低层抽吸作用以及舒适的海...     

偏振雷达参量对融化层回波的探测敏感性分析

融化层特征的研究及其微物理性质的识别在云物理降水研究、人工影响天气、航空飞行以及积云参数化方案修订等都有重要意义。利用南京信息工程大学C波段双偏振雷达(简称为NUIST C-Pol雷达)的回波强度Z,差分反射率因子ZDR、差分传播相位常数KDP、正交相关系数ρHV,研究融化层回波(即零度层亮带,简称亮带)敏感性及其对应水凝物微物理特征。根据NUIST C-Pol雷达2014年实测数据,分析亮带的偏振参数探测特性时发现相关系数最敏感,它比其他参量更早出现亮带特征;其次是差分反射率因子、差分传播相位常数,最后才在回波强度上看到明显的亮带。进一步地,探讨了亮带中相关系数的探测敏感性及其数值减小的机理。研究结果对于用双偏振雷达参数研究云降水物理特性具有理论和应用价值。     

降雪回波的双偏振雷达云相态垂直特征分析

双偏振多普勒天气雷达为探测降雪回波提供了丰富信息,其中距离高度显示RHI(range height indicator)垂直特征有助于识别降水云体相态分布的精细结构。以2018年1月3～5日南京信息工程大学C波段双偏振雷达RHI扫描的暴雪回波为例,结合探空资料进行物理量诊断,研究暴雪回波偏振参量和非偏振参量的相态分布垂直特征及其与大气风温湿结构的关系。结果表明:暴雪回波中,雷达高带或淞附效应存在于6 km高度附近,温度在-12～-15℃,含有湿雪和冰晶粒子;2 km高度附近的差分反射率因子强回波带为增温增湿的层云,层云之上的热力不稳定易促进对流抬升,揭示了冬季降雪具有高架对流的特点。研究结果有益于深入认识降雪在垂直方向上的精细结构及云微物理机制,提高降雪的预测能力。     

基于层叠结构的双极化单脉冲天线

研究双极化微带阵列天线在单脉冲雷达系统中的应用,使传统单脉冲雷达系统具备收发极化分集能力以及多种极化形式下的目标角误差信息提取能力. 采用基于层叠结构馈电的正六边形双极化微带天线构建满足单脉冲雷达系统需求的一维阵列天线,通过计算机仿真,利用比幅单脉冲角误差提取方法以及任意极化合成方法在同一天线中得出线极化、圆极化、椭圆极化形式下的和差波束方向图以及角误差曲线. 并在一维阵列的基础上研究了低成本、低复杂度的二维阵列组阵方式以及二维角误差提取方法. 研究结果证明了利用基于层叠结构馈电的微带阵列天线构建双极化单脉冲天线的可行性.      

郑州“7·20”极端暴雨的双偏振雷达回波与风场特征分析

为了细致地了解郑州极端暴雨的雷达回波特征与内部动力特征间的联系,本文利用地面自动站、探空、欧洲中期再分析资料以及双偏振雷达,分析了中尺度对流系统发展和成熟阶段的回波和雷达反演的风场结构,揭示了对流系统内粒子相态特征,动力特征等宏微观特征。本文主要研究结果如下：1）反射率因子特征为南北向的带状区域逐渐汇集为团状;径向速度特征为低层辐合和风向随高度顺转的强垂直风切变;2）基于雷达偏振量的分析,给出了对流系统局部结构,进一步的研究表明：差分反射率狭窄的强弧状区域,可有效地指示对流系统内的强上升运动,其为极端降水系统的持续性发展提供了动力强迫;3）剖面上差分反射率柱与差分相位常数柱在空间分布上呈现出分离现象,两者体现出对流系统内的强上升运动,为暴雨的发展与增强提供了强有力的支持。     

多普勒天气雷达数据质量控制及流域降雨定量估算应用研究

 为了充分发挥多普勒天气雷达在防洪减灾中的应用优势,数据质量控制的研究有着深远的意义。针对多普勒雷达数据短缺、异常点 、晴空回波等质量问题,提出了数据短缺的插补延长方法、异常点回波处理方法和格网点基础回波处理法。并应用GIS方法实现了 流域格网化和子流域划分,对比分析了多普勒雷达估测降雨数据和雨量计自记雨量数据,研究结果表明,多普勒雷达和雨量计对降 雨过程的监测能力相关性较好,多普勒雷达更能展现流域降雨的时空分布。     

滇西高原一次强降水过程的雷达产品分析

利用新一代多普勒雷达产品和地面加密自动站等资料,对2013年8月11—12日发生在滇西高原的一次强降水过程进行分析.结果表明,此次过程是500 hPa青藏高压和副热带高压之间的两高辐合区及700 hPa西南气流影响造成;雷达图上,以层状云降水回波为主的混合降水回波,强度未超过40 dBz;雷达径向速度场存在暖平流加辐合的风场特征;低层长时间持续西南气流以及对流层中上层冷空气的入侵与强降水过程的发生及维持密切相关;利用改善的EVAD方法计算出的散度场和垂直速度场在强降水发生发展的不同时期分布不同,对降水的增强和维持有较好的指示意义.     

基于双高斯拟合的风廓线雷达在降水条件下的风场反演

风廓线雷达在降水天气下探测到的返回信号主要包括大气湍流信号和降水粒子信号,其功率谱数据在结构上通常表现为双峰结构,并且在一定程度上可以看成是双高斯形式的。本文利用北京延庆CFL-08型边界层风廓线雷达在降水条件下获得的探测数据,采用双高斯拟合的方式将湍流谱和降水谱分离开,并通过分离之后的湍流谱对不同强度的降水过程进行了垂直速度场和水平风场的反演。反演结果表明,利用双高斯拟合可以有效地将湍流谱和降水谱区分开,反演得到的垂直速度场、水平风场较处理之前更加精确。     

Sentinel-1双极化数据舰船目标几何特性提取

 舰船目标几何特性提取是合成孔径雷达（SAR）图像海上目标检测识别的重要基础。在具有几何真值样本的基础上,通过参数寻优和拟合回归,能够提高几何特性提取的精度,这在TerraSAR-X数据上已有研究。本文考虑Sentinel-1大部分情况下均能提供双极化数据这一特点,探索双极化信息能否进一步提升几何特性提取的精度。基于OpenSARShip测试库,首先使用二维度滤波进行图像处理,该图像处理过程中的关键参数使用交叉熵方法进行寻优,在大样本基础上,得到最优参数;之后,在目标几何特性的图像处理提取结果上,综合传感器、环境、目标3方面信息,特别是融合双极化信息,使用多元线性回归模型进行拟合,得到比仅用单极化信息更高的几何特性提取精度,证实了双极化信息的可用性。     

北京气象局天气雷达回波阻挡订正技术研究

经过多年的建设,我国已经形成了相当规模的天气雷达监测网。由于我国地形起伏和高大建筑物的影响,新一代天气雷达在正常使用的过程中不可避免地会遇到地形遮挡的问题。以北京南郊雷达站为例,利用3 s高分辨率地形数据,充分考虑地球曲率和标准大气折射的影响下,模拟了雷达波束遮挡。根据天气雷达估测降水系统中关于地形遮挡补偿的算法对地形遮挡部分进行补偿,同时对于新增加的建筑物遮挡,增加了人工编辑地形遮挡率。最后利用天津雷达站(未遮挡部分)和北京雷达站(遮挡部分)重合的部分来验证地形遮挡补偿的有效性;此方法显著提高了混合扫描反射率产品(HSR)及降水类一系列衍生产品的质量。