双基地双线偏振多普勒雷达资料处理与应用

摘要

双(多)基地多普勒天气雷达系统是由一部主动多普勒天气雷达和一个或多个远程被动低增益接收机组成,是探测大气风场的新技术之一.在我国即将完成多普勒天气雷达网建设以及风廓线雷达布网之前,双基地雷达可能是当前天气雷达网的重要补充手段之一。
　　 本文研究了双基地双线偏振多普勒雷达资料的质量控制、配对方法和风场反演的区域,并且研究了基于三维变分法的双基地双线偏振多普勒雷达系统的风场反演系统。利用中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境重点实验室研制的X波段双基地双线偏振多普勒雷达系统,获取外场试验资料,对此进行了探测能力以及风场反演方面的试验。考虑到雷达测量的径向速度存在误差,该风场反演方法利用主动雷达和被动接收雷达分别测得的径向速度作为约束条件,质量连续方程作为强约束条件,来反演三维速度场。利用三维对流风暴云模式(IAP-CSM3D)模拟的一次雹暴过程的结果,进行了风场反演的模拟实验。结果表明:在雷达测量径向速度不存在系统误差的条件下,能够较好地反演出真实的风场结构；该反演方法在风速较小时,对径向测量误差的敏感性较大；而风速较大时,对径向测量误差的敏感性较小,反演效果较好。再将实际个例反演结果与主站雷达联合北京市气象局S波段多普勒雷达组成的双多普勒雷达系统反演的风场进行对比,结果比较一致,该双基地双线偏振多普勒雷达系统同步观测技术设计合理,在实时探测三维风场特别是探测近地层风场方面有一定的应用潜力。
　　 最后,研究了主站X波段双线偏振多普勒雷达的二次产品开发.讨论了如何尽可能在保留原始反射率结构特征的情况下,将雷达体扫数据快速插值到三维格点中,为以后的三维组网以及三维回波的显示打下基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 选题的目的和意义

1.2 双(多)基地多普勒天气雷达领域的发展与现状

1.2.1 国外研究现状和进展

1.2.2 国内研究现状和进展

1.3 本文的工作

第二章 双基地多普勒雷达系统

2.1 双基地多普勒雷达系统探测原理

2.1.1 军用双基地雷达系统的几种波束扫描方式

2.1.2 适用于气象的弥散目标跟踪

2.2 双基地多普勒雷达系统的若干基本关系

2.2.1 双基地平面

2.2.2 双基地几何学与多普勒速度

2.3 双多普勒速度合成

2.4 双基地多普勒雷达气象方程

第三章 双基地双线偏振多普勒雷达资料处理与风场反演

3.1 双基地双线偏振多普勒雷达系统

3.2 双基地双线偏振多普勒雷达系统外场试验

3.2.1 探测能力初步试验

3.2.2 探测风场试验

3.3 雷达资料的读取与质量控制

3.3.1 基数据文件结构

3.3.2 基数据的读取

3.3.3 雷达基数据的质量控制

3.4 主站雷达和从站雷达资料的配对

3.5 资料配对的效果

3.6 三维风场构造与反演算法

3.6.1 传统方法

3.6.2 三维变分法

3.7 反演区域的确定

3.8 模拟资料试验

3.8.1 模拟资料试验结果分析

3.8.2 径向测量误差敏感性试验

3.9 实际个例分析

第四章 主站X波段双线偏振多普勒雷达二次产品开发

4.1 任意基线雷达反射率因子垂直剖面(VCS)

4.1.1 雷达反射率因子垂直剖面算法

4.1.2 实例分析与结论

4.2 等高平面位置显示(CAPPI)

4.2.1 等高平面位置显示算法

4.2.2 实例分析与结论

4.3 单雷达风场反演

4.3.1 反演算法

4.3.2 实例分析与结论

4.4 对流风暴的自动识别

4.4.1 识别算法

4.4.2 实例分析与结论

第五章 主站X波段双线偏振多普勒雷达体扫资料三维格点化方法研究

5.1 极坐标雷达资料三维格点化

5.1.1 笛卡尔坐标系下的网格点分辨率

5.1.2 从笛卡尔坐标反算雷达坐标

5.1.3 插值方法

5.2 雷达回波强度三维格点化产品的显示

5.2.1 显示平台

5.2.2 个例显示效果

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 存在的问题和未来的研究方向

致谢

作者简介

参考文献