新一代多普勒天氣雷達產品(已修改)

　

【正文】 新一代多普勒天氣雷達產品及其在短時天氣預報中的應用楊引明上海中心氣象臺目 錄第一講：新一代多普勒雷達基本構成及雷達產品生成數據流簡介……………………..(4)1．1 基本構成…………………………….………….……………………………………(4)1．2 數據采集子系統 （RDA）…………….…….…………………………………….(5)1．3 產品生成子系統 （RPG）………………………………………………………....(7)1．4 主用戶處理子系統 （PUP）………………….………………………………… …..(8)第二講：雷達基本產品的生成、調閱和應用…………………..………………………..(9)2．1 基本反射率因子（R）……………………………………………………………(10)2．2 平均徑向速度（V）……………………………………………………………….(12)2．3 速度譜寬（W）…………………………………………………………………....(14)第三講：由基本反射率因子導出產品的生成、調閱和應用………………………….…(16)3．1 組合反射率因子（CR）…………………………………………………………..(18)3．2 組合反射率因子廓線（CRC）……………………………………………………(20)3．3 反射率因子剖面（RCS）………………………………………………………….(22)3．4 分層組合反射率因子平均值（LRA）……………………………………………(24)3．5 分層組合反射率因子最大值（LRM）…………………………………………...(26)3．6 弱回波區（WER）…………………………………………………………………(28)3．7 風暴跟蹤信息（STI）……………………………………………………………..(30)3．8 風暴結構（SS）……………………………………………………………………(34)3．9 冰雹指數（HI）……………………………………………………………………(36)3．10 回波頂高（ET）………………………………………………………………….(40)3．11 回波頂高廓線（ETC）………………………………………………………..…(42)3．12 垂直積分液態含水量（VIL） ……………………………………………….… (44)3．13 強天氣概率（SWP）…………………………………………………………….. (46)3．14 一小時降水量（OHP）…………………………………………………………. (48)3．15 三小時降水量（THP）…………………………………………………………..(50)3．16 風暴總降水量（STP）……………………………………………………………(52)3．17 用戶可選降水量（USP）………………………………………………………….(54)3．18補充降水資料（SPD）…………………………………………………………….(56)3．19一小時數字降水陣列（DPA）……………………………………………………(58).第四講：由基本速度資料導出產品的生成、調閱和應用………………………………..(59)4．1 風暴相對平均徑向速度圖（SRM）………………………………………………(60)4．2 風暴相對平均徑向速度區（SRR）………………………………………………. (62)4．3 平均徑向速度場剖面（VCS）…………………………………………………….(64)4．4 速度方位顯示（VAD）………………………………………………………….…(66)4．5 速度方位顯示風廓線（VWP）…………………………………………………… (68)4．6 中尺度氣旋（M）…………………………………………………………………(70)4．7 龍卷渦旋標志（TVS）…………………………………………………………….(74)4．8 組合切變（CS）……………………………………………………………………(78)4．9 組合切變等值線（CSC）……………….………………………………………….. (80)第五講：由譜寬資料導出產品其它產品的生成、調閱和應用……………………….. (82)5．1 譜寬剖面（SCS）………………………………………………………………….. (83)5．2 分層組合湍流平均值（LTA）……………………………………………………. (85)5．3 分層組合湍流最大值（LTM）……………………………………………………. (87)5．4 組合矩（CM）…………………………………………………………………….. (89)5．5 強天氣分析（SWA）………………………………………………………………(91)第六講：新一代多普勒雷達產品在局地暴雨預測和監測中的應用……………..……(96)（6．1）、暴雨形成的條件..……………………………………………………………(96)（6．2）．形成暴雨常見的對流回波系統………………………………………………(96)(6．3)．WSR88D多普勒天氣雷達降水探測算法及評估………………………………(97)（6．4）．基于WSR88D多普勒天氣雷達的暴雨監測……………………………..…(100)（6．5）．個例分析…………………………………………………………………..…(102)第七講：新一代多普勒雷達產品在冰雹預測和監測中的應用……………..…………(106)(7．1)．利用新一代多普勒雷達產品冰雹監測流程………………………………….(106)(7．2)． 強冰雹概率指數……………………………………………………..…(106)第八講：新一代多普勒雷達產品在龍卷風預測和監測中的應用………………….…(108)(8．1)．龍卷風的定義、強度等級和分類……………………………….……………(108)(8．2)．龍卷風產生多普勒天氣雷達資料特征…………………………………….…(108)(8．3)．WSR88D多普勒天氣雷達的龍卷風探測方法………………………………..(110)(8．4)．龍卷風的監測和預警流程…………………………………………………….(113)(8．5)．個例分析……………………………………………………………………….(116)一. 新一代多普勒雷達基本構成及雷達產品生成數據流簡介與常規天氣雷達不同， WSR—88D多普勒天氣雷達是全相干脈沖多普勒天氣雷達，它包含三個微機控制的工作單元，每個單元又由若干次級單元組成，為了準確、合理的操作該雷達，并最有效的使用WSR—88D多普勒天氣雷達產品，對這三個工作單元、它們的次級單元、以及相互間的數據信號流有一個簡要的了解是必要的。1．1基本構成WSR—88D多普勒天氣雷達由數據采集單元（RDA），雷達產品生成單元（RPG）、主用戶處理單元（PUP）三部分構成。其中RDA產生和發射電磁脈沖，并將接收到的脈沖信號轉換成數據化雷達資料，RPG通過寬帶通信從RDA獲取數據化雷達資料，通過一系列水文氣象算法生成雷達產品；PUP通過窄帶通信從RPG獲得氣象產品，進行顯示存檔，這里也是預報員的業務工作平臺。 整個WSR—88D系統結構框圖如下： WSR88D 結構框圖1．2雷達數據采集單元數據采集單元由天線、發射機、接收機、信號處理器、系統監控及通信等部分組成，該單元產生和發射電磁脈沖，并將接收到的脈沖信號處理生成數字化基本資料，在RPA單元還完成第一級和第二級資料存檔任務（ARCHIVE LEVEL I，ARCHIVE LEVEL II）。一、發射機（Transmitter）WSR—88D多普勒天氣雷達通過速調管放大器（Klystron Amplifier）產生一個相當穩定的高功率（750 KW peak）10厘米波長射頻脈沖，然后通過天線收發轉換開關送到天線處向外輻射。為了保證多普勒資料能夠精確的從返回信號中提取，對所發射脈沖信號的穩定度要求很高。二、天線（Antenna）雷達發射機產生的電磁脈沖（RF）通過天線發射到大氣中，并接收電磁脈沖遇到云雨目標物后返回的能量，WSR—88D多普勒天氣雷達天線掃描的仰角可從1度到60度，主要取決于掃描策略（Scan Strategy）、體積覆蓋模式（VCP），操作模式（Operational Mode）三個要素。1．掃描策略（Scan Strategy）掃描策略決定一個體掃描包含多少個仰角，以及完成一次體掃描所需的時間，WSR—88D中有三個掃描策略： Scan Strategy 1：一個體掃描包含14個仰角，用時5分鐘。 Scan Strategy 2：一個體掃描包含9個仰角，用時6分鐘。 Scan Strategy 3：一個體掃描包含5個仰角，用時10分鐘。2．體積覆蓋模式：（Volume Coverage Pattern）掃描策略決定了一個體掃描中包含多少個仰角，而體積覆蓋模式指定具體的仰角值（、），WSR—88D可包含20個不同的VCP，但目前定義的 僅為四個：VCP11：掃描策略1 版本1：指定在5分鐘完成的體掃中14個不同仰角（、、、、）VCP21：掃描策略2 版本1： 指定在6分鐘完成的體掃中9個不同仰角（、、）VCP31：掃描策略3 版本1：指定在10分鐘完成的5仰角的體掃描中每個仰角（、），應用于長雷達脈沖。VCP32：掃描策略3 版本2：指定在10分鐘完成的5仰角的體掃描中每個仰角（、），應用于短雷達脈沖。3．操作模式（Operational Mode），WSR—88D有兩個操作模式，降水模式（Mode A）和晴空模式（Mode B）。操作模式決定使用哪一種體積覆蓋模式和掃描策略：Mode A： 降水模式，使用VCP11或VCP21，相應的體掃描策略為Scan Strategy 1（14層/5分鐘）或Scan Strategy 2（9層/6分鐘）。Mode B：晴空模式，使用VCP31或VCP32，相應的體掃描策略為Scan Strategy 3（5層/10分鐘）。三、接收機（Receiver）當天線接收到從云雨目標物返回的后向發射能量后，將信號傳遞到接收機，由于與發射的信號相比，接收到的信號是一個非常小的量，所以當接收信號被送到信號處理器之前，必須被放大。四、信號處理器（Signal Processor）信號處理器從接收機獲得模擬信號后，完成三個重要任務，地物雜波抑制，模數轉換和多普勒資料距離退折疊。1． 地物雜波抑制氣象回波和地物回波的主要區別是地物雜波很少或幾乎沒有運動，而氣象目標物返回的信號有明顯的運動， WSR—88D就利用這個運動作為去除地物雜波的決定因子。2．模數轉換來自于接收機的模擬信號在信號處理器中被處理成三種基本類型的數字信號：基本反射率因子，基本平均徑向速度和基本譜寬。3．距離退折疊在基本速度和譜寬資料中由于不同氣象目標物傳輸路徑差異會引起距離折疊，WSR—88D通過與基本反射率因子資料對比對以上兩種資料進行距離退折疊。五．I、II級數據記錄存檔（ARCHIVE LEVEL I、II）在RDA中包含最初的兩級數據記錄存檔。 1．存檔I（ARCHIVE LEVEL I）這一級存檔設有存儲設備和介質，在信號處理器中自動完成，搜集來自于接收機的模擬信號。 2．存檔Ⅱ（ARCHIVE LEVEL II）WSR—88D 存檔Ⅱ收集的資料為信號處理器產生的高分辨率數字基本資料，包括反射率因子、平均徑向速度和譜寬，這些資料未經水文氣象算法處理。六、寬帶通信（Wide Communication）寬帶通信提供了RDA和RPG之間一個高速的雙向資料傳送連接，依據RDA和RPG之間的距離以及當地情況，寬帶通信連接可采用直接電纜連接，光纖、微波通信（MLOS）和TI方式。上海WSR—88D采用的是直接的電纜連接。 1．3 雷達產品生成單元 雷達產品生成單元（RPG）是一個多任務的單元，經寬帶通信從RDA采集原始基本資料，通過各種水文氣象算法處理和生成三十多類70多種氣象產品，經窄帶通信發送到用戶。RPG還是整個雷達系統的控制中心，這里還提供第三級數據記錄存檔（ARCHIVE LEVEL III） WSR—88D氣象產品數據流1．4 主用戶處理單元（PUP）主用戶處理單元（PUP）是收集、處理和存貯從RPG 獲得的氣象產品的軟硬件的總稱，由主用戶處理器和交互式用戶工作站兩部分組成。其中PUP交互式用戶工作站由兩個高分辨圖形監視器，圖像板，應用終端和彩色打印機組成，是預報人員顯示和操作WSR—88D產品的工作平臺；主用戶處理器連接一個系統終端，為操作者提供PUP軟件安裝、運行監控等功能。為了方便操作人員異地了解雷達工作狀況，在主用戶處理單元還配有遠程單元控制面板（遠程UCP）。此外，PUP還提供第四級數據記錄存檔（ARCHIVE　LEVEL IV）。一、PUP主要功能氣象產品的采集，操作人員通過在PUP上設置常規產品集（RPS）或通過一次性請求從RPG上采集氣象產品或信息，也可通過設置警報區域和警報閾值自動從RPG采集警報配對產品。氣象產品的處理和顯示，包括氣象產品的顯示、放大、動畫、產品疊加、地理信息的疊加以及強天氣的自動報警功能等。二、遠程雷達控制為了方便操作人員在PUP工