摘要:

摘要:气溶胶激光雷达由于系统设计、观测场地气候条件、反演过程中参数选取等因素不同，每次测量反演得到的气溶胶光学参数质量不一致，可信度难以评估，进而极大地影响了其在气象、环保等领域业务化应用。为了解决该难题，本文分析了影响激光雷达气溶胶光学参数质量的因素，开发了一套气溶胶光学参数质量可信度评估算法。采用科学、合理的评分和权重分配方案对激光雷达每次测量反演得到的气溶胶光学参数质量可信度进行评估。本文主要讨论对偏振、米散射激光雷达气溶胶光学参数的质量评估，以中国气象局气象探测中心的波长为532 nm的偏振、米散射激光雷达为例，对所提出的质量可信度评估算法进行验证和分析。结果表明：该算法能够有效地区分出不同激光雷达在不同观测场景下每次测量反演得到的气溶胶光学参数质量可信度，具备为气溶胶激光雷达业务化应用提供可靠性评估的能力。

摘要:高分辨率的天气雷达数据能揭示探测天气目标的精细结构，对灾害性天气分析和预报预警至关重要。提高天气雷达反射率数据分辨率可以提升现有业务天气雷达对中小尺度强对流灾害性天气的监测和预警能力。本文在不改变雷达硬件的情况下，提出了基于注意力反向投影网络（Attention Back-Projection Network , ABPN）的天气雷达回波超分辨率重建算法用于提高雷达反射率数据分辨率。ABPN通过在深度反向投影网络（Deep Back-Projection Network , DBPN）中加入长短跳跃连接和通道注意力机制，对关键区域精细化重建结构特征。通过对实际天气过程超分辨率重建测试，结果表明，ABPN算法在雷达回波重建质量和主观视觉评估上有明显的优势，特别是在回波细节和天气雷达的边缘结构特征方面。

摘要:为生成复杂环境下的优质雷达回波图像，减少目标信息缺失现象与相对成像误差，提出基于中小尺度强对流天气的雷达回波图像生成方法。采用可最大限度保留雷达回波特性的傅里叶插值法，形成空间分辨率均匀的雷达回波三维规则网格数据；基于改进变分贝叶斯理论，实现中小尺度对流天气雷达回波图像超分辨重现，生成雷达回波图像。试验结果表明，该方法处理后的中小尺度强对流天气雷达回波范围与原图相似度高，可最大程度留存雷达回波信息，该方法能够生成清晰的雷达回波图像，且不存在目标信息缺失现象，相对成像误差极小。

摘要:针对传统方法采用天气雷达进行强降水的定量估测存在较大偏差问题，论文以1 h累计雨量为估测对象，基于雷达组网拼图资料，采用XGBoost（eXtreme Gradient Boosting）算法，建立新的雷达估测降水模型。该模型设计以前1 h的雷达组合反射率因子作为输入，进一步采用若干个剔除异常样本的策略有效清除建模样本中的部分噪声，更好地构建了雷达组合反射率与估测对象之间的非线性映射关系。在32万个独立检验样本的估测结果中，其均方根误差（RMSE）为6.04 mm、平均绝对误差(MAE)为3.50 mm、预报偏差（BIAS）为1.05；与目前业务系统上使用的Z-R(300,1.4)关系方法相比，前者的RMSE和MAE分别下降了20.6％ 和 10.3％，而BIAS指标则显示后者对降水量级的估测明显低估。进一步对小时雨强大于10 mm样本的统计结果表明，新方案的RMSE、MAE以及TS评分均大幅优于ZR(300,1.4)关系方法，可进行实际业务应用。

摘要:针对四川省复杂地形和雷达型号多样的特征，设计了一种以长时间序列统计单/双偏振天气雷达数据质量的评估方法，算法定性评估了天气雷达数据是否存在空回波、电磁干扰和地物干扰的问题，定量评估了雷达Z_h （水平极化反射率因子）、Z_dr（差分反射率）、C_C（相关系数）、φ_dp（差分相移）和G_C(地物回波系数)的数据质量。通过评估2022年5—9月四川省12部新一代天气雷达基数据的数据质量，得到了如下结果：①同频电磁干扰严重影响四川省天气雷达数据质量，超过74%的宜宾和广元站数据存在电磁干扰回波；宜宾和乐山雷达站出现了较多空回波数据；超过77.91%的广元雷达站数据存在风电场地物回波干扰。②雷达性能正常时，地物回波系数G_C的均值变化不大，G_C系数的标准差可以有效反应出雷达数据问题，特别对空回波数据问题比较敏感。③四川省12部天气雷达Z_h标准差总体较小，绵阳和宜宾站较优，乐山站较差。④四川省3部双偏振天气雷达的Z_dr和C_C数据质量较好，φ_dp的数据波动较大。

摘要:相控阵天气雷达较新一代天气雷达在时空分辨率上有明显的优势。随着探测能力的提高，相控阵雷达数据量急剧增长，数据传输和存储问题凸显。现有天气雷达数据压缩算法可以减少传输和存储的数据量，但现有算法并未充分考虑相控阵雷达特点，数据压缩率有较大提升空间。本文提出时空预测的相控阵雷达数据压缩算法（PARDC），使用径向预测压缩数据相关冗余。使用CHATOR雷达数据对PARDC的算法性能进行评估，试验结果表明PARDC较通用的压缩算法压缩率性能大约提升了24%。

摘要:新一代天气雷达的故障识别和判定一直是雷达运维面临的技术挑战，部分严重故障的滞后响应会导致雷达相应部件的损坏加剧。本文在结合人工智能技术和雷达数据特点的基础上，提出了基于自适应阈值的SA雷达发射机系统故障预警和判定方法，建立了基于重构模型的发射机故障在线监测的算法框架。该算法框架能够在雷达发射机故障发生早期识别异常并给出预警。采用实际运行记录进行计算分析，并验证了该方法在实际运行中有效可用。

摘要:采用USB3.0集线器与合成仪器、高度集成射频收发硬件，并与开放式可扩展软件相结合，实现对S波段、C波段、X波段天气雷达自动测试。系统软件采用分层模式构架，将测试流程与业务模型相融合，实现了标准化、自动化的测试。通过对发射机输出脉冲包络和极限改善因子测量的对比，集成平台测试精度更高，不需人工记录和计算，对雷达性能的判断更为精准，解决了单一雷达系统测试平台和保障平台的局限性，提高了对全国多波段天气雷达系统的测试效率和敏捷性。

摘要:新一代天气雷达故障直接影响数据质量，异常产品的产生对短时临近预报预警带来了重大的影响，实现雷达异常产品实时监测具有一定现实意义。本系统采用WinForm 3层架构+ORM模型架构，通过统计纹理分析、灰度图像特征值分析等图像处理技术实现自动识别雷达异常产品。新一代天气雷达产品故障监测预警系统可以实时、高效、准确检测出异常雷达产品，满足强对流天气预警监测、天气雷达故障预警服务预判、天气雷达产品可用性服务等功能要求，从单部雷达产品数据中识别出异常回波，避免进一步影响多雷达组网拼图,对天气雷达组网产品的质量控制具有重要的意义。

摘要:基于2013—2017年华北地区的雷达组合反射率因子数据和雷暴大风观测数据，总共识别了27次强飑线过程，对27次强飑线过程的时空分布及发展移动特征进行了统计分析。结果表明，华北地区强飑线最集中的时间为7月下旬至8月上旬，强飑线最强的时次集中于16:00—22:00；强飑线形成前40 dBz回波起始位置最集中的区域为山西、内蒙古和河北3省交界处附近，强飑线形成位置多在京津冀境内；山西东部到河北西部沿山一带是最长长度达到400 km以上且维持时长超过7 h的强飑线形成位置集中区域；40 dBz回波起始时间为02:00—07:59的强飑线平均形成时长最长，14:00—19:59的强飑线平均形成时长最短；强飑线的最长长度与发展时长及维持时长有较好的对应关系；回波起始时间为14:00—19:59的强飑线形成期移动距离较短但发展期移动距离较长，而回波起始时间为02:00—07:59的强飑线则相反；大多数强飑线发展期的移动速度要快于形成期移动速度。

摘要:利用济南CINRAD/SAD双偏振天气雷达的探测数据，结合龙卷实地调查资料，对2021年7月11日发生在山东聊城高唐的一次EF3级龙卷风暴的雷达回波演变过程、龙卷风暴单体的结构及龙卷风暴的中气旋（M）、龙卷涡旋特征（TVS）和龙卷碎片特征（TDS）进行分析。结果表明：①龙卷发生在高空冷涡及地面气旋共同〖JP2〗作用天气形势下，龙卷位于地面气旋中心东偏北方向约200 km处；螺旋状对流云带中2个较强对流单体合并发展，演变成超级单体风暴，其后部下沉气流较强，与强的入流共同作用，诱发了强龙卷。②风暴中中气旋的顶高大多在5～7 km之间；龙卷发生前中气旋最大切变平均值为19×10^-3 s^-1，龙卷维持期间，中气旋最大切变平均值达到51×10^-3 s^-1。③高唐龙卷涡旋底层双偏振参量主要特征是大的水平极化反射率因子，小的甚至负的差分反射率Z_DR，小的相关系数C_C；TDS时间及空间特征是，底层C_C都小于0.7，C_C低值区的面积在龙卷生成后随时间明显增大，C_C值底层最小，随高度逐渐增大；C_C低值区的面积低层和顶层较大，中间层较小；龙卷生成后TDS最大高度随时间逐渐增高，龙卷最强时TDS最高达到4.8 km，之后逐渐降低；龙卷消散后，1.5°以上TDS的特征很快消失，0.5°仰角TDS特征继续维持了大约11 min。

摘要:利用常规气象资料、ERA5 再分析资料以及雷达资料，对2022年6月10日发生在冀西北地区的一次大冰雹天气过程进行分析。结果表明：①此次冰雹天气发生在冷涡的东南象限、低空切变线前侧暖区，对流由局地的热力作用触发并在辐合线附近发展加强。②降雹过程可分为3个阶段，前2个阶段为2个不同的超级单体分别影响而形成，粒子相态识别结果主要为干冰雹粒子，雷达回波具有高反射率因子、低差分反射率因子、高相关系数和低差分相移率的特点；第3个阶段为2个超级单体合并后形成，除冰雹外还出现了局地的短时强降水，直径较大且数密度较多的大雨滴造成了短时强降水。③利用雷达反演的风场可以分析对流单体的动力结构，通过分析不同阶段单体的动力结构得到单体未来的移动方向与发展趋势，特别是垂直剖面中上升气流的强度对单体的发展趋势有重要指示意义。

摘要:利用广州S波段双偏振雷达和X波段相控阵雷达资料，对2022年3月26日一次降雹超级单体风暴成熟阶段的雷达观测特征开展分析，结果表明：超级单体呈现出钩状回波、回波悬垂、中气旋、三体散射等经典结构特征。径向速度上观测到中低层辐合、高层辐散以及中气旋和反气旋共存的双涡旋结构,有助于超级单体的维持发展。偏振特征分析发现，超级单体低层出现了反射率因子（Z_DR）弧，低层强回波区对应偏小的差分反射率(Z_DR)、低的相关系数(C_C)和大的差分相移率(K_DP)，符合融化的冰雹特征。中层观测到Z_DR环、C_C环和三体散射(TBSS)的偏振特征。高层强回波区对应低的Z_DR、较高的C_C和低的K_DP，对应空中干的大冰雹。垂直方向上观测到Z_DR柱和K_DP柱，Z_DR柱最大发展高度达到8 km。X波段相控阵雷达更快的扫描速度还精细监测到超级单体钩状回波和中气旋的形成演变过程，低层也观测到与S波段双偏振雷达类似的Z_DR弧特征和融化中的冰雹特征，但是使用中要留意衰减造成的影响。

摘要:利用卫星、雷达、闪电和NCEP再分析资料等，以湖北省2022年3月16日一次大范围强对流过程为研究个例，对西南涡移动过程中两个不同位置对流系统的观测特征进行了分析。结果表明：槽前西南涡东移是本次强对流的主要影响系统，东部的风雹天气主要出现在低涡及暖式切变线顶部，南部对流则是由低涡南部冷式切变线诱发。本个例中对流发展初期云顶亮温TBB逐渐下降到220 K以下，未来1 h TBB变率局部最大可达-30 ℃，大部分闪电紧贴着TBB≤220 K积云右侧和TBB变率大值区中心及边缘，对流系统右侧的闪电对于对流系统的发展移动有较好的指示意义；成熟期TBB≤210 K的积云面积达到最大，未来1 h TBB变率减小，密集闪电分布在积云云团中部且随着TBB低值区移动。雷达观测反射率因子垂直剖面呈右倾结构，对流发展阶段的右倾特征更为明显，闪电位于对流系统右前侧，和≥45 dBz的强回波基本吻合；≥45 dBz、≥50 dBz组合反射率面积，≥10 km、≥12 km回波顶高面积与对流发展演变呈正相关，正、负地闪峰值出现较风雹有0～18 min的时间提前量，负地闪的首次峰值对风雹的提前量可达18 min。

摘要:利用常规资料、自动站加密资料、探空资料、ERA5再分析数据及多普勒天气雷达资料，对2021年4月30日影响浙北沿海的一次强对流天气过程进行分析。结果表明：①此次过程发生在高空冷涡及其槽后强劲的西北急流背景下，低空切变线和地面辐合线共同提供了抬升触发条件。②适当的对流抑制能量CIN、相对较低的自由对流高度LFC和较高的对流有效位能CAPE有利于形成上冷下暖的不稳定层结，深厚的垂直风切变配合中层干空气夹卷，使得强对流天气进一步发生、维持和发展。③此次阵风锋发展经历了3个阶段，产生阵风锋的雷暴主体发展强烈并引起地面大风时，存在强回波中心高度快速下降、后侧中层强入流、径向速度辐散场及速度模糊等特征。④强冷空气堆下沉形成气压梯度密集区和风温湿切变易造成雷暴大风天气，负变温中心及正变压中心对强对流有一定指示性。⑤阵风锋过境时常出现气压陡升、风速加大、风向突变、温度骤降，由于雷达观测距离限制，预报员需前期分析潜势，结合自动站要素与雷达信息共同研判。