福建东南地区双偏振雷达的强对流特征及风场分析
发布时间：2021-07-15 15:08
我国东南沿海地区常出现冰雹、台风等灾害性强对流天气,双偏振多普勒天气雷达具有探测强对流天气的强度和风场结构以及降水相态分布的优势,在监测和预警灾害性天气中发挥了重要作用。本文使用厦门S波段双偏振多普勒天气雷达,研究强对流特征及风场分析。首先对偏振参量的数据进行分析和质量控制,根据历史数据对厦门偏振雷达地物回波进行统计,对地物杂波及受地物影响的区域进行填充。为了研究双偏振雷达在强对流中的应用,本文对不同季节的多个超级单体、普通降雹单体、非降雹单体的发展和成熟阶段的观测特征进行对比分析。主要研究内容和结论包括:（1）本文使用经过硬件标定的厦门双偏振雷达资料,发现厦门双偏振雷达受信噪比SNR（Signal-to-noise ratio）影响明显,当SNR小于22.0d B时,偏振量稳定性变差,数据质量不可信。数据订正后,可用的SNR阈值为17.0d B。厦门雷达天线的旋转关节对偏振参量的影响有限,ZDR、ΦDP的系统误差随方位角波动明显。通过厦门双偏振雷达统计的地物位置,剔除层状云和对流云的回波,根据雷达回波在垂直方向上的连续性,对地物位置以及在地...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
噪声订正前（灰、蓝色）后（黄、红色）ρhv(a)、ZDR(b)平均值和标准差随SNR
第二章厦门S波段双偏振雷达数据质量分析13定，说明各个方位角上ZDR的系统误差波动较小，而ZDR平均值（蓝线）随方位角呈现出周期性的变化趋势，振幅在-0.11~0.27dB范围内波动，说明厦门雷达ZDR系统误差受旋转关节的影响随方位角呈规律变化。图2.3（b）为ΦDP平均值（红线）和标准差（蓝线）随方位角的变化情况，从图中可以看出厦门雷达的初始相位随方位角在39~43°（图上为显示方便减去35°）范围变化，ΦDP标准差的振幅小于2°。由此得到ZDR随天线转动造成的平均系统误差为0.02dB，说明系统误差对ZDR的实际值影响有限。图2.3微雨滴条件下ZDR(a)和ΦDP(b)的平均值和标准差随方位角变化2.5厦门雷达地物特征及订正新一代偏振雷达探测气象目标的同时，不可避免也会探测到非气象回波。非气象回波主要包含地物、海浪及各种鸟和昆虫等生物[49]，这些非气象目标所形成的回波可能会影响业务人员对于偏振特征的识别和判断，特别是地物回波不仅影响雷达数据质量，同时遮挡远离雷达径向的信号，造成数据的缺失。虽然低仰角的区域地物杂波影响严重，但是地物位置固定，状态静止，并且雷达图上看到的反射率因子偏高值。故取2017年12月到2018年02月三个月的厦门雷达数据，统计厦门地物位置。通过标记出厦门雷达地物位置（小椭圆），根据雷达回波垂直方向的连续性，用其对应的上层仰角的反射率因子填充，对地物位置及受地物遮挡影响的区域进行数据填充（大椭圆），最后再做平滑处理。分别利用层状云个例（图2.4（a）（b））和对流云个例（图2.4（c）（d））检验。特别说明的是，本节给出的示例是最基本、最简单的回波填充方法。近年来国内外的研究中已经提出了更多、更复杂的方法，这些方法在国内应用效果还需进一步研究。
南京信息工程大学硕士学位论文14图2.4(a)层状云降水原始数据，(b)层状云降水处理结果，(c)对流云降水原始数据，(d)对流云降水处理结果2.6本章小结本文使用经过硬件标定的厦门双偏振雷达资料，分析了噪声对ρhv、ZDR的影响和订正效果，基于微雨滴法分析厦门双偏振雷达ZDR和ΦDP系统误差随方位角演变特征，最后订正地物，对受地物影响的区域进行填充，得到以下初步结论。1）厦门偏振雷达受噪声影响明显，当SNR小于22.0dB时，偏振量稳定性变差，数据资料不可信，当SNR大于22.0dB时数据可信度较高；对数据进行噪声订正后发现，噪声订正可以改善低SNR数据质量，订正后数据可用的SNR阈值为17.0dB。2）厦门偏振雷达硬件标定后天线的旋转关节对偏振量影响明显，ZDR、ΦDP的系统误差随方位角波动明显，且在2017年9-11月雷达稳定运行期间，ZDR、ΦDP的系统误差随时间也存在波动现象。3）根据厦门偏振雷达统计的地物位置，分别对层状云和对流云进行标记，根据雷达回波垂直方向连续性对该位置的回波进行订正，并且在地物径向沿远离雷达方向，用上层仰角不受遮挡的回波值填充受地物遮挡区域以及受地物衰减区域，使得反射率因子更完整，更连续。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双偏振雷达产品在福建强对流天气过程中的应用分析[J]. 冯晋勤,张深寿,吴陈锋,江帆,巫锡洪. 气象. 2018(12)
[2]一次华南超级单体风暴的S波段偏振雷达观测分析[J]. 王洪,吴乃庚,万齐林,詹棠. 气象学报. 2018(01)
[3]广州S波段双偏振雷达数据质量初步分析[J]. 陈超,胡志群,胡胜,张扬. 热带气象学报. 2018(01)
[4]2014年8月南京青奥会开幕式人工减雨作业回波分析[J]. 倪思聪,魏鸣. 气象科学. 2018(01)
[5]基于X波段双偏振雷达对雷暴单体中水成物粒子演变特征的研究[J]. 李晓敏,周筠珺,肖辉,伍魏,翟丽. 大气科学. 2017(06)
[6]三雷达、双雷达反演降雹超级单体风暴三维风场结构特征研究[J]. 韩颂雨,罗昌荣,魏鸣,黄美金,陈磊. 气象学报. 2017(05)
[7]柳州“4·09”致灾冰雹的超级单体风暴过程分析[J]. 覃靖,潘海,刘蕾. 气象. 2017(06)
[8]一次雷暴单体相互作用与中气旋的演变过程分析[J]. 陶岚,戴建华,孙敏. 气象. 2016(01)
[9]双多普勒雷达风场反演对一次后向传播雷暴过程的分析[J]. 孙敏,戴建华,袁招洪,陶岚. 气象学报. 2015(02)
[10]C波段车载双偏振雷达ZDR资料处理方法研究[J]. 吴林林,刘黎平,袁野,纪雷,李妙英. 高原气象. 2015(01)
博士论文
[1]业务双偏振雷达网与自动站联合定量降水估测方法及效果分析研究[D]. 张扬.中国气象科学研究院 2019
本文编号：3285944
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
噪声订正前（灰、蓝色）后（黄、红色）ρhv(a)、ZDR(b)平均值和标准差随SNR
第二章厦门S波段双偏振雷达数据质量分析13定，说明各个方位角上ZDR的系统误差波动较小，而ZDR平均值（蓝线）随方位角呈现出周期性的变化趋势，振幅在-0.11~0.27dB范围内波动，说明厦门雷达ZDR系统误差受旋转关节的影响随方位角呈规律变化。图2.3（b）为ΦDP平均值（红线）和标准差（蓝线）随方位角的变化情况，从图中可以看出厦门雷达的初始相位随方位角在39~43°（图上为显示方便减去35°）范围变化，ΦDP标准差的振幅小于2°。由此得到ZDR随天线转动造成的平均系统误差为0.02dB，说明系统误差对ZDR的实际值影响有限。图2.3微雨滴条件下ZDR(a)和ΦDP(b)的平均值和标准差随方位角变化2.5厦门雷达地物特征及订正新一代偏振雷达探测气象目标的同时，不可避免也会探测到非气象回波。非气象回波主要包含地物、海浪及各种鸟和昆虫等生物[49]，这些非气象目标所形成的回波可能会影响业务人员对于偏振特征的识别和判断，特别是地物回波不仅影响雷达数据质量，同时遮挡远离雷达径向的信号，造成数据的缺失。虽然低仰角的区域地物杂波影响严重，但是地物位置固定，状态静止，并且雷达图上看到的反射率因子偏高值。故取2017年12月到2018年02月三个月的厦门雷达数据，统计厦门地物位置。通过标记出厦门雷达地物位置（小椭圆），根据雷达回波垂直方向的连续性，用其对应的上层仰角的反射率因子填充，对地物位置及受地物遮挡影响的区域进行数据填充（大椭圆），最后再做平滑处理。分别利用层状云个例（图2.4（a）（b））和对流云个例（图2.4（c）（d））检验。特别说明的是，本节给出的示例是最基本、最简单的回波填充方法。近年来国内外的研究中已经提出了更多、更复杂的方法，这些方法在国内应用效果还需进一步研究。
南京信息工程大学硕士学位论文14图2.4(a)层状云降水原始数据，(b)层状云降水处理结果，(c)对流云降水原始数据，(d)对流云降水处理结果2.6本章小结本文使用经过硬件标定的厦门双偏振雷达资料，分析了噪声对ρhv、ZDR的影响和订正效果，基于微雨滴法分析厦门双偏振雷达ZDR和ΦDP系统误差随方位角演变特征，最后订正地物，对受地物影响的区域进行填充，得到以下初步结论。1）厦门偏振雷达受噪声影响明显，当SNR小于22.0dB时，偏振量稳定性变差，数据资料不可信，当SNR大于22.0dB时数据可信度较高；对数据进行噪声订正后发现，噪声订正可以改善低SNR数据质量，订正后数据可用的SNR阈值为17.0dB。2）厦门偏振雷达硬件标定后天线的旋转关节对偏振量影响明显，ZDR、ΦDP的系统误差随方位角波动明显，且在2017年9-11月雷达稳定运行期间，ZDR、ΦDP的系统误差随时间也存在波动现象。3）根据厦门偏振雷达统计的地物位置，分别对层状云和对流云进行标记，根据雷达回波垂直方向连续性对该位置的回波进行订正，并且在地物径向沿远离雷达方向，用上层仰角不受遮挡的回波值填充受地物遮挡区域以及受地物衰减区域，使得反射率因子更完整，更连续。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双偏振雷达产品在福建强对流天气过程中的应用分析[J]. 冯晋勤,张深寿,吴陈锋,江帆,巫锡洪. 气象. 2018(12)
[2]一次华南超级单体风暴的S波段偏振雷达观测分析[J]. 王洪,吴乃庚,万齐林,詹棠. 气象学报. 2018(01)
[3]广州S波段双偏振雷达数据质量初步分析[J]. 陈超,胡志群,胡胜,张扬. 热带气象学报. 2018(01)
[4]2014年8月南京青奥会开幕式人工减雨作业回波分析[J]. 倪思聪,魏鸣. 气象科学. 2018(01)
[5]基于X波段双偏振雷达对雷暴单体中水成物粒子演变特征的研究[J]. 李晓敏,周筠珺,肖辉,伍魏,翟丽. 大气科学. 2017(06)
[6]三雷达、双雷达反演降雹超级单体风暴三维风场结构特征研究[J]. 韩颂雨,罗昌荣,魏鸣,黄美金,陈磊. 气象学报. 2017(05)
[7]柳州“4·09”致灾冰雹的超级单体风暴过程分析[J]. 覃靖,潘海,刘蕾. 气象. 2017(06)
[8]一次雷暴单体相互作用与中气旋的演变过程分析[J]. 陶岚,戴建华,孙敏. 气象. 2016(01)
[9]双多普勒雷达风场反演对一次后向传播雷暴过程的分析[J]. 孙敏,戴建华,袁招洪,陶岚. 气象学报. 2015(02)
[10]C波段车载双偏振雷达ZDR资料处理方法研究[J]. 吴林林,刘黎平,袁野,纪雷,李妙英. 高原气象. 2015(01)
博士论文
[1]业务双偏振雷达网与自动站联合定量降水估测方法及效果分析研究[D]. 张扬.中国气象科学研究院 2019
本文编号：3285944
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