本文關(guān)鍵詞：新一代天氣雷達組網(wǎng)估算降水的覆蓋能力分析及方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著新一代天氣雷達網(wǎng)的建成,雷達的應(yīng)用也逐步由單雷達發(fā)展到多雷達組網(wǎng)階段,基于組網(wǎng)的產(chǎn)品拼圖、基數(shù)據(jù)拼圖、降水估算及臨近預報等一相繼投入業(yè)務(wù)應(yīng)用。但是,現(xiàn)階段只是實現(xiàn)了天氣雷達最基本的應(yīng)用目標,雷達拼圖、降水估算等涉及到的因素非常多,包括雷達測高的精度、地形影響的精細化處理、雷達網(wǎng)探測能力的針對性評估、雷達組網(wǎng)估算降水的觀測數(shù)據(jù)處理等,這些問題對新一代天氣雷達的定量應(yīng)用效果有著重要的影響,卻并未得到足夠重視或有效的解決。波束路徑計算是雷達回波高度定位、地形阻擋分析、覆蓋分析等的基礎(chǔ),論文首先針對新一代天氣雷達網(wǎng)的日常業(yè)務(wù)觀測模式,統(tǒng)計了雷達波束路徑,分析了被普遍采用的單一的標準大氣假定帶來的測高誤差及其適用性。其次,研究了復雜地形環(huán)境下基于數(shù)字高程模型(DEM)的雷達波束阻擋的處理方法和效果,并對判斷、提高雷達位置準確性的方法進行了初步的研究,以獲得準確的波束阻擋數(shù)據(jù)。然后,基于上述工作評估了區(qū)域雷達網(wǎng)定量估算降水的覆蓋能力,以彌補此前各種覆蓋評估不具備特定天氣現(xiàn)象針對性的不足。最后,研究了雷達混合掃描反射率因子提取方法和組網(wǎng)方法,旨在為區(qū)域雷達網(wǎng)降水估算提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。主要研究工作及成果概括如下：(1)利用歷史探空資料,統(tǒng)計了我國不同地域、不同季節(jié)的大氣折射指數(shù)垂直分布,進而得到業(yè)務(wù)觀測模式下雷達實際波束路徑,分析了其時空分布特征和統(tǒng)計模型,并分析了標準大氣假定導致的雷達的測高誤差,討論了其適用性。結(jié)果表明,我國業(yè)務(wù)天氣雷達網(wǎng)的大部分雷達實際波束高度相對于標準大氣條件下偏低,各地雨季則基本都是偏低的。(2)以浙江省山區(qū)雷達為例,針對復雜的地形環(huán)境,為提高波束阻擋模擬結(jié)果的準確性,應(yīng)用高分辨率DEM的信息,采用分段法計算波束阻擋。以雷達實際觀測的回波分布為對照,比較了不同DEM分辨率、不同方法模擬結(jié)果的差異,表明不同模擬結(jié)果在遮擋源很近的情況下有差異,其中分段法、更高分辨率的DEM模擬結(jié)果更好。此外,應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)有些站點模擬的波束阻擋有錯誤,為此提出相關(guān)性分析方法,分析模擬的波束阻擋與實際回波分布之間的相關(guān)性,來判斷并訂正雷達位置偏差,采用該方法有效地訂正了金華雷達站的站址偏差,獲得了正確的波束阻擋數(shù)據(jù)。(3)針對雷達估算降水這一特定對象,考慮波束阻擋和0℃層高度兩個因素,制定評估方案,分析區(qū)域天氣雷達網(wǎng)的覆蓋能力。分別對浙江省和華南、西南、江漢、華北幾個地區(qū)的覆蓋情況進行了分析,制定了覆蓋圖表,評價了區(qū)域覆蓋效果。評估表明,此前已有的覆蓋評估對于降水估算來說都偏于樂觀,事實上,高度的約束使得有效覆蓋區(qū)通常都小于業(yè)務(wù)中用來估算的范圍；應(yīng)用地形和波束阻擋信息與否,業(yè)務(wù)降水估算產(chǎn)品的覆蓋效果差別很大,應(yīng)用后會顯著提高有效覆蓋率,否則,有效的估算區(qū)可能極為有限。在幾個評估區(qū)中,華南、四川盆地、江漢、華北東部、浙江的覆蓋都良好的覆蓋潛力,雨季各區(qū)域內(nèi)部內(nèi)達到完整的覆蓋；在華北高原與平原的過渡帶、西南的高原地區(qū),有覆蓋不到的區(qū)域。(4)研究更能體現(xiàn)地表水分布的組網(wǎng)雷達回波數(shù)據(jù)提取方法,為估算降水提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。首先制定了不同于現(xiàn)有一般業(yè)務(wù)的雷達組網(wǎng)估算降水的基本流程,即先獲取單部雷達混合掃描反射率因子數(shù)據(jù),再拼為區(qū)域的反射率因子組網(wǎng)數(shù)據(jù),最后進行降水估算。改進混合掃描方案,在所有可用仰角中提取觀測數(shù)據(jù),并對部分阻擋進行與阻擋率完全對應(yīng)的強度補償；提出幾種引入高度因子的組網(wǎng)方法,進行拼圖處理。利用浙江省雷達分析了波束阻擋的訂正效果,對比分析了幾種拼圖方法的特點和差異；針對降水過程,通過誤差分析,檢驗了不同方法、方案估算降水的效果。結(jié)果表明,距離項權(quán)重比高度項權(quán)重表現(xiàn)穩(wěn)定,適用性更好,后者的作用在雷達高度差異比較大時有體現(xiàn)。融化層以上的觀測數(shù)據(jù)估算降水常常導致不確定性的誤差。最后,取浙江、廣東兩省多個降水過程,與業(yè)務(wù)方法對比檢驗,證明了本文方法的優(yōu)勢,其估算結(jié)果與實況的空間分布更為一致。
【關(guān)鍵詞】：波束傳播路徑 波束阻擋 降水估算 覆蓋 組網(wǎng)
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P412.25
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 選題依據(jù)和意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外天氣雷達網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用研究進展12-26
• 1.2.1 世界天氣雷達網(wǎng)的發(fā)展12-14
• 1.2.2 我國天氣雷達網(wǎng)的發(fā)展和現(xiàn)狀14-17
• 1.2.3 新一代天氣雷達組網(wǎng)應(yīng)用及研究17-18
• 1.2.4 雷達波束在大氣中的傳播路徑18-20
• 1.2.5 雷達波束阻擋處理20-22
• 1.2.6 雷達估算降水22-25
• 1.2.7 雷達網(wǎng)覆蓋能力25-26
• 1.3 研究目的、內(nèi)容及技術(shù)路線26-31
• 1.3.1 研究目的26-27
• 1.3.2 研究內(nèi)容與論文安排27-28
• 1.3.3 技術(shù)路線28-31
• 第二章 新一代天氣雷達波束路徑統(tǒng)計分析31-53
• 2.1 資料31-32
• 2.1.1 資料來源31
• 2.1.2 資料選擇31-32
• 2.1.3 資料處理32
• 2.2 雷達波束傳播路徑32-36
• 2.2.1 原理32-34
• 2.2.2 計算34-36
• 2.3 統(tǒng)計特征分析36-51
• 2.3.1 站點選擇36
• 2.3.2 空間分布特征36-41
• 2.3.3 時間分布特征41-44
• 2.3.4 波束高度誤差分析44-51
• 2.4 小結(jié)51-53
• 第三章 復雜地形條件下雷達波束阻擋的分析與研究53-71
• 3.1 資料53-56
• 3.1.1 地形高度數(shù)據(jù)53-54
• 3.1.2 雷達觀測資料54-56
• 3.2 模擬波束阻擋的原理與方法56-60
• 3.2.1 雷達發(fā)射、接收功率56-57
• 3.2.2 雷達波束高度57
• 3.2.3 雷達波束阻擋率57-59
• 3.2.4 地形高度數(shù)據(jù)處理59-60
• 3.3 波束阻擋模擬計算結(jié)果與實際觀測比較60-65
• 3.3.1 雷達周邊地形環(huán)境60-61
• 3.3.2 雷達產(chǎn)品中的波束阻擋61
• 3.3.3 回波探測概率61-62
• 3.3.4 不同波束阻擋模擬結(jié)果對比62-65
• 3.4 雷達站位置訂正65-68
• 3.5 小結(jié)68-71
• 第四章 區(qū)域天氣雷達網(wǎng)估算降水的覆蓋能力分析71-97
• 4.1 與雷達降水估算覆蓋范圍有關(guān)的兩個主要因素71-76
• 4.1.1 地形阻擋71-73
• 4.1.2 0℃層高度73-74
• 4.1.3 天氣雷達降水監(jiān)測模式74
• 4.1.4 雷達網(wǎng)降水估算預處理方法74-76
• 4.2 使用的資料76-77
• 4.2.1 探空數(shù)據(jù)76
• 4.2.2 地形高度及波束阻擋數(shù)據(jù)76-77
• 4.3 評估方法77-80
• 4.3.1 單部雷達覆蓋范圍的確定77-78
• 4.3.2 區(qū)域雷達網(wǎng)覆蓋范圍的確定78-79
• 4.3.3 覆蓋效果的表現(xiàn)形式79
• 4.3.4 評估區(qū)域、時間的劃分79
• 4.3.5 雷達站點的確定79-80
• 4.4 覆蓋效果分析80-95
• 4.4.1 浙江省80-84
• 4.4.2 其它區(qū)域84-95
• 4.5 小結(jié)95-97
• 第五章 天氣雷達組網(wǎng)估算降水的回波提取方法研究97-121
• 5.1 資料97
• 5.1.1 雷達觀測數(shù)據(jù)97
• 5.1.2 雨量計觀測數(shù)據(jù)97
• 5.1.3 波束阻擋數(shù)據(jù)及覆蓋信息97
• 5.2 區(qū)域雷達組網(wǎng)估算降水處理流程97-98
• 5.3 單部雷達混合掃描處理方法98-104
• 5.3.1 單部雷達混合掃描方案98-99
• 5.3.2 波束阻擋的處理方法99
• 5.3.3 混合掃描反射率因子格點化方法99-100
• 5.3.4 混合掃描方案改進效果100-104
• 5.4 混合掃描反射率因子組網(wǎng)方法104-108
• 5.4.1 最低高度法104-105
• 5.4.2 距離權(quán)重法105
• 5.4.3 高度權(quán)重法105-106
• 5.4.4 距離-高度權(quán)重法106
• 5.4.5 不同方法的混合掃描組網(wǎng)結(jié)果比較106-108
• 5.5 降水估算效果分析108-119
• 5.5.1 檢驗方法108-109
• 5.5.2 不同混合掃描組網(wǎng)方法估算降水結(jié)果對比分析109-111
• 5.5.3 不同覆蓋條件區(qū)域的降水估算效果分析111-114
• 5.5.4 區(qū)域雷達網(wǎng)估算降水的效果分析114-119
• 5.6 小結(jié)119-121
• 第六章 總結(jié)與討論121-127
• 6.1 主要的結(jié)論121-124
• 6.1.1 新一代天氣雷達波束路徑統(tǒng)計分析121-122
• 6.1.2 復雜地形條件下雷達波束阻擋分析與方法研究122
• 6.1.3 區(qū)域天氣雷達網(wǎng)估算降水的覆蓋能力分析122-123
• 6.1.4 天氣雷達組網(wǎng)估算降水的回波提取方法研究123-124
• 6.2 論文特色與創(chuàng)新點124
• 6.2.1 論文特色124
• 6.2.2 創(chuàng)新點124
• 6.3 未來工作計劃124-127
• 參考文獻127-138
• 致謝138-139
• 個人簡歷139-140

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 黃小玉;黃小玉;陳媛;熊毅;陳波;夏正龍;廖玉芳;;漂移克里金方法在雷達和雨量計聯(lián)合估測降水中的應(yīng)用[J];氣象學報;2009年02期

2 劉雪濤;沃偉峰;趙思亮;;FOSE系統(tǒng)中的新一代天氣雷達拼圖及單站產(chǎn)品制作[J];氣象科學;2007年04期

  本文關(guān)鍵詞：新一代天氣雷達組網(wǎng)估算降水的覆蓋能力分析及方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：257027