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

【摘要】：隨著新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)的建成,雷達(dá)的應(yīng)用也逐步由單雷達(dá)發(fā)展到多雷達(dá)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(yù)報(bào)等已相繼投入業(yè)務(wù)應(yīng)用。但是,現(xiàn)階段只是實(shí)現(xiàn)了天氣雷達(dá)最基本的應(yīng)用目標(biāo),雷達(dá)拼圖、降水估算等涉及到的因素非常多,包括雷達(dá)測(cè)高的精度、地形影響的精細(xì)化處理、雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)能力的針對(duì)性評(píng)估、雷達(dá)組網(wǎng)估算降水的觀測(cè)數(shù)據(jù)處理等,這些問題對(duì)新一代天氣雷達(dá)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(jì)算是雷達(dá)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(duì)新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)的日常業(yè)務(wù)觀測(cè)模式,統(tǒng)計(jì)了雷達(dá)波束路徑,分析了被普遍采用的單一的標(biāo)準(zhǔn)大氣假定帶來的測(cè)高誤差及其適用性。其次,研究了復(fù)雜地形環(huán)境下基于數(shù)字高程模型(DEM)的雷達(dá)波束阻擋的處理方法和效果,并對(duì)判斷、提高雷達(dá)位置準(zhǔn)確性的方法進(jìn)行了初步的研究,以獲得準(zhǔn)確的波束阻擋數(shù)據(jù)。然后,基于上述工作評(píng)估了區(qū)域雷達(dá)網(wǎng)定量估算降水的覆蓋能力,以彌補(bǔ)此前各種覆蓋評(píng)估不具備特定天氣現(xiàn)象針對(duì)性的不足。最后,研究了雷達(dá)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(dá)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(jì)了我國(guó)不同地域、不同季節(jié)的大氣折射指數(shù)垂直分布,進(jìn)而得到業(yè)務(wù)觀測(cè)模式下雷達(dá)實(shí)際波束路徑,分析了其時(shí)空分布特征和統(tǒng)計(jì)模型,并分析了標(biāo)準(zhǔn)大氣假定導(dǎo)致的雷達(dá)的測(cè)高誤差,討論了其適用性。結(jié)果表明,我國(guó)業(yè)務(wù)天氣雷達(dá)網(wǎng)的大部分雷達(dá)實(shí)際波束高度相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)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(dá)為例,針對(duì)復(fù)雜的地形環(huán)境,為提高波束阻擋模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,應(yīng)用高分辨率DEM的信息,采用分段法計(jì)算波束阻擋。以雷達(dá)實(shí)際觀測(cè)的回波分布為對(duì)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(diǎn)模擬的波束阻擋有錯(cuò)誤,為此提出相關(guān)性分析方法,分析模擬的波束阻擋與實(shí)際回波分布之間的相關(guān)性,來判斷并訂正雷達(dá)位置偏差,采用該方法有效地訂正了金華雷達(dá)站的站址偏差,獲得了正確的波束阻擋數(shù)據(jù)。(3)針對(duì)雷達(dá)估算降水這一特定對(duì)象,考慮波束阻擋和0℃層高度兩個(gè)因素,制定評(píng)估方案,分析區(qū)域天氣雷達(dá)網(wǎng)的覆蓋能力。分別對(duì)浙江省和華南、西南、江漢、華北幾個(gè)地區(qū)的覆蓋情況進(jìn)行了分析,制定了覆蓋圖表,評(píng)價(jià)了區(qū)域覆蓋效果。評(píng)估表明,此前已有的覆蓋評(píng)估對(duì)于降水估算來說都偏于樂觀,事實(shí)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(huì)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(gè)評(píng)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?jī)?nèi)達(dá)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)地表降水分布的組網(wǎng)雷達(dá)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(dá)組網(wǎng)估算降水的基本流程,即先獲取單部雷達(dá)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(jìn)行降水估算。改進(jìn)混合掃描方案,在所有可用仰角中提取觀測(cè)數(shù)據(jù),并對(duì)部分阻擋進(jìn)行與阻擋率完全對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度補(bǔ)償；提出幾種引入高度因子的組網(wǎng)方法,進(jìn)行拼圖處理。利用浙江省雷達(dá)分析了波束阻擋的訂正效果,對(duì)比分析了幾種拼圖方法的特點(diǎn)和差異；針對(duì)降水過程,通過誤差分析,檢驗(yàn)了不同方法、方案估算降水的效果。結(jié)果表明,距離項(xiàng)權(quán)重比高度項(xiàng)權(quán)重表現(xiàn)穩(wěn)定,適用性更好,后者的作用在雷達(dá)高度差異比較大時(shí)有體現(xiàn)。融化層以上的觀測(cè)數(shù)據(jù)估算降水常常導(dǎo)致不確定性的誤差。最后,取浙江、廣東兩省多個(gè)降水過程,與業(yè)務(wù)方法對(duì)比檢驗(yàn),證明了本文方法的優(yōu)勢(shì),其估算結(jié)果與實(shí)況的空間分布更為一致。
【關(guān)鍵詞】：波束傳播路徑 波束阻當(dāng) 降水估算 覆蓋 組網(wǎng)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P406
【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(guó)內(nèi)外天氣雷達(dá)網(wǎng)的發(fā)展和應(yīng)用研究進(jìn)展12-26
• 1.2.1 世界天氣雷達(dá)網(wǎng)的發(fā)展12-14
• 1.2.2 我國(guó)天氣雷達(dá)網(wǎng)的發(fā)展和現(xiàn)狀14-17
• 1.2.3 新一代天氣雷達(dá)組網(wǎng)應(yīng)用及研究17-18
• 1.2.4 雷達(dá)波束在大氣中的傳播路徑18-20
• 1.2.5 雷達(dá)波束阻擋處理20-22
• 1.2.6 雷達(dá)估算降水22-25
• 1.2.7 雷達(dá)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?jī)?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(dá)波束路徑統(tǒng)計(jì)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(dá)波束傳播路徑32-36
• 2.2.1 原理32-34
• 2.2.2 計(jì)算34-36
• 2.3 統(tǒng)計(jì)特征分析36-51
• 2.3.1 站點(diǎn)選擇36
• 2.3.2 空間分布特征36-41
• 2.3.3 時(shí)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(fù)雜地形條件下雷達(dá)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(dá)觀測(cè)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(dá)發(fā)射、接收功率56-57
• 3.2.2 雷達(dá)波束高度57
• 3.2.3 雷達(dá)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(jì)算結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)比較60-65
• 3.3.1 雷達(dá)周邊地形環(huán)境60-61
• 3.3.2 雷達(dá)產(chǎn)品中的波束阻擋61
• 3.3.3 回波探測(cè)概率61-62
• 3.3.4 不同波束阻擋模擬結(jié)果對(duì)比62-65
• 3.4 雷達(dá)站位置訂正65-68
• 3.5 小結(jié)68-71
• 第四章 區(qū)域天氣雷達(dá)網(wǎng)估算降水的覆蓋能力分析71-97
• 4.1 與雷達(dá)降水估算覆蓋范圍有關(guān)的兩個(gè)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(dá)降水監(jiān)測(cè)模式74
• 4.1.4 雷達(dá)網(wǎng)降水估算預(yù)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(píng)估方法77-80
• 4.3.1 單部雷達(dá)覆蓋范圍的確定77-78
• 4.3.2 區(qū)域雷達(dá)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(píng)估區(qū)域、時(shí)間的劃分79
• 4.3.5 雷達(dá)站點(diǎn)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(dá)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(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)97
• 5.1.2 雨量計(jì)觀測(cè)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(dá)組網(wǎng)估算降水處理流程97-98
• 5.3 單部雷達(dá)混合掃描處理方法98-104
• 5.3.1 單部雷達(dá)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(diǎn)化方法99-100
• 5.3.4 混合掃描方案改進(jìn)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(yàn)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(duì)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(dá)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(dá)波束路徑統(tǒng)計(jì)分析121-122
• 6.1.2 復(fù)雜地形條件下雷達(dá)波束阻擋分析與方法研究122
• 6.1.3 區(qū)域天氣雷達(dá)網(wǎng)估算降水的覆蓋能力分析122-123
• 6.1.4 天氣雷達(dá)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(diǎn)124
• 6.2.1 論文特色124
• 6.2.2 創(chuàng)新點(diǎn)124
• 6.3 未來工作計(jì)劃124-127
• 參考文獻(xiàn)127-138
• 致謝138-139
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷139-140

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

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本文編號(hào)：386677