CINRAD-SAD双偏振雷达非降水回波识别技术
CINRAD/SAD双偏振雷达非降水回波识别技术
随着气象雷达技术的不断发展，CINRAD/SAD双偏振雷达已成为一种高性能的大气观测工具。其能够提供非常详细的气象信息，不仅可以准确地识别降水回波，还可以识别非降水回波，如辐射雾、雾霾、沙尘等气象现象。本文将详细探讨CINRAD/SAD双偏振雷达非降水回波的识别技术。
CINRAD/SAD双偏振雷达非降水回波的识别主要基于其不同的散射特征。传统的CINRAD/SAD双偏振雷达只能通过反射率因子来识别降水回波，但对于非降水回波的识别存在一定的局限性。为了克服这一问题，双偏振雷达加入了偏振参数，如差分反射率、相位差等。这些偏振参数能够提供更加详细和丰富的信息，从而实现对非降水回波的准确识别。
CINRAD/SAD双偏振雷达非降水回波的识别主要包括两个步骤：特征提取和分类判别。特征提取是指从雷达数据中提取出有用的信息，如反射率因子、差分反射率、相位差等。这些信息可以通过信号处理技术，如滤波器、多普勒频移校正等进行处理，提取出有意义的特征。分类判别是指根据特征提取的结果，使用分类算法将非降水回波和降水回波进行区分。常用的分类算法有模式识别、人工神经网络、支持向量机等。
在CINRAD/SAD双偏振雷达非降水回波识别中，差分反射率是一个非常重要的参数。差分反射率是指垂直和水平偏振回波的反射率差值，可以很好地反映出回波颗粒的形状和大小。通常情况下，辐射雾、雾霾等非降水回波的差分反射率较小，而沙尘等非降水回波的差分反射率较大。通过设置合适的差分反射率阈值，可以将非降水回波与降水回波进行区分。 相位差也是CINRAD/SAD双偏振雷达非降水回波识别中的一个重要参数。相位差是指垂直和水平方向的回波之间的相位差异。通常情况下，辐射雾、雾霾等非降水回波的相位差较小，而沙尘等非降水回波的相位差较大。通过设置合适的相位差阈值，可以进一步提高非降水回波的识别准确率。
双发双收双偏振天气雷达差分反射率工程标定方法
1. 前言
嘿，朋友们，今天咱们来聊聊一个听起来挺高大上的话题：双发双收双偏振天气雷达的差分反射率工程标定方法。别担心，我会尽量把这个听上去像外星人语言的内容，讲得简单明了，让你能跟着我一起走进这个神奇的世界。首先，咱们得知道，天气雷达可不是那种我们平时在电视上看到的天气预报图，哎呀，它可是大展身手，能帮我们深入了解天气的变化，尤其是那些复杂多变的气象现象。
2. 天气雷达的基本原理
2.1 双发双收的秘密
在咱们进入正式的标定方法之前，先来聊聊这个“双发双收”到底是什么。简单来说，双发就是雷达能够同时发出两种不同的波形，而双收则是它可以同时接收到这两种波形的回波。听起来很牛吧？这就像是你同时听两首歌，却能把每首歌的旋律和歌词都听得清清楚楚。这样的设计让雷达在探测天气的时候，能够更好地识别雨滴、雪花这些小家伙，甚至还能区分出它们的形状和大小，真是神奇！
2.2 偏振的魔力
接着咱们说说偏振，简单地讲，偏振就像是给雷达的波形穿上了“特殊的衣服”。通过偏振，雷达可以了解天气中的水滴是怎样的，这对咱们判断降水类型、强度都有着至关重要的作用。比如，偏振可以帮我们分清楚是雨还是雪，是小雨还是大暴雨，这可太
重要了！想象一下，如果你出门时能准确知道明天会不会下雨，那绝对是省去了不少麻烦，谁也不想在大雨中淋成落汤鸡，对吧？
3. 差分反射率的工程标定方法
3.1 标定的必要性
好啦，咱们进入正题——差分反射率的标定。为什么要标定呢？就像一把锋利的刀，要时常磨一磨才能切得更顺利，雷达也得定期校准才能确保数据准确。想象一下，如果你的雷达像个刚睡醒的熊猫，数据一会儿高一会儿低，那可真是让人哭笑不得。通过标定，我们可以消除各种系统误差，让雷达工作得更精准，这样我们就能更好地预测天气，及时发布预警。
3.2 标定的方法步骤
那么，具体怎么标定呢？首先，我们得找一个标准的参考物，通常会使用一些特定的目标，比如玻璃球或者其他均匀的水滴。接着，把雷达对准这些目标，记录下雷达的反射数据。这就像是在和目标“对话”，看它们怎么回应。然后，根据这些数据，我们可以计算出一个差分反射率，进而进行调整。
蒜 应用科学 １２３ 多普勒双偏振雷达在冰雹方面的应用 李群 （黑龙江省农垦宝枣岭分局气象台，黑龙江鹤岗１５４２１ １） 摘要讨论分析利用双线偏振雷达观测资料识别冰雹区的方法，在此基础上建立利用模糊逻辑法识别冰雹的识别模式。基于模糊逻辑法 利用双线偏振雷达观测资料建立的识别模式，不仅可以反映出实际的冰雹区位置，而且还可以对其分类。其识别的结果比较符合实际的天 气过程。 ． 关键词双线偏振多普勒雷达；冰雹；识别 中圈分类号Ｐ４ 文献标识码Ａ 文章编号１６７３—９６７１一（２０１０）１０１—０１２３—０１ 随着我国新一代多普勒雷达系统组网工作基本结束并逐步投入业务 运行，许多国内雷达生产厂家都致力于在多普勒天气雷达系统的基础上 升级双线偏振功能的研究，双线偏振多普勒雷达探测理论和方法及其在 气象、水文、航空领域的应用越来越有现实意义，但是由于各种原因， 目前在国内尚未真正完成具有双线偏振功能的多普勒雷达的改造。本文 立足于中国气象局即将研制的双线偏振多普勒天气雷达系统，借用美国 ＫＯＵＮ雷达的观测资料，进行了利用双线偏振雷达资料识别冰雹信号的 方法分析，并对其在实际运用中的合理性和可行性进行分析探讨，为我 国的双线偏振雷达业务运行提供参考。 １冰雹粒子的偏摄参数特性 对冰雹的发生和形成雹块大小的预测是雷达气象学家们关注的一个 重要问题，冰雹粒子的一些物理特性有助于利用偏振雷达的参数将其从 其它降水粒子中区分开来，然而由于冰雹粒子在下降过程中的空间取向 还没有彻底的研究清楚，因此要准确测量出其尺寸大小还是很困难的。 大多数冰雹粒子都有一定的偏心率，３￣１８３％的冰雹粒子其偏心率在０．６和 ｌ之间，１５％的冰雹粒子其偏心率在０－４和０．６之间，而不到 的冰雹粒子 偏心率小于０．４，绝大部分的地面降雹雹块其偏心率在０．８左右。目前， 大多数双线偏振多普勒雷达能得到的雷达偏振参数包括雷达水平反射率 因子 、差分反射率因子 ）俩种极化下反射率分贝差）、差分传播相 的微分）、零滞后互相关系数（Ｐ ＨＶ）等，其 中ｚｌ 为目标对水平极化电磁波的回波反射率因子（／２射率因子是与雷达常 数无关的目标散射特征量），它与降水粒子的数目和尺寸大小有关；Ｚ 为差分反射率因子，它与粒子形状关系密切，主要表征降水粒子的空间 取向和长短轴之比； 是差分传播相移，表征不同偏振分量在传播路径 上，因传播系数不同引起的相位的变化；ｐ ＨＶ反映了水平偏振和垂直偏 振回波功率之间的相关系数。由于冰雹粒子的形状和空间取向是一个复 杂的问题，且在其下落过程中的运动方式比较复杂，常伴有翻转运动。 因此，冰雹粒子产生的 随其形状、大小、空间取向以及下落运动等不 同会产生较大的差异。 ２利用双线偏摄臂达测量参数识别冰雹的常用方法 ２．１水平反射率因子Ｚ 法 Ｍａｓ∞提出ｚ 超过５５ｄＢｚ可以作为冰雹出现的指标。事实上，当在Ｏ℃ 层以上出现的ｚ 大￣４５ｄＢｚ时就可以认为出现冰雹。根据这一结果，可以 采用参量Ｙ 识别冰雹区：Ｙｚ＝Ｚｍ＋１０１ｏｇＨｍａｘ（１）其中ｚｍ定义为０℃层以上 ３ｋｍ１）Ｊ￣Ｊ２最大回波强度（衄ｚ），Ｈｍａｘ为最大回波强度所在高度（ｋｍ）。Ｙｚ＞６０ 时就认为有冰雹区存在。 ２．２指标系数Ｈ０Ｒ法 Ｋ・Ａｙｄｉｎ和Ｔ・Ａ・Ｓｅｌｉｇａ等人发现纯液态水的ｚ 值通常是大于Ｏ， 变化范围在ｏ～４ｄＢ之间，与水平反射率因子ｚ 成正相关。而与周围雨区 较大的ｚＤＲ相比，冰雹的ｚｎ 一般在ｏｄＢ左右，同时ＺＨ为一个高值区。根 据这一结果，他们提出用参量ＨｎＲ－Ｚ ｚ）— ＤＲ）来判断冰雹区，当Ｈ。 ＞ｏ 时，就认为有冰雹区存在，其中 ）取值见下式： ｒ … Ｉ ２７，ＺｏＲ＜０ ．《２７＋１９ＺｏＲ，ｏ≤ＺｏＲ＜１．７４ （２） ４ ２．３差分传播相移系数Ｋｄｒ法 几个原因使得Ｋ 对冰相粒子不敏感：首先，冰相粒子的介电常数 要小于液态水，对于大尺寸的湿冰雹（Ｄ＞２Ｏｍｍ）来说，粒子的外覆水膜很 薄，仅仅是边缘部分的介电常数增大。其次，冰雹的密度要低于其它的 降水粒子。最后，冰雹在下落过程中呈现的翻转使得其表现了粒子的各 向同性的性质，因此，对于纯冰雹来说，其 。值近似为０。根据上述分 析，定义系数Ｋｄｒ： Ｋｄｒ＝１０ｏ． 田 Ｌｌ（ＤＰ—２０ ２．４模糊逻辑识别法 （３） 为了取得更好的效果，在综合分析上述方法的基础上，建立了利用 模糊逻辑法来识别冰雹的识别模式。模式中输入变量为ｚＨ、ｚＤＲ、Ｋ 和 Ｐ ＨＶ，输出结果为干冰雹（ＤＨ）、小的湿冰雹【ｓ Ｈ）、大的湿冰雹（ＬＷＨ）、 巨型湿冰雹（ＧＷＨ）Ｉ）．２及冰水混合物（Ｈ＋Ｒ）五类冰雹粒子。利用模糊逻辑法 识别冰雹粒子的相态，首先要构造隶属函数，然后利用隶属函数来对雷 达测量参数进行模糊化。模糊化以后，进行ＩＦ－ＴＨＥＮ规则推断，然后采 用集成的方法进行集成。最后一步是退模糊，即将集成的结果转化成单 一的降水粒子类型。在构建隶属函数时，选用不对称的Ｔ函数作为隶属 函数基本的基本形式，该函数形状由４个参数决定：左起始点值ｘ ，左 区间点值ｘ２，右区间点值）【３，右结束点值ｘ ，是一个关于区间［）（２，）【３】取 值的函数式【４１。 ｒ ０，ｘ＜Ｘ。 Ｉ轰ｘ。≤ ｌ “ｌ… ’ｒ（ｘ，ｘ，，）（２，）【３，ｘ４）＝ Ｉ，《≤ｘ （４） ｌ。南 ≤ｘ ｆ…４ Ｉ３ ｏ，ｘ≥Ｘ４ ３结语 基于模糊逻辑法利用双线偏振雷达观测资料建立的识别模式，可以 比较有效地识别混合降水区中冰雹的位置，其识别的结果比较符合实际 的天气过程，但是还需要更多资料来做进一步的研究和验证。该方法比 较简单，在实际的业务运行中，可以根据给出的冰雹位置指导人工影响 参考文献 【１】刘黎平．双线偏振多普勒天气雷达估测混合区降雨和降雹方法和理论研究［Ｊ】． 大气科学，２００２，２６（６）：７６ｌ一７７２． ［２】刘黎平，王致君，徐宝祥，等．我国双线偏振雷达探测理论及应用研究［Ｊ】．高原气 象，１９９７，１６（１）：９９—１０５． 【３］钱永甫，刘黎平．用双线偏振雷达研究云内粒子相态及尺度的空间分布［Ｊ】气 象学报，１９９６，５４（５）：５９０—５９８． 作者简介 李群（１９７Ｏ一），男，汉族，辽宁沈阳人，中专学历，助理工程师。
1997年第4
期现代电子总第61期
双偏振天气雷达的探测原理
石林
(电子工业部第8研究所合肥230031)
摘要双偏振天气雷达是目前遥感探测天气的先进手段之一它根据不同的降水粒子对不同极
化电磁波的散射特性的羞异来区分不同的降水从而达到对降水类型的识别和分类本文介绍
了双偏振天气雷达的探测原理。
关键词双偏振天气雷达口标识别
引言
随着国民经济的发展人们对天气预报准确性的要求越来越高。
常规天气雷达和多普勒
天气雷达通过测量降水粒子的反射率、
速度和谱宽的分布,
实现对降雨的预报和探测但不
能区分各种降雨类型。
双偏振天气雷达利用极化技术和降水粒子回波的极化特性通过发射
水平和垂直极化的电磁波,
接收与发射共极化的回波,
测量雷达的反射率因子ZH、
反射率
差ZDR、
传播相移差和相关系数p。(0)等参数,
估算出降水粒子的形状,
尺寸和指向角的分
布情况,
进行降水型的分类和识别。
本文介绍双偏振天气雷达的探测原理和方法。
2目标的基本特点
双偏振天气雷达是用来估算降水粒子的形状、
尺寸和指向角等特征,
对降水进行分类与
识别的,
因此雷达的探测目标是各种降水粒子。
所谓的降水粒子是指组成云和降水的各种液
态、
固态和混合态的大气粒子。
雨滴是我们最常见的降水形式,
雨滴的形状取决于在下落过程中雨滴的表面张力和压
力,
以及大气的压力、
温度和湿度的影响。
在通常情况下,
直径小于lmm的雨滴,
被认为
是圆球形的,
雨滴的直径由小至大,
形状由球形变成扁球形,
直径越大,
扁率就越大。
1971
年,
Purppacher等人通过大量的理论研究和试验结果分析表明,
扁球形雨滴的轴比与雨滴的
等效直径之间存在如下关系:
本文于1997年8月8日收到。
一
13一
“芍二了03一
口石ZD。
其中,
的为椭球的长轴与短轴之比;D。
为粒子的等效直径c(mJ
取值范围在01一
.06cm
当直径超过4mm时,
粒子处于不稳定状态,
为易裂雨滴。
一般情况下,
雨滴在静止的空气
中下落时,
对称轴是垂直的,
并在其周围有轻微的振荡
在粒子群中所谓的粒子的形状、
