雷达产品与算法

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CINRAD-SA雷达系统 主要产品与算法简介
CINRAD-SA 主要产品
CINRAD-SA主要产品
1. 雷达产品分类
严格来说,雷达产品只有约 28 个,只是因 为不同的分辨率和不同的数据色标等级,同 一个产品又可分为多个。因此,共有约 80个
雷达产品的编号不是连续的!
不同分类:
• 基本产品与导出产品
3.3 冰雹指数(HI 59)
冰雹指数产品是警示风暴是否可能产生 冰雹的一个指标,主要是图形产品
在0℃ 层高度以上检查高反射率因子值, 用冰雹指数算法(HDA)计算得到:
– 冰雹概率 POH(以10%为单位) – 大冰雹 (直径≥2厘米) 概率POSH (以10%
为单位)
– 最大可能冰雹尺寸 MEHS
雷达产品的算法
WSR-98D 算法软件包的版本较低: 是WSR-88D算法软件包V7.0再结合
V10.0中的一部分算法 目前WSR-88D 算法软件包的版本为
V10.0
3.1 风暴跟踪信息产品(STI)与算法
•识别雷达探测范围内的每个对流风暴单
体,并给出风暴过去、现在和将来的位 置以及345公里范围内的风暴运动的可 靠信息
高度的关系
大冰雹概率的计算
计算大冰雹指数SHI(经验关系)
– 与反射率因子权重函数、温度权重函数成 正比
– 与0 ºC和 -20 ºC 层的高度、风暴单体顶高 有关
计算冰雹发生预警阈值WT
– 与0 ºC层的高度成正比
PSOH=29㏑(SHI/WT)+50
可能最பைடு நூலகம்冰雹尺寸
MEHS=2.54(SHI)0.5

产品例子
强风暴实验室NSSL的中气旋算法与88D风暴序 列算法的对比
3.4.2 龙卷涡旋特征(TVS 61)
图形与文字结合的产品 产品编号:TVS61 在识别出中气旋的基础上,从中气旋环流邻
近区域的平均径向速度中搜寻 TVS,且在两 个相邻PPI上都存在TVS。用红色实心三角表 示 最大识别范围:100公里
STI 产品的局限性
当两个风暴单体很靠近时,只能识别为一个 风暴
由于静锥区的原因,当风暴很接近雷达时, 许多有关风暴的信息因缺探测资料而不可靠
当风暴处于发展或消亡阶段时,高反射率因 子核的变化较大,因而识别就可能出现较大 差错
路径预报采用的是直线预报方式,对于曲线 运动的风暴的识别也可出现较大差错
不同分辨率反射率因子产品的由来
不同分辨率的R生成
1公里分辨率的产品显示波束宽度为1°、 长度为1公里的所有原始数据
分辨率为2公里的产品取两个连续的1公 里分辨率数据中的最大
分辨率为4公里的产品取四个连续的1公 里分辨率数据中的最大的
不同分辨率的反射率因子产品的例子
1 km的产品 2 km的产品 4 km的产品
不同显示范围、不同分辨率的平 均径向速度产品的例子
V26产品 V27产品
2.3 基本径向速度谱宽产品(SW)
• 体积扫描中各个仰角全方位(360°)的基本 谱宽
• 产品编号:SW28-30 • 极坐标显示。显示范围60、115、和230公里
• 3种分辨率:
• 60公里显示范围 250米 • 115公里显示范围 500米 • 230公里显示范围 1公里
TVS评分对比(6个例)
NSSL TVS
POD FAR CSI HSS 43 48 31 46
88D TVS (opt)
POD FAR CSI HSS 37 78 16 26
88D TVS
POD FAR CSI HSS 303 0
3.5 垂直累积液态水(VIL 57)
• 反映降水云体中,在某一确定的底面积(4KM
每个径向上每个阈值的段数最多为15!
搜寻段示意
3.1.2 风暴单体质心
定义 分量——在单体中某一锥面(仰角)扫描上,阈值 相同、方位相邻的段所构成的区域 质心——单体质量中心的三维位置
构成分量的阈值:
• 相邻的段数: ≥ 2 个 • 2 个相邻段的方位差 < 1.5∘,径向重叠距离≥2公里 •分量所占区域面积≥10平方公里
计算范围230公里,每个体扫更新一次
30% POH < 50%


50% ≦ POH,

POSH <最小 POSH 显示临界值 30%

30% ≦ POSH < 50%
数 产


POSH > 50%

老冰雹指数
老冰雹指数是指用第七版本的气象算法 软件包得到的:
– POSITIVE 肯定 – PROBABLE 可能 – NONE 否定(无符号) – INSF不足够(无符号)没有足够的资料
单位: mm
3.4 中气旋(M)与龙卷涡旋特 征(TVS)产品
3.4.1 中气旋产品(M 60)
图形与文字结合的产品 产品编号:M60 最大识别范围:230公里 只在一个PPI上有满足中气旋方位切变阈值的
环流——非相关切变。只在文字信息中标注
只在两个相邻锥面上有满足中气旋方位切变 阈值的环流——三维相关切变。细黄圈表示
不同显示范围、不同分辨率的反射率 因子产品的例子
R19产品 R20产品 R21产品
2.2 平均径向速度产品(V)
• 体积扫描中各个仰角全方位(360°)的平均
径向速度
• 产品编号:V22-27 • 极坐标显示。显示范围60、115、和230公里 • 3种分辨率:
• 60公里显示范围 250米
•提供风暴过去每15分钟间隔的位置、现
在位置、和未来1小时内每15分钟间隔 的预报位置,构成风暴的移动轨迹
•产品编号STI 58
风暴跟踪信息(STI)产品
产品形式:
–单一图形 –图形+字符信息 –图形叠加
风暴跟踪信息例子1 风暴跟踪信息例子2
跟踪移动轨迹符号
符号 • 表示过去风暴位置 符号 + 表示风暴未来预报位置 符号 表示风暴当前位置 符号 表示风暴处于准静止状态
不同分辨率产品的生成
不同分辨率V的生成
250米分辨率的产品显示波束宽度为1°、 长度为 250米的所有原始数据
分辨率为500米的产品取两个连续的250 米分辨率数据中的第一个
分辨率为1公里的产品取四个连续的250 米分辨率数据中的第一个
不同分辨率产品的例子
250米分辨率V 500米分辨率V 1公里分辨率V
风暴单体质心
处理过程:
在锥面上(仰角扫描)分析完每个径向的段后,将锥 面上相邻风暴段组合成“二维”风暴分量
如果不同阈值的分量相互重叠,则只保留最大阈值 的分量
分量质量—分量的等效液态水含量的估计值
计算分量的质心、分量质量 按间距≤5公里/7.5公里/10公里三种阈值进行分量
质心垂直关联。如果某一分量质心与相邻锥面的质 心关联数超过1个,取最大质量的质心 计算出单体的质心
砖形轮廓线表示30dBZ阈值风暴段。风暴段将被组 合成一个“二维”分量
图。
较高阈值分量区域中的较低阈值分量被去掉
确定风暴质心



质心的方位(极坐标)

质心的高度(ARL—相对于雷达高度)

最大反射率(3个距离库的平均)

最大反射率的高度(波束中心点高度—ARL)

单体底和顶高(ARL)
法 的
• 230公里显示范围 1公里 • 460公里显示范围 2公里和 4公里
基本反射率因子(R)
• 图象色标分为 8和16 级:
• 晴空模式:-28dBZ~28dBZ • 降水模式: 5dBZ~75dBZ
• 共 6 个产品。最常用的为19号:1公里分 辨率,16级色标,显示范围230公里
• 用途:
• 估计系统的强度 • 冰雹的潜在性 • 风暴结构








单 体
单 体 质
单 体 跟
位 置 预




3.1.1 风暴单体段
定义 段是在某一锥面(仰角)沿径向排
列的、反射率大于或等于特定阈值的一 组相邻距离库.长度≥2公里
处理过程
沿径向按 7 个不同的反射率阈值搜寻单体段
夹在相邻两个阈值之间的距离库,其反射率 与高一级阈值差≤5DBZ、且距离库数≤ 2,则划 为高一级阈值的段
在两个及以上相邻锥面上有满足中气旋方位 切变阈值的环流——中气旋。粗黄圈表示
中气旋产品
中气旋产品的属性表:
–ID—风暴编号 –FEATURE—强切变的性质(非相关/三维相关/中
气旋) –AZ/RAN—强切变相对雷达头的方位和距离 –BASE/TOP—强切变的底部和顶部高度(ARL相对
雷达头) –RAD/AZDIA—强切变(两中心)的径向与方位距
字符信息
STORM ID—风暴编号 AZ—风暴的方位 RAN—与雷达头的距离 FCST—预测的风暴移向,即来向 MVT—预测的风暴移速 TRK ERR—跟踪误差(距离、移向) DBZM—最大反射率因子的数值 HGT--最大反射率因子所在高度
风暴单体的识别和跟踪算法(SCIT)
主观判断TVS例子 客观计算判断TVS例子
龙卷涡旋特征
龙卷涡旋特征产品的属性表:
–ID—风暴编号 –AZ/RAN—TVS中心相对雷达头的方位和距离 –HEIGHT—TVS最强切变相对雷达头的高度 –SHEAR—TVS的值 –ORI/ROT — TVS(两中心)的径向与方位
距离
TVS 61实例
• 基本数据产品、物理量产品、跟踪产品、信 息产品
• 锥面(仰角)产品和体积产品
2. 基本产品
2.1 反射率因子 2.2 平均径向速度 2.3 径向速度谱宽
2.1 基本反射率因子(R)
• 体积扫描中各个仰角全方位(360°) 的回波强度
• 产品编号: R16-21 • 极坐标显示。显示范围230和460公里 • 3种分辨率:
垂直累积液态水(VIL)算法
假定回波均由液态水所产生,由经验公式将 反射率因子DBZ转换成相当的液态水含量
液态水混合比的经验公式:
M 3.44 103 Z 4/ 7
M~液态水混合比,Z~雷达反射率因子 Z值的上限取为55dBZ以减少冰雹污染
计算步骤
把每个PPI极坐标形式的回波强度 R 转换成直 角坐标(4 KM×4KM )的 R
基本径向速度谱宽产品(SW)
• 8 个等级色标,共 3 个产品
• 它可提供由于风切变、湍流和/或速度 样本质量引起的径向速度变化幅度的度 量,可用来帮助确定边界位置、TBSS、 估计湍流大小及检查径向速度是否可靠
不同分辨率产品的例子
250米分辨SW 500米分辨SW 1公里分辨SW
3. 导出产品与算法
×4KM)的垂直柱体内液态水总量分布的图形 产品
• 极坐标显示 • 产品号为57,显示范围230公里 • 数据色标等级:16 •最大计算范围: 230公里 • 它是判别强降水及其降水潜力,强对流天气
造成的暴雨和冰雹等灾害性天气事件的有效 工具之一
垂直积分液态水产品
VIL 例子1 VIL 例子2
3.2 风暴结构产品(SS 62)
是字符产品,提供有关风暴结构的特征信息 最大计算范围 345公里 主要信息:
– 最大反射率及其所在高度(相对雷达头) – 基于风暴单体的垂直积分液态水含量(VIL) – 风暴底(30DBZ)和顶的高 –质心位置等
每个体扫更新一次 风暴结构产品SS例子
分量数目 基于单体的垂直累积液态水含量(VIL)


基于风暴单体的垂直积分液态水VIL
风暴单体各仰角扫描最大反射率因子计 算的液态水总和
3.1.3 风暴单体跟踪
预报位置
R7
前次体积扫位置
预报位置
R3
前次体积扫位置
3.1.4 风暴未来位置预报
风暴位置预报是依据过去风暴移动的 记录来预报单体未来1小时内每15分钟 间隔的质心位置
• 115公里显示范围 500米
• 230公里显示范围 1公里
平均径向速度产品(V)
• 图象色标分为 8和16 级
• 共 6 个产品。最常用的为V 27号:分辨 率1公里,图象色标等级为16,显示范 围230公里
• 主要用途:
• 估计风向、风速 • 确定水平和垂直切变(不连续边界) • 识别强天气系统
分析风暴
冰雹指数产品
新冰雹指数产品 老冰雹指数产品
3.3.2 冰雹指数的算法
0 ºC和 -20 ºC 层的高度(通过探空获 得并输入给冰雹指数算法)
高悬( 0 ºC层以上)的高反射率因子 核( 45DBZ)
及时更新上述等温线的高度值对算法的 成功极为重要
任意大小冰雹概率POH与0 ºC层、45DBZ层
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