面向资料同化的S波段双偏振雷达质量控制
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在 双偏 振 雷 达 资料 获得 广 泛 应 用之 前 ，人 们 主 要利 用 非降 水 回波 ／降 水 回波 的 空 间 分 布差 异 处 理 非 气 象 回 波［１ 。Ｚｈａｎｇ等口 依 据 ＷＳＲ一８８Ｄ 体 扫 数 据 中反射 率 因子 的水 平 、垂 直 结构 来 区分 降水／非 降水 回波 。Ｌａｋｓｈｍａｎａｎ等 进一 步使 用 神经 网络 方 法 将多 种观 测特 征结 合起 来识 别 非降 水 回波 。刘 黎平 等 和江 源 等 则 基 于模 糊 逻 辑 方 法 使 用 反 射率 因子 、径 向速 度 （ｒａｄｉａｌ ｖｅｌｏｃｉｔｙ，简 称 Ｖ ）、速 度 谱 宽 （ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｗｉｄｔｈ，简 称 Ｓｗ）识 别 地 物 回 波 ，建 立 了适合 中国ＣＩＮＲＡＤ／ＳＡ雷 达 的地 物 回波 识 别方
ຫໍສະໝຸດ Baidu
引 言
经过 数 十 年 的 发 展ｌｌ】 ］，双 线 偏 振 多 普 勒 雷 达 （简称 双 偏振雷 达 ）已从 单 纯 的科 学研 究 走 向业 务应 用 。２０１３年 美 国 已 经 将 其 业 务 多 普 勒 天 气 雷 达 （Ｗ ｅａｔｈｅｒ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ Ｒａｄａｒ一１９８８ Ｄｏｐｐｌｅｒ，简 称 ＷＳＲ一８８Ｄ）全 部 升 级 为 双 偏 振 雷 达 ］。中 国也 计 划 在业 务 多普勒 天 气 雷 达 上 加装 双偏 振 功 能 ，目前 广 东省 已完 成 了 ６部原 有多 普勒 天气 雷 达 的升级 改 造 ，并 在 珠 海 、深 圳 和 连 州 新 建 了 ３部 双 偏 振 雷 达 。过往 经验 ｌ１ “ 表 明 ，雷 达 探 测 资 料 的 质 量 控 制 对 雷 达 的 业 务 应 用 至 关 重 要 。 实 际 探 测 过 程 中 ， 非气 象 回波会 使 观测 结 果 出现 偏 差 ，进 而 影 响定 量 降水 估计 精 度［１ 、云 微 物 理 过 程 研 究 、资 料 同化 应 用 等 ，因而一 直是 影 响 雷 达 探 测 资 料 质 量 的一 个 主
第 ２９卷 第 ５期 ２０１８年 ９月
应 用 气 象 学 报
Ｊ（）ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＰＰＬＩＥＤ Ｍ ＥＴＥ（）ＲＯＬＯＧＩＣＡＩ ＳＣＩＥＮＣＥ
Ｖ ｏ１．２９， ＮＯ．５ Ｓｅｐｔｅｍ ｂｅｒ ２０１８
王 洪 ，孔 凡铀 ，Ｊｕｎｇ Ｙｏｕｎｇｓｕｎ，等 ．面 向 资 料 同化 的 ｓ波段 双 偏 振 雷 达 质 量 控 制 ．应 用 气 象 学 报 ，２０１８，２９（５）：５４６—５５８． ＤＯＩ：ｌ０．１１８９８／１ＯＯｌ ７３１３．２０１８０５０４
要 因素 。非 气象 回波 范 围 十分 广 泛 ，包括 人 造 通 讯 设 备和 太 阳耀斑 带 来 的 电磁 干扰 、雷 达 波束 异 常传 播 造成 的地 物 杂 波 、昆 虫 和 鸟 类 等 生 物 回波ｌｌ ，较 高建 筑 物 或 山 脉 等 造 成 的 地 物 回 波 及 海 洋 回 波［＿１。。等 。在 使 用双 偏振 雷达 资 料 之前 ，有 必 要 对 资 料进 行严 格 的质量 控 制 ，去 除 非气象 回波 的影 响 。
２０１８ ０５ １ ５收 到 ，２０１８ ０７—１ ９收 到 再 改 稿 。 资 助 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 项 目（４１ ７０５０３５，４１４７５］０２，４１ ６７５０２１，４１７０５０２０），国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （２０１ ５ＣＢ４５２８０２），灾 害 天 气 国 家 重
”（美 国俄 克拉 荷 马 大 学 风 暴 分 析 与 预测 中 心 ，俄 克 拉 荷 马 州 ７３０７２）
摘 要
双 偏 振 雷 达 是 强 对 流 天气 分析 和 云 微 物 理 研 究 的重 要 探 测 设 备 ，将 多 普勒 天气 雷 达 升 级 为 双 偏 振 雷 达 是 我 国 未 来 几 年 强 对 流 天 气 监 测 发 展 建设 的 重 点 计 划 ，而 双 偏 振 雷 达 资 料 质 量 控 制 是 其 中 的关 键 技 术 问 题 。针 对 国 内首 批 业 务 布 建 的广 东 省 ｓ波 段 双 偏 振 雷 达 网 研 发 建 立 了 一 套 完 整 的质 量 控 制 技 术 方 案 ，除 了 重 点 解 决 非 气 象 回波 外 ，还 考 虑 了 非 标 准 波 束 遮 挡 和径 向 高 频 脉 动 问 题 。在 飑 线 、暴 雨 和 台风 ３类 华 南 季 风 区 强 天 气 个 例 的应 用 表 明 ， 基 于模 糊 逻 辑 的 水凝 物 分 类 、偏 振 量 （零 滞 后 互 相 关 系 数 、信 噪 比和 比 差 分 相 位 ）阈 值 检 查 和 杂 波 剔 除 能 有 效 剔 除 非 气 象 回波 ，抑 制 异 常 传 播 波 束导 致 的 虚 假 回波 ；线性 内 插 较 好 地 弥 补 了非 标 准 波 束 遮 挡 带 来 的 观 测 缝 隙 ；中 值 滤 波 和滑 动平 均 既 过 滤 了偏 振 观 测 量 在 雷 达径 向 的 高 频 脉 动 ，又 保 留了 主 要 的偏 振 雷 达 观 测 特 征 。质 量 控 制 后 的 气 象 回波 约 占有 效 观 测 （反 射 率 因子 大 于 一３０ ｄＢＺ）的 ４ｏ ，其 偏 振 量 取 值 分 别 为 反 射 率 因子 大 于 ５ ｄＢＺ、零 滞 后 互 相 关 系 数 大 于 ０．８和 差 分 反 射 率 为 一０．２～ ４ ｄＢ。 关 键 词 ：双 偏 振 雷 达 ；质 量 控 制 ；非 气 象 回波
面 向资 料 同化 的 Ｓ波 段 双 偏 振 雷 达 质 量 控 制
王 洪¨ 孔 凡 铀。 Ｊｕｎｇ Ｙｏｕｎｇｓｕｎ。 吴 乃 庚 ¨ 尹 金 方 ’
（中 国 气 象 局 广 州 热 带 海 洋 气 象 研 究 所 ／中 国气 象局 广 东 省 区 域 数 值 天 气 预 报 重 点 实 验 室 ，广 州 ５１００８０） （中 国气 象 科 学 研 究 院 灾 害 天 气 国家 重 点实 验室 ，北 京 １０００８１）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
引 言
经过 数 十 年 的 发 展ｌｌ】 ］，双 线 偏 振 多 普 勒 雷 达 （简称 双 偏振雷 达 ）已从 单 纯 的科 学研 究 走 向业 务应 用 。２０１３年 美 国 已 经 将 其 业 务 多 普 勒 天 气 雷 达 （Ｗ ｅａｔｈｅｒ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ Ｒａｄａｒ一１９８８ Ｄｏｐｐｌｅｒ，简 称 ＷＳＲ一８８Ｄ）全 部 升 级 为 双 偏 振 雷 达 ］。中 国也 计 划 在业 务 多普勒 天 气 雷 达 上 加装 双偏 振 功 能 ，目前 广 东省 已完 成 了 ６部原 有多 普勒 天气 雷 达 的升级 改 造 ，并 在 珠 海 、深 圳 和 连 州 新 建 了 ３部 双 偏 振 雷 达 。过往 经验 ｌ１ “ 表 明 ，雷 达 探 测 资 料 的 质 量 控 制 对 雷 达 的 业 务 应 用 至 关 重 要 。 实 际 探 测 过 程 中 ， 非气 象 回波会 使 观测 结 果 出现 偏 差 ，进 而 影 响定 量 降水 估计 精 度［１ 、云 微 物 理 过 程 研 究 、资 料 同化 应 用 等 ，因而一 直是 影 响 雷 达 探 测 资 料 质 量 的一 个 主
第 ２９卷 第 ５期 ２０１８年 ９月
应 用 气 象 学 报
Ｊ（）ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＰＰＬＩＥＤ Ｍ ＥＴＥ（）ＲＯＬＯＧＩＣＡＩ ＳＣＩＥＮＣＥ
Ｖ ｏ１．２９， ＮＯ．５ Ｓｅｐｔｅｍ ｂｅｒ ２０１８
王 洪 ，孔 凡铀 ，Ｊｕｎｇ Ｙｏｕｎｇｓｕｎ，等 ．面 向 资 料 同化 的 ｓ波段 双 偏 振 雷 达 质 量 控 制 ．应 用 气 象 学 报 ，２０１８，２９（５）：５４６—５５８． ＤＯＩ：ｌ０．１１８９８／１ＯＯｌ ７３１３．２０１８０５０４
要 因素 。非 气象 回波 范 围 十分 广 泛 ，包括 人 造 通 讯 设 备和 太 阳耀斑 带 来 的 电磁 干扰 、雷 达 波束 异 常传 播 造成 的地 物 杂 波 、昆 虫 和 鸟 类 等 生 物 回波ｌｌ ，较 高建 筑 物 或 山 脉 等 造 成 的 地 物 回 波 及 海 洋 回 波［＿１。。等 。在 使 用双 偏振 雷达 资 料 之前 ，有 必 要 对 资 料进 行严 格 的质量 控 制 ，去 除 非气象 回波 的影 响 。
２０１８ ０５ １ ５收 到 ，２０１８ ０７—１ ９收 到 再 改 稿 。 资 助 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 项 目（４１ ７０５０３５，４１４７５］０２，４１ ６７５０２１，４１７０５０２０），国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （２０１ ５ＣＢ４５２８０２），灾 害 天 气 国 家 重
”（美 国俄 克拉 荷 马 大 学 风 暴 分 析 与 预测 中 心 ，俄 克 拉 荷 马 州 ７３０７２）
摘 要
双 偏 振 雷 达 是 强 对 流 天气 分析 和 云 微 物 理 研 究 的重 要 探 测 设 备 ，将 多 普勒 天气 雷 达 升 级 为 双 偏 振 雷 达 是 我 国 未 来 几 年 强 对 流 天 气 监 测 发 展 建设 的 重 点 计 划 ，而 双 偏 振 雷 达 资 料 质 量 控 制 是 其 中 的关 键 技 术 问 题 。针 对 国 内首 批 业 务 布 建 的广 东 省 ｓ波 段 双 偏 振 雷 达 网 研 发 建 立 了 一 套 完 整 的质 量 控 制 技 术 方 案 ，除 了 重 点 解 决 非 气 象 回波 外 ，还 考 虑 了 非 标 准 波 束 遮 挡 和径 向 高 频 脉 动 问 题 。在 飑 线 、暴 雨 和 台风 ３类 华 南 季 风 区 强 天 气 个 例 的应 用 表 明 ， 基 于模 糊 逻 辑 的 水凝 物 分 类 、偏 振 量 （零 滞 后 互 相 关 系 数 、信 噪 比和 比 差 分 相 位 ）阈 值 检 查 和 杂 波 剔 除 能 有 效 剔 除 非 气 象 回波 ，抑 制 异 常 传 播 波 束导 致 的 虚 假 回波 ；线性 内 插 较 好 地 弥 补 了非 标 准 波 束 遮 挡 带 来 的 观 测 缝 隙 ；中 值 滤 波 和滑 动平 均 既 过 滤 了偏 振 观 测 量 在 雷 达径 向 的 高 频 脉 动 ，又 保 留了 主 要 的偏 振 雷 达 观 测 特 征 。质 量 控 制 后 的 气 象 回波 约 占有 效 观 测 （反 射 率 因子 大 于 一３０ ｄＢＺ）的 ４ｏ ，其 偏 振 量 取 值 分 别 为 反 射 率 因子 大 于 ５ ｄＢＺ、零 滞 后 互 相 关 系 数 大 于 ０．８和 差 分 反 射 率 为 一０．２～ ４ ｄＢ。 关 键 词 ：双 偏 振 雷 达 ；质 量 控 制 ；非 气 象 回波
面 向资 料 同化 的 Ｓ波 段 双 偏 振 雷 达 质 量 控 制
王 洪¨ 孔 凡 铀。 Ｊｕｎｇ Ｙｏｕｎｇｓｕｎ。 吴 乃 庚 ¨ 尹 金 方 ’
（中 国 气 象 局 广 州 热 带 海 洋 气 象 研 究 所 ／中 国气 象局 广 东 省 区 域 数 值 天 气 预 报 重 点 实 验 室 ，广 州 ５１００８０） （中 国气 象 科 学 研 究 院 灾 害 天 气 国家 重 点实 验室 ，北 京 １０００８１）