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随着大气探测手段的不断更新和雷达技术的进一步发展,多普勒天气雷达不仅能够测定降水的位置和强度,还能够测量降水区域内部的气流速度,在气象业务中的雷达风场产品应用也越来越广泛,对于中尺度天气系统的分析具有非常重要的意义。多普勒雷达风场信息是辅助天气预报和预警的重要因素,进一步认识和研究单多普勒天气雷达风场反演方法及其产品的开发是用好中国新一代布网多普勒天气雷达的重要环节。
本文首先对风场产品应用范围和环境进行了介绍,简要分析了风场产品的应用价值和研究意义。介绍与分析了国内外风场反演技术及其发展动向,在进一步认识二维水平风场反演方法的基础上,给出了基于雷达速度基数据的风场反演的技术要点和算法流程。
第二,对陶祖钰教授提出的VAP 方法风场反演原理和反演条件进行了简要的介绍,在局地均匀风假定的条件下,对VAP 方法的部分内容进行了改进。在资料预处理的数据插值部分,着重分析了缺测数据的特点,在保证距离圈上数据线性的条件下,利用传统的线性插值方法对遮挡数据进行插值。为了去掉脉动数据对反演的影响,在3×3 窗口中利用色调关系对微小尺度数据进行了滤波处理,并对滤波前后的速度-方位廓线图进行了对比分析。在速度退模糊的处理过程中,通过分析发现速度模糊区域通常处在速度较大的区域,并且模糊和不模糊交替方位处的色调相反,利用这种色调关系,进行了距离圈上的速度退模糊处理,并对具体退模糊处理的速度图实例和距离圈廓线实例进行了对比分析。
通过实例分析,发现经过资料预处理后的距离圈上的速度-方位廓线已经没有明显的脉动,数据连续性比较好,达到了预处理的目的。从速度退模糊后的廓线上可以看到,利用色调关系进行的连续距离圈上的模糊搜索能够可靠保证准确判定模糊区域并进行有效的模糊处理。通过对比研究,发现利用色调关系的模糊处理速度较快,不受到相邻距离圈上模糊数据的影响,并且不需要第一猜速度的判定。
第三,进行了基于地理信息的回波区地理图设计。由于风场反演在雷达回波区域中对地图要求不高,采用卫星影像地图作为地理背景底图和对普通地图采集数据综合绘图的做法在满足产品需求的条件下比开发GIS 系统经济适用,且应用更灵活。本研究中,将扫描后的卫星影像地图作为回波区域地理底图,对同比例尺地图进行数据采样获取其它地理要素,并通过经纬度对数据进行订正和校准,然后利用软件将地图数据叠加显示在地理底图上。
最后,在掌握了风场反演算法,明确风场反演目标后,利用Delphi 软件开发了基于动态链接库的风场软件显示系统,并用流程图对风场算法的软件实现过程进行了介绍,对系统主要功能进行了介绍。