【正文】 新一代多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品及其在短時(shí)天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用楊引明上海中心氣象臺(tái)目 錄第一講：新一代多普勒雷達(dá)基本構(gòu)成及雷達(dá)產(chǎn)品生成數(shù)據(jù)流簡(jiǎn)介……………………..(4)1．1 基本構(gòu)成…………………………….………….……………………………………(4)1．2 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng) （RDA）…………….…….…………………………………….(5)1．3 產(chǎn)品生成子系統(tǒng) （RPG）………………………………………………………....(7)1．4 主用戶處理子系統(tǒng) （PUP）………………….………………………………… …..(8)第二講：雷達(dá)基本產(chǎn)品的生成、調(diào)閱和應(yīng)用…………………..………………………..(9)2．1 基本反射率因子（R）……………………………………………………………(10)2．2 平均徑向速度（V）……………………………………………………………….(12)2．3 速度譜寬（W）…………………………………………………………………....(14)第三講：由基本反射率因子導(dǎo)出產(chǎn)品的生成、調(diào)閱和應(yīng)用………………………….…(16)3．1 組合反射率因子（CR）…………………………………………………………..(18)3．2 組合反射率因子廓線（CRC）……………………………………………………(20)3．3 反射率因子剖面（RCS）………………………………………………………….(22)3．4 分層組合反射率因子平均值（LRA）……………………………………………(24)3．5 分層組合反射率因子最大值（LRM）…………………………………………...(26)3．6 弱回波區(qū)（WER）…………………………………………………………………(28)3．7 風(fēng)暴跟蹤信息（STI）……………………………………………………………..(30)3．8 風(fēng)暴結(jié)構(gòu)（SS）……………………………………………………………………(34)3．9 冰雹指數(shù)（HI）……………………………………………………………………(36)3．10 回波頂高（ET）………………………………………………………………….(40)3．11 回波頂高廓線（ETC）………………………………………………………..…(42)3．12 垂直積分液態(tài)含水量（VIL） ……………………………………………….… (44)3．13 強(qiáng)天氣概率（SWP）…………………………………………………………….. (46)3．14 一小時(shí)降水量（OHP）…………………………………………………………. (48)3．15 三小時(shí)降水量（THP）…………………………………………………………..(50)3．16 風(fēng)暴總降水量（STP）……………………………………………………………(52)3．17 用戶可選降水量（USP）………………………………………………………….(54)3．18補(bǔ)充降水資料（SPD）…………………………………………………………….(56)3．19一小時(shí)數(shù)字降水陣列（DPA）……………………………………………………(58).第四講：由基本速度資料導(dǎo)出產(chǎn)品的生成、調(diào)閱和應(yīng)用………………………………..(59)4．1 風(fēng)暴相對(duì)平均徑向速度圖（SRM）………………………………………………(60)4．2 風(fēng)暴相對(duì)平均徑向速度區(qū)（SRR）………………………………………………. (62)4．3 平均徑向速度場(chǎng)剖面（VCS）…………………………………………………….(64)4．4 速度方位顯示（VAD）………………………………………………………….…(66)4．5 速度方位顯示風(fēng)廓線（VWP）…………………………………………………… (68)4．6 中尺度氣旋（M）…………………………………………………………………(70)4．7 龍卷渦旋標(biāo)志（TVS）…………………………………………………………….(74)4．8 組合切變（CS）……………………………………………………………………(78)4．9 組合切變等值線（CSC）……………….………………………………………….. (80)第五講：由譜寬資料導(dǎo)出產(chǎn)品其它產(chǎn)品的生成、調(diào)閱和應(yīng)用……………………….. (82)5．1 譜寬剖面（SCS）………………………………………………………………….. (83)5．2 分層組合湍流平均值（LTA）……………………………………………………. (85)5．3 分層組合湍流最大值（LTM）……………………………………………………. (87)5．4 組合矩（CM）…………………………………………………………………….. (89)5．5 強(qiáng)天氣分析（SWA）………………………………………………………………(91)第六講：新一代多普勒雷達(dá)產(chǎn)品在局地暴雨預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用……………..……(96)（6．1）、暴雨形成的條件..……………………………………………………………(96)（6．2）．形成暴雨常見(jiàn)的對(duì)流回波系統(tǒng)………………………………………………(96)(6．3)．WSR88D多普勒天氣雷達(dá)降水探測(cè)算法及評(píng)估………………………………(97)（6．4）．基于WSR88D多普勒天氣雷達(dá)的暴雨監(jiān)測(cè)……………………………..…(100)（6．5）．個(gè)例分析…………………………………………………………………..…(102)第七講：新一代多普勒雷達(dá)產(chǎn)品在冰雹預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用……………..…………(106)(7．1)．利用新一代多普勒雷達(dá)產(chǎn)品冰雹監(jiān)測(cè)流程………………………………….(106)(7．2)． 強(qiáng)冰雹概率指數(shù)……………………………………………………..…(106)第八講：新一代多普勒雷達(dá)產(chǎn)品在龍卷風(fēng)預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用………………….…(108)(8．1)．龍卷風(fēng)的定義、強(qiáng)度等級(jí)和分類……………………………….……………(108)(8．2)．龍卷風(fēng)產(chǎn)生多普勒天氣雷達(dá)資料特征…………………………………….…(108)(8．3)．WSR88D多普勒天氣雷達(dá)的龍卷風(fēng)探測(cè)方法………………………………..(110)(8．4)．龍卷風(fēng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警流程…………………………………………………….(113)(8．5)．個(gè)例分析……………………………………………………………………….(116)一. 新一代多普勒雷達(dá)基本構(gòu)成及雷達(dá)產(chǎn)品生成數(shù)據(jù)流簡(jiǎn)介與常規(guī)天氣雷達(dá)不同， WSR—88D多普勒天氣雷達(dá)是全相干脈沖多普勒天氣雷達(dá)，它包含三個(gè)微機(jī)控制的工作單元，每個(gè)單元又由若干次級(jí)單元組成，為了準(zhǔn)確、合理的操作該雷達(dá)，并最有效的使用WSR—88D多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品，對(duì)這三個(gè)工作單元、它們的次級(jí)單元、以及相互間的數(shù)據(jù)信號(hào)流有一個(gè)簡(jiǎn)要的了解是必要的。1．1基本構(gòu)成WSR—88D多普勒天氣雷達(dá)由數(shù)據(jù)采集單元（RDA），雷達(dá)產(chǎn)品生成單元（RPG）、主用戶處理單元（PUP）三部分構(gòu)成。其中RDA產(chǎn)生和發(fā)射電磁脈沖，并將接收到的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)化雷達(dá)資料，RPG通過(guò)寬帶通信從RDA獲取數(shù)據(jù)化雷達(dá)資料，通過(guò)一系列水文氣象算法生成雷達(dá)產(chǎn)品；PUP通過(guò)窄帶通信從RPG獲得氣象產(chǎn)品，進(jìn)行顯示存檔，這里也是預(yù)報(bào)員的業(yè)務(wù)工作平臺(tái)。 整個(gè)WSR—88D系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下： WSR88D 結(jié)構(gòu)框圖1．2雷達(dá)數(shù)據(jù)采集單元數(shù)據(jù)采集單元由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)處理器、系統(tǒng)監(jiān)控及通信等部分組成，該單元產(chǎn)生和發(fā)射電磁脈沖，并將接收到的脈沖信號(hào)處理生成數(shù)字化基本資料，在RPA單元還完成第一級(jí)和第二級(jí)資料存檔任務(wù)（ARCHIVE LEVEL I，ARCHIVE LEVEL II）。一、發(fā)射機(jī)（Transmitter）WSR—88D多普勒天氣雷達(dá)通過(guò)速調(diào)管放大器（Klystron Amplifier）產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)穩(wěn)定的高功率（750 KW peak）10厘米波長(zhǎng)射頻脈沖，然后通過(guò)天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送到天線處向外輻射。為了保證多普勒資料能夠精確的從返回信號(hào)中提取，對(duì)所發(fā)射脈沖信號(hào)的穩(wěn)定度要求很高。二、天線（Antenna）雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的電磁脈沖（RF）通過(guò)天線發(fā)射到大氣中，并接收電磁脈沖遇到云雨目標(biāo)物后返回的能量，WSR—88D多普勒天氣雷達(dá)天線掃描的仰角可從1度到60度，主要取決于掃描策略（Scan Strategy）、體積覆蓋模式（VCP），操作模式（Operational Mode）三個(gè)要素。1．掃描策略（Scan Strategy）掃描策略決定一個(gè)體掃描包含多少個(gè)仰角，以及完成一次體掃描所需的時(shí)間，WSR—88D中有三個(gè)掃描策略： Scan Strategy 1：一個(gè)體掃描包含14個(gè)仰角，用時(shí)5分鐘。 Scan Strategy 2：一個(gè)體掃描包含9個(gè)仰角，用時(shí)6分鐘。 Scan Strategy 3：一個(gè)體掃描包含5個(gè)仰角，用時(shí)10分鐘。2．體積覆蓋模式：（Volume Coverage Pattern）掃描策略決定了一個(gè)體掃描中包含多少個(gè)仰角，而體積覆蓋模式指定具體的仰角值（、），WSR—88D可包含20個(gè)不同的VCP，但目前定義的 僅為四個(gè)：VCP11：掃描策略1 版本1：指定在5分鐘完成的體掃中14個(gè)不同仰角（、、、、）VCP21：掃描策略2 版本1： 指定在6分鐘完成的體掃中9個(gè)不同仰角（、、）VCP31：掃描策略3 版本1：指定在10分鐘完成的5仰角的體掃描中每個(gè)仰角（、），應(yīng)用于長(zhǎng)雷達(dá)脈沖。VCP32：掃描策略3 版本2：指定在10分鐘完成的5仰角的體掃描中每個(gè)仰角（、），應(yīng)用于短雷達(dá)脈沖。3．操作模式（Operational Mode），WSR—88D有兩個(gè)操作模式，降水模式（Mode A）和晴空模式（Mode B）。操作模式?jīng)Q定使用哪一種體積覆蓋模式和掃描策略：Mode A： 降水模式，使用VCP11或VCP21，相應(yīng)的體掃描策略為Scan Strategy 1（14層/5分鐘）或Scan Strategy 2（9層/6分鐘）。Mode B：晴空模式，使用VCP31或VCP32，相應(yīng)的體掃描策略為Scan Strategy 3（5層/10分鐘）。三、接收機(jī)（Receiver）當(dāng)天線接收到從云雨目標(biāo)物返回的后向發(fā)射能量后，將信號(hào)傳遞到接收機(jī)，由于與發(fā)射的信號(hào)相比，接收到的信號(hào)是一個(gè)非常小的量，所以當(dāng)接收信號(hào)被送到信號(hào)處理器之前，必須被放大。四、信號(hào)處理器（Signal Processor）信號(hào)處理器從接收機(jī)獲得模擬信號(hào)后，完成三個(gè)重要任務(wù)，地物雜波抑制，模數(shù)轉(zhuǎn)換和多普勒資料距離退折疊。1． 地物雜波抑制氣象回波和地物回波的主要區(qū)別是地物雜波很少或幾乎沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，而氣象目標(biāo)物返回的信號(hào)有明顯的運(yùn)動(dòng)， WSR—88D就利用這個(gè)運(yùn)動(dòng)作為去除地物雜波的決定因子。2．模數(shù)轉(zhuǎn)換來(lái)自于接收機(jī)的模擬信號(hào)在信號(hào)處理器中被處理成三種基本類型的數(shù)字信號(hào)：基本反射率因子，基本平均徑向速度和基本譜寬。3．距離退折疊在基本速度和譜寬資料中由于不同氣象目標(biāo)物傳輸路徑差異會(huì)引起距離折疊，WSR—88D通過(guò)與基本反射率因子資料對(duì)比對(duì)以上兩種資料進(jìn)行距離退折疊。五．I、II級(jí)數(shù)據(jù)記錄存檔（ARCHIVE LEVEL I、II）在RDA中包含最初的兩級(jí)數(shù)據(jù)記錄存檔。 1．存檔I（ARCHIVE LEVEL I）這一級(jí)存檔設(shè)有存儲(chǔ)設(shè)備和介質(zhì)，在信號(hào)處理器中自動(dòng)完成，搜集來(lái)自于接收機(jī)的模擬信號(hào)。 2．存檔Ⅱ（ARCHIVE LEVEL II）WSR—88D 存檔Ⅱ收集的資料為信號(hào)處理器產(chǎn)生的高分辨率數(shù)字基本資料，包括反射率因子、平均徑向速度和譜寬，這些資料未經(jīng)水文氣象算法處理。六、寬帶通信（Wide Communication）寬帶通信提供了RDA和RPG之間一個(gè)高速的雙向資料傳送連接，依據(jù)RDA和RPG之間的距離以及當(dāng)?shù)厍闆r，寬帶通信連接可采用直接電纜連接，光纖、微波通信（MLOS）和TI方式。上海WSR—88D采用的是直接的電纜連接。 1．3 雷達(dá)產(chǎn)品生成單元 雷達(dá)產(chǎn)品生成單元（RPG）是一個(gè)多任務(wù)的單元，經(jīng)寬帶通信從RDA采集原始基本資料，通過(guò)各種水文氣象算法處理和生成三十多類70多種氣象產(chǎn)品，經(jīng)窄帶通信發(fā)送到用戶。RPG還是整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的控制中心，這里還提供第三級(jí)數(shù)據(jù)記錄存檔（ARCHIVE LEVEL III） WSR—88D氣象產(chǎn)品數(shù)據(jù)流1．4 主用戶處理單元（PUP）主用戶處理單元（PUP）是收集、處理和存貯從RPG 獲得的氣象產(chǎn)品的軟硬件的總稱，由主用戶處理器和交互式用戶工作站兩部分組成。其中PUP交互式用戶工作站由兩個(gè)高分辨圖形監(jiān)視器，圖像板，應(yīng)用終端和彩色打印機(jī)組成，是預(yù)報(bào)人員顯示和操作WSR—88D產(chǎn)品的工作平臺(tái)；主用戶處理器連接一個(gè)系統(tǒng)終端，為操作者提供PUP軟件安裝、運(yùn)行監(jiān)控等功能。為了方便操作人員異地了解雷達(dá)工作狀況，在主用戶處理單元還配有遠(yuǎn)程單元控制面板（遠(yuǎn)程UCP）。此外，PUP還提供第四級(jí)數(shù)據(jù)記錄存檔（ARCHIVE　LEVEL IV）。一、PUP主要功能氣象產(chǎn)品的采集，操作人員通過(guò)在PUP上設(shè)置常規(guī)產(chǎn)品集（RPS）或通過(guò)一次性請(qǐng)求從RPG上采集氣象產(chǎn)品或信息，也可通過(guò)設(shè)置警報(bào)區(qū)域和警報(bào)閾值自動(dòng)從RPG采集警報(bào)配對(duì)產(chǎn)品。氣象產(chǎn)品的處理和顯示，包括氣象產(chǎn)品的顯示、放大、動(dòng)畫(huà)、產(chǎn)品疊加、地理信息的疊加以及強(qiáng)天氣的自動(dòng)報(bào)警功能等。二、遠(yuǎn)程雷達(dá)控制為了方便操作人員在PUP工