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基于多普勒天气雷达的风暴识别与设计

陈章法  
【摘要】:利用多普勒天气雷达资料探测强风暴并开展临近天气预报,是多普勒天气雷达作为中小尺度灾害性天气监测工具的主要功能之一。本文介绍了风暴天气的天气学征,对流单体的一般特征及其发展的环境条件,强对流风暴天气的雷达回波特征,从而概述了风暴识别算法的天气学依据;参考WSR-88D监测技术,介绍运用多普勒天气雷达资料探测风暴的识别与跟踪算法,通过三维风暴核识别,质心和回波轴跟踪法,运用线性外推法、引导气流法和曲线拟合法预报。并结合所识别风暴可能区域中径向速度与谱宽场资料,综合判断风暴强度,从而估计风暴强度。在进行风暴识别过程中,对于一维风暴段搜索、二维风暴分量合成及三维风暴体组成的阈值确定,根据天气学模型,参考文献和大量的天气实事,给出一定的范围,即可以使用默认值,也可根据需要选择。其中主要的讨论针对雷达观测资料的切向分辨率随距离的增加而降低的实事,对同一体扫数据处理时,使用随距离变化的阈值。在风暴跟踪和预报时,主要考虑风暴天气的天气特点,引导气流采用同一体扫观测资料反演的VAD风场,即风暴质心所在高度的平均气流场。同时建议使用中尺度天气数值预报的风场产品,如MM5的风场产品。 多普勒天气雷达软件风暴识别算法的工程设计,是在14所1427项目软件框架的基础上,开发出风暴识别产品,包括风暴可能区域,风暴强度估计,冰雹指数。产品算法在微软视窗操作系统下,运用VC开发环境,以动态链接库的形式完成。使用统一的基数据(VTB)和产品格式,方便区域大范围的雷达拼图和联防,动态链接库有利于产品开发的合作和新算法的工程设计。 最后对当前风暴识别算法的不足进行讨论,并提出了下一步的工作计划。


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