第四章基本产品.doc

基本产品 随着多普勒天气雷达获取的回波信息（包括强度、径向速度和速度谱宽信息）和与之有关天气现象之间关系的认识不断深入，人们需要对这些信息作进一步的加工、计算和处理，使之更加符合气象业务工作的要求。过去由于计算机技术的限制，这种需求往往难以得到满足。而今，随着计算机技术的迅猛发展，不仅使这种需求这种需求成为可能，还产生了大量的新产品。人们将应用多普勒雷达探测到的回波强度、径向速度和速度谱宽数据，经过加工处理、坐标变换和计算成某些与气象有关的物理量后而产生的数据和图象称为多普勒天气雷达产品。目前，多普勒雷达系统生成的产品大致可以分为四大类，即基本数据产品，物理量产品、风场反演产品、强天气识别产品、预报产品等。本章将简略介绍基本数据产品。 4. 1 新一代天气雷达基本产品简介 基本雷达数据产品是新一代天气雷达系统的基本产品，它主要将雷达以各种观测方式得到的数据，在不变化其数据特性的前提下，在多种不同的坐标中表现出来，具有实时性强、直观和形态特征明显的优点。 一般来说，基本数据可以被被用来分析一些重要的气象特征，而这些特征在基本数据通过算法而得到的导出产品中表现得并不明显。通过对基本数据的研究可以鉴别典型的天气尺度和中尺度特征，例如锋面和其它系统的边界、弱回波区以及强降雪带、中尺度气旋、下击暴流、大尺度的风向风速和冷暖平流等。另外，研究基本数据的产品可以验证导出产品的特征。当分析基本数据产品时，实际上是在分析被用来产生所有的导出产品的输入数据，且可以用它来验证导出产品。在下面的讨论中，我们将基本数据产品统称为基本产品，而将具体的基本数据产品简称为产品。 基本数据产品一般包括有平面位置显示PPI、距离高度显示RHI、等高平面位置显示CAPPI、任意垂直剖面显示VCS、局部多层CAPPI显示、垂直最大回波强度显示CR和等值线图显示产品等。下面，我们就来一一介绍这些产品。 4. 1. 1 平面位置显示（PPI） 所谓平面位置显示产品PPI，是指当雷达以固定仰角，天线以全方位扫描的探测方式而获取的数据，通过以雷达为中心的极坐标形式，采用不同的彩色色标来表示数据的大小和方向而产生的图象产品。平面位置显示PPI包括回波强度、径向风场、速度谱宽三种，此类产品一般还可配上当地的地形、河流、行政区划等地理信息，方便用户使用。PPI产品图象中标明时间、仰角、色标等，径向速度PPI图象产品中还应表明雷达测站所在的位置。 由于不需要过多的处理过程，且与之相应的雷达探测方式比较简单，易于操作，因此平面位置显示产品PPI完全实现了实时显示，在实际的气象业务中应用十分广泛，积累了丰富的实际应用方法和经验。例如，运用平面位置显示产品PPI可以来分析和估计风向风速以及它们随高度的分布情况，其原理就是因为不同的雷达探测距离对应于不同目标的高度，根据压高公式就可以与大尺度的流场对应起来，也就可以近似估计风场随高度变化的的特征了，比如在实际业务中就是基于径向速度的PPI产品来分析一些大尺度流场相应的径向速度分布特征的。还有，在我们进行具体天气分析时，对于那些会产生强对流天气和长时间降水等的天气系统，已经总结出了很多有关雷达强度回波产品的一些分布形状，例如钩状、指状、带状回波、“V”型缺口、絮状回波等，一般也都是通过分析回波强度的PPI产品所得到的。另外，尽管中小尺度系统由于尺度相对较小，其流场的高度差也很小，但新一代天气雷达系统所具有的较高分辨率仍能满足我们日常业务中应用径向速度的PPI产品来分析其相应的径向速度分布特征。因此说，PPI产品是实际气象业务中应用最为广泛产品，也是最重要的产品之一。 4. 1. 2 距离高度显示（RHI） 距离高度显示RHI产品，是指当雷达天线通过以固定方位作俯仰扫描的探测方式所获取的数据，在以雷达为坐标原点的极坐标中用不同的色标来表示数据的大小和方向而产生的图象产品。 距离高度显示RHI包括回波强度、径向速度、速度谱宽三种产品，是经由对雷达获取的数据进行坐标转换，式中H0为天线的海拔高度，R是目标距天线的距离（斜距），α为天线仰角，r为地球半径。产品以h为垂直坐标，L为水平坐标显示回波图象的分布。需要注意的是径向速度的距离高度显示图象，仍以雷达站作参考点。由于这种产品的方位是由用户选定的，因此其回波强度、径向速度和速度谱宽这三种信息随高度分布的情况是表示该选定方位上的，也就使我们可以据此确定该方位上这三种信息的垂直结构。同PPI产品一样，这些产品也是可以实时显示的，在气象业务和研究中会经常用到，例如强对流天气系统中经常会出现的穹隆状的强度回波分布形态，就是应用这种产品分析得到的。 在使用时一定要注意，RHI产品中的高度坐标是放大了的，主要是为了便于用户分析回波的垂直结构。这样作对于没有方向性的标量信息（如回波强度、速度谱宽