多普勒激光雷达风场反演方法研究

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基于VAP方法的多普勒雷达风场反演研究

基于VAP方法的多普勒雷达风场反演研究
发 现这种方 法效 果不 明显 , 因此 提 出用 9个 3 ×3的方格 数 据共 同进 行 滤波 的方法 。
l 广 1 — r_ f/r 1 _ — .— L L /L I 一 一 --
3 1 资料预 处理 的新 方 法 .
图 1 风场原理示意图 ( 极坐标 )
以前资料的预处理一般采用一维线性平滑方法 , 这样 可 以滤掉部
分速度脉动, 但在反演 结果 中仍然不能达到要求。因此采用平 均值滤
波和中值滤波综合应用来去掉脉动和噪声数据 。 选取从第一个不 为零的距离圈中的 3 方格数据开始进行滤波 , ×3 即对如图 2 所示的中心点 ( ,) 以及它周 围的 8 个点共同进行滤波。在直接进行 9 点中值滤波时 , 即选取该 9 点的中间值代替中心坐标点( ) , 的数据 ,
1 引 言
多普勒天气雷达风场产品在 民用天气预报和预警 中有着非常重要 的地位 , 尤其在对强对 流天气过程的预报
中有不可替代 的地位。在基于单多普勒雷达的风场反演中采用陶祖钰教授提出的 V P方法 , A 在假定相邻方位角
的风矢量相等的条件下 , 从基速度资料 中所测得的各个距离圈上的径向速度随方位角分布的廓线推算 出风向和 风速 , 这样可以保证反演得到的风场保 留了天气 中尺度特征 。为了反演得到合理 的 V P风场 , A 首要条件就是要 求雷达速度资料中不能有明显脉动 , 通过雷达硬件 的退模糊处理 , 能够滤除掉一部分速度模糊资料 , 但要能够客 观的 、 准确的、 合理的反演出实时风场 , 在软件设计中必须进行软件退模糊处理。常规做法是首先对雷达 回波速 度资料进行中值和均值综合滤波处理 , 以消除较大的脉动和噪音 。然后通过双 P 进行软件速度退模糊处理 , I 最终对处理后的资料进行方格反演风场 。研究设计在常规资料预处理的基础上 , 对低仰角数据按照提 出对不 同 回波距离数据进行的距离方格法资料处理和实际风场反演 。

民航上海多普勒雷达风场反演UW方法的试验

民航上海多普勒雷达风场反演UW方法的试验
P 1 . 4 52
风 场 反 演


多 普 勒 雷 达 是 从 二 十 世 纪 六 十 年 代 发 展 起 来 的 ~ 种 新 型 雷 达 , 着 计 算 机 技 术 和 通 信 能 随 力 的 迅 速 发 展 , 日益 成 为各 国气 象 、 已 民航 部 门 提 高 气 象 服 务 保 障 能 力 的 重 要 工 具 , 各 种 多 而
等 一刍 0 口s ∞0 w O ( + cO o) 一 i n
结 合 () 有 : 1式
T ,

O , V
r 。、
于 是 就 得 到 了水 平 风 矢 量 u, v分 量 的 反演 公 式
f = V iO+ V s s n c O o
I口一 Vw s o @一 V n s O i
决的 问题 。
自七 十 年 代 以 来 , 们设 计 了 多 种 从 单 多 普勒 速 度 场 反 演 风 场 的 方 法 , 是 由径 向 速 度分 人 都
量再 加 上 一 个 假 设 处 理 , 得 其 他 分 量构 成 三 维 流场 审, 如 速 度 体 积 处 理 技 术 ( 求 例 VVP) 均 匀 、
王峰 云 邢 谦
( 航 上海 气 象中 心 , 海 20 3 ) 民 上 0 3 5


介 绍 一 种 实 用 的单 多普 勒 雷 达 风 场 反 演 方 法 —— uw 技 术 , 并 民
航 上 海 气象 中心 多 普勒 雷达 资 料 的试 验 结果 作 简 单验 证
关键词
分类号
多 普 勒雷 达
uw 风 场 反 演 , 证 uw 方 法 反 演 多 普 勒 雷 达 风 场并 提 取 中 尺 度 环 流 的 能 力 。 验

多普勒激光雷达风场反演研究进展

多普勒激光雷达风场反演研究进展

第51卷 第1期 激光与红外Vol.51,No.1 2021年1月 LASER & INFRAREDJanuary,2021 文章编号:1001 5078(2021)01 0003 06·综述与评论·多普勒激光雷达风场反演研究进展左金辉,贾豫东(北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京100192)摘 要:多普勒激光雷达因高精度测量、高空分辨率等特点对晴空天气的风场探测具有重要应用价值,但多普勒激光雷达只能获取径向风速,必需进行风场反演。

介绍了单部和多部多普勒激光雷达的风场反演技术的国内外进展及优缺点,其风场反演算法主要在微波雷达的基础上进行优化和创新。

结果表明,单部多普勒激光雷达中变分方法是最有前途的方法;早期多部雷达普遍存在同一性的问题,对多部多普勒激光雷达也没有提出更有效的方法,变分方法的提出使得单部雷达和多部雷达不再有根本的区别,同化方法成为今后的研究重点(典型方法是变分同化)。

关键词:多普勒激光雷达;风场反演;变分同化中图分类号:TN958.98 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1001 5078.2021.01.001ResearchprogressinwindfieldinversionofDopplerlidarZUOJin hui,JIAYu dong(InstituteofInstrumentScienceandPhotoelectricEngineering,BeijingInformationScience&TechnologyUniversity,Beijing100192,China)Abstract:Dopplerlidarhasimportantapplicationvaluefordetectingwindfieldinclearskybecauseofitshighpreci sionmeasurementandhighresolution.However,Dopplerlidarcanonlyobtainradialwindspeed,soitisnecessarytocarryoutwindfieldinversion.Thispaperintroducesthedevelopment,advantagesanddisadvantagesofwindfieldin versiontechnologyofsingleDopplerlidarandmulti Dopplerlidarathomeandabroad.Theresultsshowthatthevaria tionalmethodisthemostpromisingmethodinthesingleDopplerlidarandmanyradarshadthesameproblemintheearlystage,therewasnomoreeffectivemethodforthemulti Dopplerlidar,withtheintroductionofvariationalmethod,thereisnofundamentaldifferencebetweensingleradarandmulti radar,andtheassimilationmethodbecomesthefo cusoffutureresearch(thetypicalmethodisvariationalassimilation).Keywords:Dopplerlidar;windfieldinversion;variationalassimilation基金项目:中国科学院战略性先导科技专项(A类)(No.XDA17010401)资助。

单多普勒雷达二维风场反演——Extended VPP方法

单多普勒雷达二维风场反演——Extended VPP方法

单多普勒雷达二维风场反演——Extended VPP方法方德贤1,2 3 董新宁4慕熙昱 1葛文忠11 南京大学中尺度灾害性天气教育部重点实验室,南京,2100932 重庆市气象台,重庆,4011473 南京工业大学,南京,2100934 重庆市气候中心,重庆,401147摘要文中提出的EVPP(Extended Velocity Plan Processing)方法是根据风场连续及局部分片光滑的性质,假定在一很小的分析窗内风矢量保持线性变化关系,使得在分析窗内反演得到的风场在矢径上的投影与实际观测的多普勒雷达径向速度场之间的误差达到最小,并利用零速度线这一特点对问题的求解做出约束,使得所得解尽可能达到全局最优,即:(1) 利用变分的思想求出水平风速的大小及方向;(2) 利用风场局部分片光滑,对风的方向做出矫正。

虽然由于风场受到线性假设这一限制,使得其使用的范围得到了局限,但是在本文中利用零速度线这一特征使得反演的结果得到了进一步的提高。

文中利用模拟的理想个例和实际观测到的个例分别进行了研究分析。

为了证明其理论的可行性,首先我们利用三维冰雹云模式模拟了辽宁2005年7月8日的一次冰雹云过程,考虑到个例的代表性,我们选择了辐合、辐散、旋转以及均匀风场等4种类型的流场结构进行了模拟分析,同时为了验证该种方法对于资料质量的依赖性以及噪声的敏感性,我们在理想质量中加入了随机噪声。

从对模拟风场的反演,证明了该方法理论上的可行性,而且噪声对其结构的影响不大。

然后针对台风、飑线、强对流等实际天气过程作了进一步分析。

最后对反演结果进行了误差分析,结果表明这一方法能较好地反演出中尺度系统的水平流场结构。

关键词:零速度线,线性规划,速度模糊。

初稿时间:2006年1月6日;修改稿时间:2006年5月11资助项目:国家自然科学基金项目“淮河流域能量与水分循环试验(HUBEX)"(49794030)。

作者简介:方德贤,主要从事雷达资料质量控制和雷达风场反演、强天气识别等工作。

单多普勒雷达风场反演方法敏感性试验

单多普勒雷达风场反演方法敏感性试验
维普资讯
第 8卷 第 3 期
20 0 7年 6月
解 放 军 理 工 大 学 学 报 ( 然 科 学 版) 自
J u n lo Un v r i fS in ea d Te h oo y o r a fPI A ie st o ce c n c n lg y
3南京大桥机器厂 , . 江苏 南 京 2 1 0 ) 1 1 1
摘 要 :为 了比较 3种 单 多普 勒天 气雷 达风场反 演方 法 ( VAP方法 、 即 uw 方 法 、 涡度一 度 法) 散 的反 演效 果
和适 用性 , 用这 3种 方法对 几种典 型 的理想 风场 进行反 演和敏 感性 对 比试验 , 对造 成反 演效果 差异 的原 因 并
进行 了细致 的分析 。试 验 结果表 明 , 3种 方 法对均 匀风 场的反 演 效果都 很好 , 这 uw 方 法的误 差最 小且计 算
量较 小 ; 3种 方 法对切 变场 的反 演效 果类 似 , 向速 度差值 较 大的 UW 方 法相 似 系数 却 稍 大 , 变越 大时反 径 切
演误 差 越 大 ; 于 涡 旋 场 3种 方 法 反 演 效 果 都 不 理 想 , 为 径 向 气 流 显 著 而 切 向 气 流 不 显 著 的 涡 旋 场 可 以 用 对 若
me ho t d. Se s tv nd o r s i e e pe i n s we e on o c n iie a c nt a tv x r me t r d e t omp r t s me h ds Th e uls s ow a e he e to . e r s t h t t t y a e a ls iab e f r e e nd fe d a D t od i e t r t n t e ot r t o he s a ha he r l u t l o v n wi i l nd V— me h s b te ha h he wo f r t he r fed. The e me h s a e n o n gh f he v r e il s t od r otgo d e ou ort o t x,bu he r s ls a e b t e e he e i nl a tt e u t r e t rwh n t r s o y r — dil e o iy,e p ca l u i t D e ho a v l ct s e ily sng he V— m t d. W h n t r i o y t n nta l iy,t e r s t r e he e s nl a ge i lveoct h e uls a e p r The dif r nc s i he e pe i n s b t e he t e t ds we e a s s u s d. oo . fe e e n t x r me t e we n t hr e me ho r lo dic s e Ke r y wo ds:Do pl rr d r;wi d r t i v l e s tviy e pe i n p e a a n e re a ;s n ii t x rme t

单多普勒激光雷达机场小尺度风场反演研究

单多普勒激光雷达机场小尺度风场反演研究
第4 0卷 第 1 1期
21 0 0年 1 月 1
激 光 与 红 外
LAS ER & I NFRARED
Vo. 0, o 1 14 N . 1
No e e 201 v mb r, 0
文章编号: 0- 7 (00 1— 6- 1 1 0821) 1 18 5 0 5 1 0
・ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ激光应 用技术 ・
据进行 比较 , 分析 反 演误 差 , 结果表 明几何 方法 能够 较好 的反 映小尺度 风场 变化趋势 。
关键 词 : 场反演 ; 风 多普勒激光 雷达 ; V V P算 法 ; 何算 法 几
中图分类号 :N 5 .8 T 9 8 9 文献标 识码 : A
Re e r h o i p r i r s a e wi d fed r t i v lwih s a c fa r o tm c o c l n l e re a t i sn l p l r l a i g e Do p e i r d
JANG L —u , AN D o bn , UHANG Z —o, ONG Xigln I i i F a — ig Z h i b XI n— g o
( n lg n eSg a a d I ae poe s gK yL bi i J , ol eo lc o i Ifr t n E gn e n , It l e c inl n m g r si e a Ta i C l g f e t n o i n ier g ei c n n nn e E r c n ma o i
w n e d i lc l o g n o s T e meh d p o e s st e rd a eo i , h c sd tc e y Do pe ia , e i d f l o a y h mo e e u . h to rc s e h a i v lct w ih i e e t d b p lrl r t r — i s l l y d O

基于单多普勒激光雷达低空三维风场反演方法

基于单多普勒激光雷达低空三维风场反演方法
维普资讯
第2 6卷 第 4期
20 0 8年 8月
中 国 民 航 大 学 学 报
J OURNAL OF CI L VI AVI ATI ON UNI VERS TY I OF CHI NA
V0 .6 No 4 1 . 2
Au u t 2 0 g s, 0 8
演 对 于机 场 上 空的 天 气 结 构 进 行 了建模 和仿 真 , 别 构 建 了均 匀风 场 和 均 匀风 场 叠加 涡旋 风 场 试 验 , 现 了 涡 分 实
度 一 度 方 法 的 风 场反 演 , 过 算 法反 演 数 据 与 原 始 数 据 对 比 , 析 了反 演 的误 差 , 散 通 分 结果 表 明 涡度 一 度 法 能 较 好 散
地 反 映 小尺 度 的风 场 结 构 。
关键词 : 多普 勒 激 光 雷达 ;涡度 一 度 ;风 场反 演 散
中 图 分 类 号 :4 3 P 1
文献标识码 : A
文 章 编 号 :0 1 0 0 2 0 )40 2 —5 10 — 0 (0 8 0 —0 50 5
Ae o o e Lo Aliu r dr m w tt de Thr eDi e i n i Re re a e m nso W nd t iv l
e tbls d r s e tv l sa ihe e p c ey.Th o gh t e c nta tn fr a t d r t e a t nd t e er r a ayssa d tc n i r u h o r si g o e ldaa an er v ldaa a h ro n l i n i a be i a l o b s el c c o s a ewi e d sr c u e b et e tr fe tmi r c l nd f l tu t r . i K e o ds: p e i a yw r Do plrld r; v riiy die g nc o tct — v r e e; wi r t e a nd er v l i

激光雷达风场矢量反演算法

激光雷达风场矢量反演算法

激光雷达风场矢量反演算法
激光雷达风场矢量反演算法是一种基于激光雷达数据的风场矢量反演方法。

该算法通过对激光雷达回波信号的分析,得到风向和风速的信息,从而反演出风场的矢量场。

具体来说,激光雷达风场矢量反演算法是通过测量激光雷达发射和接收回波信号的时间差、频率差等参数,来计算出风场的矢量信息。

其中,风速的计算基于多普勒效应,即通过测量回波信号的频率差来确定风速;而风向的计算则是基于激光雷达发射和接收回波信号的时间差,来确定风向。

激光雷达风场矢量反演算法具有非接触、高精度、高分辨率等优点,尤其适用于复杂地形和大气流场的测量。

目前,该算法已经广泛应用于气象、空气质量、环境监测等领域,为相关研究提供了有力的数据支持。

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第 3 4卷 第 1 期 2 0 1 0年 1 月
Vo l _ 3 4 NO . 1
J a n .2 0 1 0
王改利 , 刘黎平 , 邱 崇践 ,等.2 0 1 0 .多普勒激光雷达风场反演方法研究 [ J ] .大气 科学 ,3 4( 1 ) :1 4 3 —1 5 3 . Wa n g G a i l i ,I . i u I . i p i n g ,Qi u
W ANG Ga i l i ,L I U L i p i n g ,QI U C h o n g j i a n ,I . I U Z h i s h e n 。 ,L U B o ,a n d MU Ro n g 5
1 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f S e v e r e We a t h e r , C h i n e s e Ac a d e my o f Me t e o r o l o g i c a l S c i e n c e , Be i j i n g 1 0 0 0 8 1
C h o n g j i a n .2 0 1 0 .A s t u d y o f wi n d f i e l d r e t r i e v a l f r o m Do p p l e r l i d a r o b s e r v a t i o n s J ] .Ch i n e s e J o u r n a l o f At mo s p h e r i c S c i e n c e s ( i n C h i n e s e ) ,3 4
3中 国 海洋 大 学 ,青 岛
2 6 6 1 0 0 2 5 0 0 3 1 4 0 1 1 4 7
大 Ⅲ

4【 I J 东省 气 象 局 , 济南 5重 庆 市气 象 局 , 重庆



科 ∞ 摘 要

采用■维变分同化反演 ( 3 D VAR) 、四 维 变 分 吲 化 反演 ( 4 DV AR) 对 多普 勒 激 光 雷 达 资 料 反 演 风 场 的方
文章编号
三维变分 同化反演 四维变分同化反演
中 图分 类 号
风场反演
结果分析

1 0 0 6 —9 8 9 5( 2 0 1 0 )0 1 — 0 1 4 3 —1 1
P 4 0 6
文献 标 识 码
A S t u d y o f Wi n d Fi e l d Re t r i e v a l f r o m Do p pl e r Li d a r Ob s e r v a t i o n s
Ab s t r a c t B a s e d o n t h e t h r e e - d i me n s i o n a l v a r i a t i o n a l d a t a a s s i mi l a t i o n r e t r i e v a l( 3 DVAR)a n d f o u 卜d i me n s i o n a 1 v a r i —

法进行 r研究 , 利用车载多普勒激光雷达在 2 0 0 8年残奥会 测试赛期 间外场试验取得的数据 , 反演 了海面 1 0 m 高
度 处 的风 场 , 并将 J x l 场 反 演 结 果 与 浮 标 资 料 进行 r对 比分 析 ,结 果 表 明 :3 DV AR、4 D VAR风 场 反 演 方 法 均 能 实
4 Sh a n do n g Me t e o r o l o gi c a l Admi n i s t r a t i o n,Ji ’ n a n 25 0 0 31
5 Ch o n g q i n g Me t e o r o l o gi c a l Admi ni s t r a t i o n,C ho n gq i n g 4 0 1 1 4 7
e 现近 海面风的精细化风场反演 , 并 能 反 映 出 风 向 的 变 化 ,反 演 风 场 与 浮 标 数 据 基 本 一 致 ,在 风 速 较 大 的 天 气 情


况,3 D VAR卜 j 4 D VA R反演风场的一致性要好于风速较小 的天气情况 ;4 D VAR反演方法 中以浮标 资料作 为背景 场 ,使得其 与浮标 的符合程度要好于 3 D VAR方法反演风 场 ; 反 演风场 的风 向与 浮标 风 向具 有很好 的相关 关系 , 反演风场的风速与浮标 风速具有一定 的相关关系 , 反演风场 的风 向、 风 速与浮标 的风 向、 风 速之间平均均方根误 差和平均绝对误差表日 J j , 这两序列之间具有一定 差别 ,在风速较小的天气情 况下使用 时需要注意 。 关键词 多普勒激光 雷达
a t i o n a l d a t a a s s i mi l a t i o n r e t r i e v a l( 4 DVAR) me t h o d s 。e x p e r i me n t s o f wi n d r e t r i e v a l f r o m Do p p l e r l i d a r d a t a We r e
( 1 ) :1 4 3 1 5 3 .
多 普 勒 激 光 雷 达 风 场 反 演 方 法 研 究
王 改利 刘黎平 邱 崇践。 刘智深。 吕博 牟容
1中同气象科学研究院灾害天气国家重点实验室 , 北京
e ∞
1 0 0 0 8 1
2兰 州 大学 ,兰 州
7 3 0 1 0 7
2 L a n z h o u Un i v e r s i t y ,La n z h o u 7 3 0 1 0 7
3 O c e a n U n i v e r s i t y o f C h i n a ,Qi n g d a o 2 6 6 1 0 0
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