单多普勒雷达二维风场反演——Extended VPP方法

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单多普勒天气雷达非对称VAP风场反演算法

单多普勒天气雷达非对称VAP风场反演算法

Equipment Manufacturing Technology No.03,2020单多普勒天气雷达非对称VAP风场反演算法谢千里(中国民用航空中南地区空中交通管理局,广东广州510403)摘要:在VAP(Velocity Azimuth Processing)方法的基(上进行改进,根据局1风场是均一的假设条件,在无对称>数据的地方,通过不对称取点来进行计算,从而反演出风场。

对天气雷达回波存在大量空缺的情况有较好的填充效果,具有较高的实用价值。

关键词:多普勒天气雷达;VAP;风场反演中图分类号:P49文献标识码:A文章编号:1672-545X(2020)03-0098-04 0引言1VAP算法简述多普勒雷达只能探测到风场径向速度分量,准确的水平风场至少需要两部多普勒雷达同时观测才能获得,且只能在覆盖重叠的区域才能进行合成。

然而多普勒雷达建设和维护费用高,难以实现大面积的多重覆盖。

目前我国的天气雷达建设现状是,虽然拼图能覆盖全国大部分地区,但雷达与雷达之间更多的是互补的覆盖关系,重叠区域较少。

所以单雷达的风场反,然重要的用价值。

目前,在多单多普勒天气雷达二维风场反演,量小,实用高的要VAW (Velocity-Azimuth Display)、V AP[2]以及它们的改进算。

风场反是雷达回面积的,VAD 用回面积大,且分雷达的,度,大,,VAD风场反较叫VAP用部,雷达回波面积要较,且分要,,VAP 风场反较叫实大多是天气雷达回的面积,且分,难以VAD,故在实用中,VAP用更高。

然而在回在大量和的实,VAP在回更大的,且分单大,得到的反风场区。

为,改进的VAP,以大反风场数据区。

VAP图1所,在同,邻方位角两点的风矢量相同,在0A=OB=0C且!A0B=!AOC=!,A,B,C三点处的风矢量相同,均为与径向0A,0B,0C的分别为a,"?, "2。

A,B,C的径向速度分()1,()2,()3,0A的#,关系(=2()1H",C)2cos"cos!(1)和式(2)"和风矢量大(,风量V的#+",,A的风量以右!的两个径向的B 点和C点的径向风速。

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 。

基于风向线性变化假定的单Doppler雷达风场IVAP反演技术

基于风向线性变化假定的单Doppler雷达风场IVAP反演技术

基于风向线性变化假定的单Doppler雷达风场IVAP反演技

王欣颖;梁旭东
【期刊名称】《暴雨灾害》
【年(卷),期】2009(028)001
【摘要】IVAP和扩展VAP技术是在常用的VAD和VAP技术基础上发展起来的单Doppler雷达风场反演技术.在IVAP和扩展VAP技术基础上,进一步改进IVAP 技术,将IVAP技术反演假定从局地均匀扩展到局地风速均匀、风向随方位角线性变化,进而提高IVAP技术的反演能力.使用涡旋流场试验表明,改进后的IVAP技术对于风速稳定,而风向变化的风场的反演能力有明显提高.由于改进后的IVAP技术保持了IVAP技术反演时可不对原始资料进行平滑预处理,对于小尺度扰动具有滤波作用,其应用更为广泛.
【总页数】5页(P71-74,91)
【作者】王欣颖;梁旭东
【作者单位】解放军理工大学,南京,211101;上海市气象局,上海,200030;中国气象局上海台风研究所,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】P412.25
【相关文献】
1.由单Doppler雷达资料反演水平风场的简单共轭函数方法的改进方案 [J], 邱崇践;Xu.,O
2.单多普勒天气雷达反演风场高原低纬区域同化应用 [J], 李华宏;曹杰;王曼;胡娟;闵颖
3.从单Doppler速度场反演风矢量场的VAP方法 [J], 陶祖钰
4.单Doppler雷达IVAP风场反演试验 [J], 梅珏;梁旭东;吕环宇
5.双Doppler雷达非同时性资料反演三维风场的改进方案 [J], 刘舜;邱崇践
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简化VVP算法在一次雷暴风场反演中的应用

简化VVP算法在一次雷暴风场反演中的应用

简化VVP算法在一次雷暴风场反演中的应用吴福浪【摘要】在研究Waldteufel等提出的VVP算法的基础上,基于风场在划定的小积分体积内是呈均匀分布的假设,提出简化的VVP算法,并用简化的VVP算法反演2015年04月02日发生在宁波机场的一次强雷暴的风场;理论和反演结果表明,简化的VVP算法能较好的反演出此次强雷暴的风场分布.【期刊名称】《浙江气象》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】5页(P45-49)【关键词】简化VVP算法;强雷暴;宁波机场;风场反演【作者】吴福浪【作者单位】中国民用航空宁波空中交通管理站,浙江宁波315000【正文语种】中文雷暴是一种灾害性天气,强烈雷暴的发生,常伴随大风、大雨或者冰雹等强对流天气出现,这种天气状况的出现对于飞机飞行来说,其影响是非常严重的。

新一代多普勒天气雷达具有高时空分辨率的特点,同时能够获取粒子的径向速度和反射率因子等要素,成为研究灾害性天气和超短期预报的重要手段。

但是实际工作中,多普勒天气雷达测得的三维风场是径向的,并不是实际的三维风场矢量,这给准确监测以及预报雷暴天气系统造成很大误差。

因此,多普勒雷达风场反演受到普遍的关注。

从20世纪60年代至今,直接从单部多普勒天气雷达估计矢量风场已经取得相当多的研究成果。

在国内方面,忻翎艳等(1990)率先讨论了利用VAD、VARD、VVP等技术获取风场信息的方法。

陶祖钰(1992)在假定相邻方位角风矢量相等的前提下,提出了一种反演风场信息的速度方位处理(VAP)的新技术。

姜海燕等(1997)从动力学角度出发,应用中尺度涡度方程,经过简化导出风速的径向分量、切向分量和涡度、散度的关系。

梁旭东等(2007)提出采用“按方位角均匀假定反演关系”进行二维风场反演的积分VAP技术(IVAP),该技术与传统VAP技术不同的是在整个选定的反演区间上进行二维风场反演,而不是仅考虑反演区间的两个端点,因此IVAP技术具有滤波性能,而且可以根据需要调整反演区间以得到满足一定平滑性并能反映中小尺度信息的风场信息。

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。

单多普勒天气雷达反演风场高原低纬区域同化应用

单多普勒天气雷达反演风场高原低纬区域同化应用

单多普勒天气雷达反演风场高原低纬区域同化应用李华宏;曹杰;王曼;胡娟;闵颖【摘要】为了改善低纬高原地区天气预报水平,利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其变分同化系统进行雷达VAD (Velocity Azimuth Display)反演风场资料同化试验.通过设计不同的试验方案,对2009年6月30日00:00至7月1日00:00发生在云南的一次强降水过程进行数值模拟和对比分析,结果表明:同化VAD反演风场资料后对区域模式的风矢量初始场有明显影响.同化系统能把雷达反演风场信息有效地引入模式初始场,改善强降水区域的水汽输送和风场辐合强度;同化VAD反演风场资料后对区域模式累计降水预报有一定改进作用.从长时间累计降水量定量检验结果看,具体表现为25 mm以上量级的降水准确率明显提高、漏报率下降,预报偏差更趋合理.不同的同化试验方案之间的模拟结果差异较大.同化频率越高、同化持续时间越长,对区域模式初始场和预报场的影响越明显.但同化持续时间不宜过长,否则可能导致系统移速过快、降水强度偏大、空报率增加等异常.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2014(042)005【总页数】9页(P823-831)【关键词】雷达反演风场;变分同化;低纬高原;暴雨预报【作者】李华宏;曹杰;王曼;胡娟;闵颖【作者单位】云南省气象台,昆明650034;云南大学大气科学系,昆明650091;云南大学大气科学系,昆明650091;云南省气象科学研究所,昆明650034;云南省气象台,昆明650034;云南省气象台,昆明650034【正文语种】中文引言随着各种反演技术和同化系统的发展,雷达资料在数值模式中的同化应用已成为当前气象行业的研究热点之一。

Xiao等[1-3]分别采用 MM5模式、WRF模式及其3DVAR系统进行了台风、暴雨等过程的雷达资料同化试验,结果表明雷达径向风资料对雨带的强度和范围预报有积极作用。

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
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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1
1 南京大学中尺度灾害性天气教育部重点实验室,南京,210093
2 重庆市气象台,重庆,401147
3 南京工业大学,南京,210093
4 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。

E-mail:cqhawk@。

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