双偏振雷达产品和应用介绍.ppt

BeijingMetstarRadarCompany 1 双偏振雷达产品和应用介绍 北京敏视达雷达有限公司2015年3月 BeijingMetstarRadarCompany 2 目录 双偏振原理双偏振二次产品升级双偏振的优势业务兼容性设计 BeijingMetstarRadarCompany 3 1双偏振原理 为什么要双偏振 雷达方程以球形粒子为假设条件 但实际上粒子并非总是球形 BeijingMetstarRadarCompany 4 双偏振基本原理 BeijingMetstarRadarCompany 5 BeijingMetstarRadarCompany 6 双偏振的原理 敏视达双偏振雷达采用成熟的 业务上应用广泛的双发双收模式 发射机输出信号功分两路分别以水平和垂直极化方式同时发射 双通道接收机和数字中频对数据进行并行处理 水平通道的信号用于生成单偏振数据 而双通道信号之间的差异是双偏振雷达的关键 双通道幅度差系统要求双通道幅度差 0 2dB双通道相位差系统要求双通道相位差 2度 BeijingMetstarRadarCompany 7 粒子双偏振差异表现在 后向散射特征不同ZDR 反射率在不同极化方向上的差别LDR 反射率在不同极化方向上的交叉转化 HV 两种极化方式信号的相关系数 幅度和相位 传播路径效应不同 DP 不同极化方向上的传播路径相位差KDP 单位距离的 DP衰减效应 不同极化方向上的衰减不同 双偏振雷达探测量 单偏振雷达量dBT dBZ V W双偏振探测量ZDR 差分反射率 HV CC 协相关系数 DP 差分相移 KDP 差分相移率 LDR 退偏振比 水平发射 双通道接收模式 BeijingMetstarRadarCompany 8 差分反射率 ZDR 表达一个探测空间体 距离库 的平均的粒子形状 BeijingMetstarRadarCompany 9 ZDR与雨滴大小 ZDR值与雨滴大小密切相关 BeijingMetstarRadarCompany 10 ZDR与冰雹 dBZ大 但ZDR小是冰雹存在一个显著的特征 BeijingMetstarRadarCompany 11 ZDR产品 BeijingMetstarRadarCompany 12 C波段雷达ZDR产品样例 ZDR大的区域对应降水强的区域 协相关系数 HV CC 描述水平和垂直极化的回波信号变化的相似度高CC低CC BeijingMetstarRadarCompany 13 协相关系数的应用 气象目标CC高 非气象目标CC低融化层识别 CC较低且噪声大 大冰雹识别 CC 0 85 BeijingMetstarRadarCompany 14 CC产品 BeijingMetstarRadarCompany 15 C波段雷达CC产品样例 7 5度仰角CC产品清晰显示融化层的分布 CC产品显示融化层 BeijingMetstarRadarCompany 16 C波段雷达CC产品样例 7 5度仰角CC产品清晰显示融化层的分布 差分传播相移 DP 水平和垂直通道相位差电磁波在雨中传播速度变慢水平极化的电磁波传播相比垂直慢一些 BeijingMetstarRadarCompany 17 DP解释 与粒子形状相关与粒子密度有关冰雹的 DP趋近于零 BeijingMetstarRadarCompany 18 DP产品 BeijingMetstarRadarCompany 19 C波段雷达PhiDP产品样例相位显著增大的区域为强降水区域 差分传播相移率KDP DP是累积效应 随距离累积 不方便直接使用 因此需要引入KDP BeijingMetstarRadarCompany 20 KDP的特点和应用 KDP与降水率成比例 可用来估测降水与反射率估算降水相比 KDP算降水不受冰雹影响KDP是双通道相位的差值 不需要标定 BeijingMetstarRadarCompany 21 KDP产品 BeijingMetstarRadarCompany 22 C波段雷达KDP产品样例KDP大的区域对在强降水区域 退偏振比LDR LDR需要在单通道发射 双通道接收的模式下生成LDR展示粒子的退偏振特性因工作模式限制 LDR的应用比较少 BeijingMetstarRadarCompany 23 LDR产品 BeijingMetstarRadarCompany 24 水平发射 双通道接收模式获得的LDR产品 仰角 30度零度层特征清晰 双偏振雷达的优势 双偏振数据能够更好地描述粒子的尺寸 形状 降水类型及天气能够区分气象 非气象回波能够更好地去除异常传播 地物及海杂波等非气象回波更准确地估计降水和降雪 双偏振QPE对冰雹 亮带不敏感 且能够过滤非气象回波的影响 探测和预警冰雹区域 BeijingMetstarRadarCompany 25 BeijingMetstarRadarCompany 26 2双偏振二次产品 双偏振主要二次产品 BeijingMetstarRadarCompany 27 采用美国NEXRAD升级双偏振后的算法 开发了二次产品应用包 双偏振主要二次产品 BeijingMetstarRadarCompany 28 融化层产品ML BeijingMetstarRadarCompany 29 双偏振探测量 主要是CC和Zdr 更能够体现融化层的变化 融化层产品 BeijingMetstarRadarCompany 30 左 反射率中 ZDR右 CC 融化层产品 BeijingMetstarRadarCompany 31 左上 相关系数CC产品右下 融化层ML产品 融化层产品 BeijingMetstarRadarCompany 32 产品应用 1 每个仰角更新 提供实时不同方位的融化层高度信息 2 融化层高度信息有助于分析雷达数据 尤其是区分固态和液态粒子 粒子相态分类产品HCL BeijingMetstarRadarCompany 33 算法输入 双偏振基数据 Z ZDR V CC PDP KDP等6种数据 算法输出 地物杂波 GC GroundClutter 生物杂波 BI BiologicalScatters 干雪 DS DryAggregatedSnow 冰水混合物 WS WetSnow 冰晶 IC IceCrystals 霰 GR Graupel 大雨滴 BD BigDrops 小雨滴 RA LightandModerateRain 强降雨 HR HeavyRain 冰雹 RH MixtureofRainandHail 粒子相态分类产品HCL BeijingMetstarRadarCompany 34 模糊逻辑算法的基本依据 粒子相态分类产品HCL BeijingMetstarRadarCompany 35 左上 反射率产品右下 粒子相态分类产品 粒子相态分类产品HCL BeijingMetstarRadarCompany 36 左上 未滤波的反射率右下 粒子相态分类产品 粒子相态分类产品HCL BeijingMetstarRadarCompany 37 产品应用 1 相态识别有助于雷达数据分析 2 相态识别产品有助于快速定位和预警区域灾害性天气 3 相态识别是双偏振降水QPE的输入 双偏振QPE 单偏振双偏振 BeijingMetstarRadarCompany 38 混合扫描反射率 R Z 相态分类融化层信息 R Z R Z ZDR R KDP BeijingMetstarRadarCompany 39 R Z ZDR Algorithm R Z 传统的降水估测关系 受固态降水 亮带及标定的影响较大R Z ZDR ZDR相对于dBZ受标定影响小ZDR与粒子相态有关 计算固态降水更准确R KDP KDP不受标定和衰减的影响计算降水 不受混合冰雹的影响对于弱降水 KDP值噪声大计算KDP经过平滑 距离分辨率和精度之间有取舍 BeijingMetstarRadarCompany 40 降水率算法选择 双偏振QPE产品 BeijingMetstarRadarCompany 41 双偏振QPE的降水率产品 可用于降水累积 单 双偏振QPE对比 BeijingMetstarRadarCompany 42 左上 单偏振3小时雨量累积右下 雨量计3小时雨量 单 双偏振QPE对比 BeijingMetstarRadarCompany 43 左上 双偏振QPE3小时右下 雨量计3小时雨量 双偏振QPE产品 BeijingMetstarRadarCompany 44 产品应用 1 双偏振降水率的计算与粒子相态相关 对冰雹和亮带不敏感 并且非气象回波不影响降水估算 2 双偏振降水估计对冰雹和亮带不敏感 3 非气象回波不影响降水估算 BeijingMetstarRadarCompany 45 3升级双偏振的优势 BeijingMetstarRadarCompany 46 双偏振升级带来的优势之一 双偏振探测的优势1 双偏振数据能够更好地描述粒子的尺寸 形状 降水类型及天气2 能够区分气象 非气象回波 并能够更好地去除异常传播 地物及海杂波等非气象回波3 双偏振QPE更准确地估计降水和降雪 BeijingMetstarRadarCompany 47 双偏振升级带来的优势之二 升级带来单偏振数据质量的提高1 系统设计和标定的精度提高 幅度和相位 2 Burst订正提高改善信号质量 提高地物抑制能力3 相位编码过滤二次回波4 数据分辨率提高 250米距离库 5 天线角码速率45MS 11 25MS 这些措施的综合将提高反射率的测量精度和准确性 提高速度和谱宽数据的质量 双偏振数字中频模块 高度集成化的多通道模块 集成度的提高降低故障率 大大增强和扩展了信号处理能力 高度集成化数字中频 信号处理模块 多通道 16位A D 实时处理4K以上距离库数据 I Q数据通过网线传输至主机 可实时存档I Q数据 发射机Burst信号采样和订正 使用发射机末级采样Burst信号订正回波I Q数据的幅度和相位 显著提高系统相噪和地物抑制能力 动态杂波图 右上 反射率 未滤波 左下 动态杂波图区域 相位编码去二次回波 BeijingMetstarRadarCompany 51 左上 反射率产品 含二次回波 右下 去二次回波后反射率 相位编码去二次回波 BeijingMetstarRadarCompany 52 左上 速度产品 含二次回波 右下 去二次回波后速度 相位编码去二次回波 BeijingMetstarRadarCompany 53 左上 谱宽产品 含二次回波 右下 去二次回波后谱宽 相位编码应用在S波段示例 BeijingMetstarRadarCompany 54 如图为美国NEXTRAD雷达升级后采用相位编码解二次回波的样例 BeijingMetstarRadarCompany 55 数据分辨率提高 湛江海鸥台风反射率对比图左上 1公里 1 0度右下 250米 0 5度 BeijingMetstarRadarCompany 56 湛江海鸥台风反射率对比图左上 现有分辨率局部4X右下 提高分辨率局部4X 数据分辨率提高 BeijingMetstarRadarCompany 57 湛江海鸥台风反射率对比图左上 现有分辨率局部16X右下 提高分辨率局部16X 数据分辨率提高 BeijingMetstarRadarCompany 58 4业务兼容性设计 业务兼容性考虑 BeijingMetstarRadarCompany 59 单偏振兼容性双偏振工作模式能够输出所有的单偏振量 将设计和运行兼容VCP21的双偏振工作体