新一代天气雷达仰角逐年低垂对观测的影响.pdf

新一代天气雷达仰角逐年低垂对观测的影响 石 燕 杨洪平 万 蓉 沈铁元 中国气象局武汉暴雨研究所 武汉 430074 摘 要 本文对合肥 武汉 南昌等地的新一代天气雷达的实际扫描资料进行比较分析 发现新一代天气雷达以VCP11VCP21 模式工作方式时都存在各层实际仰角总体比默认仰角偏低的现象 即仰角的 逐年低垂 现象 并详细探讨了这种现象 对数据 数据处理 观测业务等方面的潜在影响 结果表明 仰角逐年低垂为对高度有直接的影响 使测得的高度偏低 从而影响到地物回波的判断 直接对数据质量产生影响 而且对基本数据产品 物理量产品 风场反演产品都会产生不 利影响 关键词 新一代天气雷达 仰角 低垂 0.引言 新一代天气雷达由若干个子系统组成 每个子系统都由计算机控制 这与过去的天气雷达有很大不 1 同 这些子系统是 雷达数据采集子系统 RDA雷达产品生成子系统 RPG和基本用户终端子系统 PUP以及连接它们的通讯线路 RDA是用户所使用的雷达数据的采集单元 它的主要功能是产生和发射射频脉冲 接收目标物对这 些脉冲的反射能量 并通过数据化形成基本数据 天线是RDA的一个基本部件 其仰角的设置取决于天 线的扫描方式 共有三种 体扫模式 VCP和工作模式 分为晴空和降水两种模式 天线仰角只能 通过上述三要素预设而不能被手动调节 雷达的工作模式确定使用哪种VCP而VCP又确定具体的扫描方式 扫描方式确定一次体扫中使用 多少个仰角 而体扫模式则决定具体是那些仰角 目前定义的四个VCP为VCP11VCP21VCP31VCP32 例如 VCP11规定 5分钟内对 14个具体仰角的扫描 降水模式使用VCP11 VCP21晴空模式使用VCP31 和VCP32 1 雷达天线的扫描完全由计算机控制 天线按照扫描方式自动地转动 天线首先在预先确定的最低 仰角上旋转 度 然后在下一个仰角上旋转 接下来再下一个 直到一次体积扫描完成 天线然后 回到最低仰角 开始另一次体积扫描 雷达操作员不能直接控制天线 RPG从RDA接收数字化的基本数据 对其进行处理和生成各种产品 根据雷达操作员的输入指令 在体扫的基础上生成基本产品 即指定仰角上的基本反射率因子 基本径向速度和基本谱宽产品 和导 出产品 是由数字化的基本数据经过使用特定的算法得到的 正是由于新一代天气雷达对资料处理的自动化特征 使得雷达本身仰角的精确度对雷达的数据及产 品都有必然的影响 而本文的着重点就是讨论这种影响 1.新一代天气雷达仰角逐年低垂现象 1.1实际工作仰角的涨落起伏是正常的必然的 实际工作仰角总体比默认仰角偏低 合肥 武汉 南昌等地的新一代天气雷达以降水模式VCP11VCP21模式工作时都存在各层实际仰 角总体比默认仰角偏低的现象 以工作模式为VCP21时为例 当工作模式为VCP21时 在6分钟内扫描 11层 各层仰角依次为0.5 0.51.451.452.43.354.36.09.914.619.5图1为武汉雷达2003年6月28日14时 21分07秒的各层 共 11层 仰角资料 VCP21横坐标为径向的数目 纵坐标为实际工作的仰角度数 图2 a 为武汉雷达2003年6月28日14时21分07秒的第一层仰角资料 VCP21横坐标为径向的数 目 纵坐标为实际工作的仰角度数 第一层仰角资料 默认仰角为0.5度 由图1可见 各层实际仰角 总体与默认仰角之间有明显偏差 同一层的实际工作仰角并非是恒定值 而是有不规则起伏 由图2a 可见 开始扫描时 仰角高于默认仰角0.5度 接着迅速下降并有起伏 综合图 1和图2 a 总体来 说 各层实际仰角比默认仰角偏低 图1.武汉雷达2003年6月28日14时21分07秒的各层 共 11层 仰角资料 VCP21横坐标为径向的数目 纵坐标为实际工作的仰角 度数 图2a .武汉雷达2003年6月28日14时21分07秒的第一层仰角资料 VCP21横坐标为径向的数目 纵坐标为实际工作的仰角度 数 图2 b 和图2 c 分别为合肥和南昌雷达第一层仰角情况 将图2(a)2(b)和2(c)综合可见 新一代天气雷达实际工作仰角的涨落起伏是一种常见现象 图2 b .合肥雷达2000年06月25日19