C波段多普勒天氣雷達(dá)地物識(shí)別方法

李 豐劉黎平王紅艷楊 川

1）（中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081）

2）（中國(guó)航天科工集團(tuán)第二十三研究所，北京100854）

C波段多普勒天氣雷達(dá)地物識(shí)別方法

李 豐1）*劉黎平1）王紅艷1）楊 川2）

1）（中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081）

2）（中國(guó)航天科工集團(tuán)第二十三研究所，北京100854）

地物回波對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)應(yīng)用會(huì)造成負(fù)面影響，是影響定量降水估測(cè)等產(chǎn)品精度的重要因素，識(shí)別并剔除地物回波是雷達(dá)基數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的一個(gè)重要內(nèi)容。該文在現(xiàn)有S波段雷達(dá)地物識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，使用長(zhǎng)治、哈爾濱兩部CINRAD/CC雷達(dá)2011年觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)C波段雷達(dá)地物回波特征進(jìn)行分析，改進(jìn)識(shí)別參量的隸屬函數(shù)，建立適合C波段多普勒天氣雷達(dá)的地物識(shí)別方法（MCC方法），并對(duì)該方法進(jìn)行效果檢驗(yàn)。結(jié)果表明：S波段及C波段雷達(dá)地物回波與回波強(qiáng)度有關(guān)的參量分布較為相近，與降水回波的參量分布有明顯區(qū)別；S波段雷達(dá)地物識(shí)別方法中與回波強(qiáng)度有關(guān)的參量可用于C波段雷達(dá)地物的識(shí)別，與速度有關(guān)的參量中僅中值速度可用于C波段雷達(dá)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析與個(gè)例分析，相對(duì)于現(xiàn)有S波段雷達(dá)識(shí)別方法，MCC方法可顯著提高C波段雷達(dá)地物回波的識(shí)別正確率，并可減少層狀云降水回波的誤判。

地物回波；模糊邏輯；質(zhì)量控制

引 言

天氣雷達(dá)在現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，在探測(cè)到雨、雪等氣象回波的同時(shí)，天氣雷達(dá)的返回信號(hào)中也包含了地物等常見(jiàn)的非氣象回波。這些非氣象回波對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)造成了污染，對(duì)雷達(dá)產(chǎn)品應(yīng)用產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。如何有效識(shí)別地物等非氣象回波，改善雷達(dá)資料的應(yīng)用效果，人們做了大量工作。Mueller等［1］和Collier等［2］研究了不同雷達(dá)回波的水平、垂直梯度變化，Hogg［3］和Smith［4］對(duì)回波的垂直、水平及時(shí)間連續(xù)性進(jìn)行了分析。Hall等［5］和Joss等［6］對(duì)信噪比、反射率因子、速度與譜寬等參數(shù)的紋理變化進(jìn)行了研究。Steiner等［7］引入了新的基于回波強(qiáng)度的參量，對(duì)回波的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并評(píng)估了雷達(dá)回波的垂直伸展、反射率因子的空間變化、垂直梯度等參數(shù)。Zhang等［8］在文獻(xiàn)［7］的基礎(chǔ)上，提出用實(shí)際高度代替仰角參與計(jì)算，可進(jìn)一步減少波束的展寬影響。

Kessinger等［9-10］在文獻(xiàn)［7］的基礎(chǔ)上，發(fā)展了基于模糊邏輯方法的回波分類(lèi)技術(shù)，并討論了兩個(gè)最低仰角之間的垂直差異及應(yīng)用。美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCAR）使用了采用多種參量的基于模糊邏輯的回波分類(lèi)技術(shù)，這些參量由反射率因子、徑向速度和速度譜寬導(dǎo)出，廣泛應(yīng)用于超折射回波、晴空回波、海浪回波等的識(shí)別［11-12］。此外，也有人對(duì)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和偏振雷達(dá)的雷達(dá)回波識(shí)別方法進(jìn)行了研究［13-14］。

我國(guó)新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)已初步建成，并廣泛應(yīng)用于降水估測(cè)、風(fēng)場(chǎng)反演、數(shù)值預(yù)報(bào)等方面［15-18］。為更好地發(fā)揮新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)的作用，用于多普勒天氣雷達(dá)的地物識(shí)別方法也得到了發(fā)展。劉黎平等［19］和江源等［20］開(kāi)展了基于模糊邏輯的地物回波識(shí)別方法研究。王佑兵等［21］進(jìn)行了基于回波的水平及垂直變化的非降水回波識(shí)別和降水損失補(bǔ)償?shù)馁|(zhì)量控制方法研究。何彩芬等［22］對(duì)寧波地區(qū)的地物回波特點(diǎn)及識(shí)別方法進(jìn)行了研究。但目前國(guó)內(nèi)的地物識(shí)別方法多基于S波段雷達(dá)，因C波段天氣雷達(dá)通常采用雙PRF方法（雙重復(fù)脈沖頻率方法），以拓展徑向速度最大不模糊速度，分辨率及速度掃描模式等與S波段雷達(dá)也不同，現(xiàn)有地物回波識(shí)別算法對(duì)于C波段天氣雷達(dá)的適用性還沒(méi)有研究，本文在現(xiàn)有S波段雷達(dá)地物識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，對(duì)C波段天氣雷達(dá)的地物回波特征進(jìn)行了分析，建立了適合C波段多普勒天氣雷達(dá)的地物識(shí)別方法，并對(duì)該方法進(jìn)行了效果檢驗(yàn)，改進(jìn)了C波段雷達(dá)的地物識(shí)別效果。

1 資料與方法

本文選用山西省長(zhǎng)治市、黑龍江省哈爾濱市兩部CINRAD/CC雷達(dá)2011年共156個(gè)體掃數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。首先人為對(duì)回波進(jìn)行分類(lèi)，確定用于特征統(tǒng)計(jì)與效果分析的數(shù)據(jù)樣本。不同回波的分類(lèi)依據(jù)為地物回波主要出現(xiàn)在較低的仰角，速度較小，沒(méi)有明顯移動(dòng)，為了與晴空回波相區(qū)別，本文認(rèn)為強(qiáng)度達(dá)到10 d BZ的回波為地物回波。對(duì)于降水回波，分為層狀云和對(duì)流云降水回波兩類(lèi)，一般認(rèn)為層狀云降水回波的強(qiáng)度為15～35 dBZ，對(duì)流云回波強(qiáng)度在35 dBZ以上。圖1為地物、層狀云、對(duì)流云回波同時(shí)出現(xiàn)的典型個(gè)例（本文所用時(shí)間均為北京時(shí)）。由圖1可以看出，雷達(dá)站北部同時(shí)出現(xiàn)了層狀云與對(duì)流云降水，雷達(dá)站周邊的晴空回波中夾雜大量的地物回波，回波分類(lèi)結(jié)果如圖1c所示。按照上述原則建立了回波樣本，共包含84466個(gè)地物回波點(diǎn)，57978個(gè)對(duì)流云降水點(diǎn)，302718個(gè)層狀云降水點(diǎn)。

圖1 2011年7月2日07：00長(zhǎng)治雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)（距離圈間隔50 km）（a）0.5°仰角反射率因子，（b）0.5°仰角徑向速度，（c）0.5°仰角回波分類(lèi)（AP為地物，CA為晴空回波，SC為層狀云，CC為對(duì)流云）Fig.1 PPI of Changzhi radar at 0700 BT 2 Jul 2011（range rings at 50 km intervals）（a）reflectivity at 0.5°elevation，（b）radial velocity at 0.5°elevation，（c）echo classify at 0.5°elevation（AP shows ground clutter，CA shows clear air echoes，SC shows stratiform cloud，CC shows convective cloud）

本文對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有S波段雷達(dá)地物識(shí)別方法［20］所使用的6個(gè)參量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)隸屬函數(shù)進(jìn)行改進(jìn)。本文識(shí)別方法以數(shù)據(jù)圖形為基礎(chǔ)，參量計(jì)算過(guò)程中，回波強(qiáng)度、徑向速度、譜寬作為量綱為1的量進(jìn)行計(jì)算。這6個(gè)參量包括與回波強(qiáng)度有關(guān)的3個(gè)參量：回波的紋理變化（TDBZ）、垂直變化（GDBZ）、沿徑向的庫(kù)間變化程度（SPIN），與速度有關(guān)的3個(gè)參量：經(jīng)過(guò)中值濾波的徑向速度（MDVE）、速度譜寬（MDSW）以及徑向速度的方差（SDVE）。這些量的定義如下：其中，NA，NR為方位和距離方向的計(jì)算范圍，Zi，j為任意點(diǎn)的回波強(qiáng)度，TDBZ主要反映回波強(qiáng)度的局地變化程度，Zup和Zlow為本層和上層對(duì)應(yīng)的回波強(qiáng)度，W（R）為與距離有關(guān)的權(quán)重，GDBZ反映了回波強(qiáng)度在垂直方向上的變化。Zthres為庫(kù)間回波強(qiáng)度變化的閾值，SPIN反映了回波強(qiáng)度在徑向上的變化程度，MDVEi，j為某點(diǎn)的中值速度，SDVE為徑向速度的方差。對(duì)于與回波強(qiáng)度有關(guān)的量，NA=5，NR=5，Zthres=4 dBZ。對(duì)于與速度有關(guān)的量NA=5，NR=9。

2 參量統(tǒng)計(jì)與特征分析

本文選取樣本數(shù)據(jù)中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)用于參量的特征統(tǒng)計(jì)，用于統(tǒng)計(jì)的地物回波點(diǎn)有43056個(gè)，對(duì)流云回波點(diǎn)有28996個(gè)，層狀云回波點(diǎn)有151044個(gè)。由于C波段天氣雷達(dá)存在正負(fù)徑向速度混淆的問(wèn)題，在計(jì)算與徑向速度相關(guān)參量前，對(duì)其徑向速度進(jìn)行質(zhì)量控制［23］，各參量的概率分布如圖2所示。

圖2 各參量的概率分布（AP為地物，CC為對(duì)流云，SC為層狀云）Fig.2 Probability distribution of characteristic parameters（AP shows ground clutter，CC shows convective cloud，SC shows stratiform cloud）

因?yàn)榈匚锘夭ㄐ螤畈灰?guī)則，分布不連續(xù)，與降水回波相比，其局地變化較大。TDBZ是反映回波局地變化情況的參量，由圖2可以看出，層狀云與對(duì)流云回波的TDBZ值基本在20以下，地物回波的值多在40以上，地物回波的TDBZ值明顯大于降水回波，這與回波的局地實(shí)際變化情況一致。SPIN是反映回波沿徑向變化程度的量，地物回波的徑向變化程度明顯大于降水回波。如圖2所示，在沿徑向的變化上，地物回波表現(xiàn)出了較大的SPIN值，多在50%以上，而降水回波的值基本在40%以下。地物回波多出現(xiàn)在低層，仰角升高以后，地物回波一般明顯減弱或消失。因此對(duì)于反映回波垂直變化的參量GDBZ，地物回波的值基本為負(fù)值，且大部分地物回波的GDBZ絕對(duì)值較大，而降水回波的GDBZ多為正值。地物與降水回波的GDBZ有明顯區(qū)別。因?yàn)榈匚锘夭ǘ酁殪o止的，其徑向速度較小，且接近于0，地物的中值速度MDVE主要分布在0附近，降水回波一般具有明顯的速度。由圖2可以看出，MDVE的分布與實(shí)際情況一致。但地物回波的MDSW，SDVE分布與降水回波沒(méi)有明顯差別。

與S波段雷達(dá)的參量分布［19-20］進(jìn)行比較，S波段與C波段雷達(dá)地物回波與回波強(qiáng)度有關(guān)的3個(gè)參量TDBZ，GDBZ，SPIN均與降水回波差異明顯。C波段雷達(dá)地物回波TDBZ值要明顯高于S波段雷達(dá)，兩類(lèi)雷達(dá)地物回波的GDBZ分布較為接近，基本為負(fù)值。C波段與S波段天氣雷達(dá)的地物回波SPIN值也明顯高于降水回波。受所選個(gè)例及雷達(dá)型號(hào)差異等因素的影響，其他地區(qū)的地物回波是否具有類(lèi)似特征需要進(jìn)一步分析驗(yàn)證。以上分析表明，對(duì)于與回波強(qiáng)度有關(guān)的3個(gè)參量，C波段與S波段雷達(dá)的地物回波特征分布較為一致，可用于地物回波的識(shí)別。此外，CINRAD/CC雷達(dá)徑向分辨率為0.3 km，S波段天氣雷達(dá)為1 km，當(dāng)將CINRAD/CC雷達(dá)數(shù)據(jù)插值到0.9 km的徑向分辨率時(shí)，CINRAD/CC雷達(dá)地物回波的分布特征與未插值前基本一致。因?yàn)椴逯禃?huì)使算法運(yùn)行效率降低，且插值后參量的識(shí)別正確率會(huì)降低，因此本文只分析不進(jìn)行數(shù)據(jù)插值的情況。

對(duì)于與速度有關(guān)的參量，C波段雷達(dá)地物回波除中值速度MDVE與降水回波有明顯差異外，中值譜寬MDSW、速度方差SDVE與降水回波沒(méi)有明顯差別，這與S波段雷達(dá)有明顯不同，S波段天氣雷達(dá)地物回波的中值譜寬MDSW、速度方差SDVE與降水回波有顯著差異。對(duì)于S波段天氣雷達(dá)地物回波中值譜寬MDSW、速度方差SDVE都較小，多在1以下，而C波段天氣雷達(dá)的地物回波的MDSW，SDVE在1以上都有較多的分布。本文對(duì)S波段、C波段兩類(lèi)雷達(dá)的相鄰庫(kù)徑向速度差異進(jìn)行了比較，用于表示相鄰庫(kù)速度差異的兩個(gè)參量為VD，PV，其定義如下：

其中，Vi，j為任意點(diǎn)的徑向速度，NA為速度樣本點(diǎn)總個(gè)數(shù)，NV為VD小于某個(gè)值的樣本個(gè)數(shù)。VD表明了相鄰庫(kù)之間的速度變化情況，PV表示了相鄰庫(kù)速度差異小于某個(gè)值的樣本在總樣本中所占比例。用于分析的個(gè)例為長(zhǎng)治C波段、鄭州S波段兩部雷達(dá)在掃描重合區(qū)域同時(shí)觀測(cè)到的降水過(guò)程。這兩個(gè)量的分布如圖3所示。

由圖3a可以看出，對(duì)于C波段雷達(dá)，相鄰庫(kù)的速度差異很小，將近40%的樣本與其相鄰庫(kù)的速度無(wú)差異，對(duì)于S波段雷達(dá)，只有不到20%的樣本與其相鄰庫(kù)無(wú)速度差異。對(duì)于C波段雷達(dá)，VD不超過(guò)0.5 m·s-1，1 m·s-1的樣本比例分別為67.6%，84.9%；對(duì)于S波段雷達(dá)，對(duì)應(yīng)的比例分別為38.8%，55.7%。分析表明，C波段雷達(dá)的徑向速度庫(kù)間差異要小于S波段雷達(dá)，這在一定程度上對(duì)速度方差SDVE的分布造成影響。

圖3 VD的概率分布（a）及其小于某值的樣本比例（b）Fig.3 Distribution of VD（a）and percentage of VDbelow some value（b）

此外，對(duì)于C波段雷達(dá)，與速度有關(guān)的參量分布可能受到雷達(dá)空間分辨率、速度精度及雙PRF速度掃描模式的影響，也可能與選取的個(gè)例有關(guān)。因此，本文采用TDBZ，GDBZ，SPIN，MDVE4個(gè)參量用于C波段雷達(dá)地物回波的識(shí)別。在閾值為0.5的情況下，各參量的隸屬函數(shù)如圖4所示。

圖4 參量的隸屬函數(shù)Fig.4 Membership function of characteristic parameters

3 效果分析

3.1 統(tǒng)計(jì)分析

使用樣本數(shù)據(jù)中另外一部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行效果分析，其中用于效果檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的地物回波點(diǎn)有41410個(gè)，對(duì)流云回波點(diǎn)有28982個(gè)，層狀云回波點(diǎn)有151674個(gè)，各參量的識(shí)別正確率如表1所示。本文所用方法（MCC）與現(xiàn)有S波段識(shí)別方法（MSA）的總樣本正確率如表2所示。此外，本文對(duì)同時(shí)使用MSA方法的6個(gè)參量，但隸屬函數(shù)根據(jù)C波段雷達(dá)資料特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整的情況也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（表2中MSC方法）。由表2可以看出，雖然MCC方法比MSA方法使用的參量少2個(gè)，但由于對(duì)隸屬函數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，在保證降水回波誤判較少的前提下，明顯提高了C波段雷達(dá)地物回波的識(shí)別正確率。對(duì)于MSC方法，隸屬函數(shù)根據(jù)資料特點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)整，但C波段雷達(dá)的地物、降水回波SDVE，MDSW分布差異不大，MSC方法地物識(shí)別正確率比MCC方法略高，但降水的誤判率要明顯高于MCC方法。

表1 各參量識(shí)別正確率（單位：%）Table 1 Identifiable accuracy of each characteristic parameter（unit：%）

表2 整體識(shí)別正確率（單位：%）Table 2 Identifiable accuracy for ground clutter echoes and false detection of precipitation echoes（unit：%）

3.2 個(gè)例分析

個(gè)例1是晴空回波與地物回波同時(shí)出現(xiàn)的情況。由圖5可以看出，在0.5°仰角雷達(dá)周?chē)那缈栈夭ㄖ袏A雜著地物回波，雷達(dá)北部，特別是南部也存在明顯的徑向速度在零附近的地物回波（圖5a中黑色虛圈內(nèi)大于10 dBZ的回波）。當(dāng)仰角升高到1.5°后，地物回波消失。MSA與MCC兩種方法都能識(shí)別出大部分的地物回波，但MSA方法未識(shí)別的地物回波明顯多于MCC方法（圖5e中灰色實(shí)線(xiàn)圈）。

圖5 2011年07月25日07：01哈爾濱雷達(dá)識(shí)別效果（距離圈間隔50 km）（a）0.5°仰角反射率因子，（b）0.5°仰角徑向速度，（c）1.5°仰角反射率因子，（d）1.5°仰角徑向速度，（e）MSA方法識(shí)別后0.5°仰角反射率因子，（f）MCC方法識(shí)別后0.5°仰角反射率因子Fig.5 PPI of Harbin radar at 0701 BT 25 Jul 2011（range rings at 50 km intervals）（a）reflectivity at 0.5°elevation，（b）radial velocity at 0.5°elevation，（c）reflectivity at 1.5°elevation，（d）radial velocity at 1.5°elevation，（e）reflectivity at 0.5°elevation after echo identification with MSA，（f）reflectivity at 0.5°elevation after echo identification with MCC

個(gè)例2是降水回波邊緣存在大片地物回波的情況，圖6是長(zhǎng)治雷達(dá)2011年7月2日07：05的觀測(cè)數(shù)據(jù)識(shí)別效果。雷達(dá)站北部出現(xiàn)了對(duì)流性降水，在0.5°仰角雷達(dá)周?chē)写笃牡匚锘夭ǎ▓D6a中黑色虛線(xiàn)圈內(nèi)大于10 dBZ的回波），仰角升高到1.5°后，大部分地物回波強(qiáng)度減弱，但在雷達(dá)西側(cè)仍有明顯的剩余。由圖6可以看出，直接使用現(xiàn)有S波段方法識(shí)別時(shí)，可以識(shí)別出大部分的地物回波，但仍有明顯剩余（圖6e中灰色實(shí)線(xiàn)圈）。用MCC方法識(shí)別后，地物回波基本無(wú)剩余，但MCC方法也有降水回波被誤判（圖6f中紅色實(shí)線(xiàn)圈）。

圖6 2011年7月2日07：05長(zhǎng)治雷達(dá)識(shí)別效果（a）0.5°仰角反射率因子，（b）0.5°仰角徑向速度，（c）1.5°仰角反射率因子，（d）1.5°仰角徑向速度，（e）MSA方法識(shí)別后0.5°仰角反射率因子，（f）MCC方法識(shí)別后0.5°仰角反射率因子Fig.6 PPI of Changzhi radar at 0705 BT 2 Jul 2011（range rings at 50 km intervals）（a）reflectivity at 0.5°elevation，（b）radial velocity at 0.5°elevation，（c）reflectivity at 1.5°elevation，（d）radial velocity at 1.5°elevation，（e）reflectivity at 0.5°elevation after echo identification with MSA，（f）reflectivity at 0.5°elevation after echo identification with MCC

圖7 2011年6月3日11：05哈爾濱雷達(dá)識(shí)別效果（距離圈間隔50 km）（a）0.5°仰角反射率因子，（b）0.5°仰角徑向速度，（c）1.5°仰角反射率因子，（d）1.5°仰角徑向速度，（e）MSA方法識(shí)別后0.5°仰角反射率因子，（f）MCC方法識(shí)別后0.5°仰角反射率因子Fig.7 PPI of Harbin radar at 1105 BT 3 Jun 2011（range rings at 50 km intervals）（a）reflectivity at 0.5°elevation，（b）radial velocity at 0.5°elevation，（c）reflectivity at 1.5°elevation，（d）radial velocity at 1.5°elevation，（e）reflectivity at 0.5°elevation after echo identification with MSA，（f）reflectivity at 0.5°elevation after echo identification with MCC

續(xù)圖7

個(gè)例3是降水回波中包含地物回波的情況，圖7是2011年6月3日11：05哈爾濱雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)。由圖7可以看出，在0.5°仰角的觀測(cè)數(shù)據(jù)中，雷達(dá)站周?chē)霈F(xiàn)的層狀云降水中夾雜了明顯的地物回波（圖7a中黑色虛線(xiàn)圈內(nèi)大于25 dBZ的回波）。在1.5°仰角，地物回波基本消失。由圖7可以看出，用MCC方法識(shí)別后，地物回波基本無(wú)剩余，用MSA方法識(shí)別后，夾雜在降水回波中的地物回波有少量剩余，如圖7e中灰色實(shí)線(xiàn)圈所示。另外，對(duì)比圖7e和圖7f，MCC方法對(duì)層狀云降水回波的誤判要少于MSA方法。圖7e中白色實(shí)線(xiàn)圈內(nèi)的回波空洞為誤判的降水回波，圖7f中相應(yīng)位置誤判的降水回波要明顯少于圖7e。

本文對(duì)降水回波的誤判情況進(jìn)行了分析。對(duì)于個(gè)例2，圖6f紅色實(shí)線(xiàn)圈內(nèi)誤判的降水回波徑向速度明顯大于0，對(duì)應(yīng)的GDBZ多為負(fù)值，但絕對(duì)值不大，回波的垂直變化不明顯，其誤判主要是由表示回波局地變化的TDBZ和表示回波徑向變化的SPIN兩個(gè)參量引起的。對(duì)于個(gè)例3，圖7e白色實(shí)線(xiàn)圈內(nèi)的誤判回波徑向速度明顯大于0，對(duì)應(yīng)的GDBZ為正值，與個(gè)例2類(lèi)似，降水回波誤判也主要由表示回波水平變化的參量引起。

4 結(jié) 論

本文使用長(zhǎng)治和哈爾濱兩部CINRAD/CC雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)，在現(xiàn)有S波段雷達(dá)地物識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，對(duì)C波段雷達(dá)地物特征進(jìn)行分析，對(duì)隸屬函數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并與現(xiàn)有S波段雷達(dá)地物識(shí)別方法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)論如下：

1）對(duì)于CINRAD/SA和CINRAD/CC雷達(dá)地物回波，與回波強(qiáng)度有關(guān)的參量TDBZ，GDBZ，SPIN分布特征較為相近，并與降水回波特征有明顯區(qū)別，可用于CINRAD/CC雷達(dá)的地物回波識(shí)別。

2）對(duì)于CINRAD/CC雷達(dá)與速度有關(guān)的參量，地物回波的MDSW，SDVE分布與降水回波沒(méi)有明顯差別，不能用于地物回波的識(shí)別，這與S波段雷達(dá)有明顯區(qū)別。

3）本文在現(xiàn)有S波段雷達(dá)地物識(shí)別方法的基礎(chǔ)上，對(duì)參量的隸屬函數(shù)進(jìn)行調(diào)整后，可顯著提高地物回波的識(shí)別正確率，并在一定程度上減少層狀云降水回波的誤判。

同時(shí)，應(yīng)注意到的是，MCC方法會(huì)在降水回波邊緣產(chǎn)生一定誤判。不斷改進(jìn)地物回波的識(shí)別效果，降低降水回波的誤判仍需繼續(xù)研究。

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Identification of Ground Clutter with C-band Doppler Weather Radar

Li Feng1）Liu Liping1）Wang Hongyan1）Yang Chuan2）

1）（State Key Laboratory of Severe Weather，Chinese Academy of Meteorological Sciences，Beijing 100081）
2）（The 23rd Research Institute，China Aerospace Science&Industry Corporation，Beijing 100854）

The application of radar data is negatively affected by echoes caused by ground clutter，meanwhile these echoes from ground clutter have significant effect on rainfall estimation and radar data assimilation.As a result，it is important to identify and discriminate these echoes，which is an absolutely necessary part of radar data quality control.The ground clutter identifying algorithms in operation are mostly based on S-band Doppler weather radar，the resolution and velocity scanning mode of which are different from those of C-band radar.Few researches are carried out to discuss whether the method based on S-band is applicable to the C-band radar or not.Based on the current algorithm used for the SA radar，one method is developed for the CC radar using the data observed by radars of Changzhi and Harbin.The statistical characteristics of clutter are analyzed using data collected during 2011，and the membership functions are improved for C-band Doppler weather radar.

Results show that，for S-band and C-band Doppler weather radar，parameters about reflectivity of ground clutter are similar，and there are notable differences between ground clutter and precipitation echoes.For C-band ground clutter echoes，the parameter TDBZis greater than S-band.GDBZvalue of both kinds of radar is alike，mostly below 0.SPINvalue of ground clutter echoes is remarkably greater than that of precipitation echoes for both C-band and S-band radar.It shows that three parameters about reflectivity including TDBZ，GDBZand SPIN，can be used to identify and discriminate C-band radar ground clutter echoes.

For C-band radar ground clutter and precipitation echoes，only MDVE，associated with velocity，could be used to distinguish these two kinds of echoes.For MDSWand SDVE，there is no notable difference between ground clutter and precipitation.In contrast，two parameters of ground clutter are different from that of precipitation echoes for S-band radar.For S-band radar，MDSWand SDVEare both very small，mostly below 1.There are considerable numbers of values above 1 for two parameters of C-band radar.The spatial resolutions of two kinds of radars are different，which may result in the fact that MDSWand SDVEcould not be used to distinguish ground clutter echoes from precipitation echoes.Besides，the velocity scan mode，the dual pulse repetition frequency may cause the phenomenon to some extent.It can also be caused by the different precisions of two kinds of radars.The velocity precision of S-band radar is 0.5 m·s-1，while the velocity of C-band radar is 0.1 m·s-1.For S-band radar，the velocity changes more smoothly than that of C-band radar.Compared with the method based on S-band radar，the identification accuracy of ground clutter is improved notably and the false detection of stratiform cloud echoes is also reduced obviously.

ground clutter；fuzzy logical；quality control

李豐，劉黎平，王紅艷，等.C波段多普勒天氣雷達(dá)地物識(shí)別方法.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2014，25（2）：158-167.

2013-03-05收到，2013-12-10收到再改稿。

中國(guó)氣象科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)（2011Y003），中國(guó)氣象局“新一代天氣雷達(dá)建設(shè)業(yè)務(wù)軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目”，十二五國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2012BAC22B00）

*email：lifeng＠cams.cma.gov.cn