風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用研究

羅棟粱

（民用航空中南地區(qū)空中交通管理局氣象中心，廣東 廣州 510403）

引言：風(fēng)廓線雷達(dá)是一種新型的高空探測設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)無人看管，并實(shí)施持續(xù)性的觀測活動，和普通的探測方法相比，風(fēng)廓線雷達(dá)監(jiān)測出來的數(shù)據(jù)分辨率高，且種類豐富，該種探測技術(shù)的優(yōu)勢特征也進(jìn)一步擴(kuò)大了風(fēng)廓線的用途，應(yīng)用范圍較廣，在航天、軍事、航空、氣象等領(lǐng)域中都有所涉及。

一、風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)處理

（一）數(shù)據(jù)收集

風(fēng)廓線雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理流程主要包括以下幾個流程，信息收集、數(shù)據(jù)傳輸至共享服務(wù)器、探測中心接收共享文件中的信息數(shù)據(jù)、統(tǒng)計計算數(shù)據(jù)信息、發(fā)布數(shù)據(jù)產(chǎn)品、發(fā)布數(shù)據(jù)狀態(tài)。其中信息中心利用氣象局的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全面采集所有風(fēng)廓線雷達(dá)站中的日常監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體可以分為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，隔六至十分鐘進(jìn)行一次循環(huán)，大概能夠采集數(shù)據(jù)4.5兆左右，并將其傳輸?shù)焦蚕砥脚_當(dāng)中。信息收集單元中還設(shè)置有文件提取模塊，主要是針對共享文件中的基礎(chǔ)信息和文件目錄進(jìn)行綜合分析，將滿足相關(guān)規(guī)則的信息轉(zhuǎn)移到下一項(xiàng)模塊當(dāng)中。其中的文件分析模塊能夠結(jié)合已經(jīng)結(jié)束定義的文件規(guī)則，實(shí)施解析工作，隨后將分析結(jié)束的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，如果出現(xiàn)非法數(shù)據(jù)，便能由相應(yīng)的解析模塊進(jìn)行處理。

（二）數(shù)據(jù)處理分析

狀態(tài)處理過程中具體包括以下幾項(xiàng)需處理信息和功能：（1）數(shù)據(jù)提取，由提取設(shè)備采集當(dāng)下的狀態(tài)信息，隨后將其傳送至數(shù)據(jù)驗(yàn)證模塊當(dāng)中；（2）數(shù)據(jù)質(zhì)量驗(yàn)證，能夠驗(yàn)證當(dāng)下狀態(tài)數(shù)據(jù)的可靠性；（3）數(shù)據(jù)處理功能，主要是對傳輸過來的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，根據(jù)相關(guān)規(guī)則整理狀態(tài)信息。

在導(dǎo)入探測數(shù)據(jù)后，便能對輸入的數(shù)據(jù)信息實(shí)施定時處理，分析傳遞過來的數(shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)算法處理探測數(shù)據(jù)，隨后加工為產(chǎn)品文件。

（三）數(shù)據(jù)展示

數(shù)據(jù)展示即能夠?qū)顟B(tài)數(shù)據(jù)通過展示系統(tǒng)清晰地呈現(xiàn)出來，發(fā)布數(shù)據(jù)產(chǎn)品，統(tǒng)計探測數(shù)據(jù)等，為用戶了提供查詢服務(wù)。如可以查看相應(yīng)的報警信息，主要包括故障報警信息和普通報警信息，通過地圖中的背景標(biāo)示提供相應(yīng)的提示信息，在點(diǎn)擊背景中的標(biāo)示后，便能查看相關(guān)信息界面。巡查觀測站的基礎(chǔ)信息，通過點(diǎn)擊地圖中的測站標(biāo)示便能測查測站信息，比如經(jīng)緯度、區(qū)站號、站址等信息。監(jiān)控顯示方式主要是地圖的形式，將整個地圖作為背景，不同的設(shè)備使用不同色彩。在多樣圖形的坐標(biāo)點(diǎn)中，能夠通過點(diǎn)擊操作挑選基站，監(jiān)控設(shè)備實(shí)際運(yùn)行信息。

二、風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)應(yīng)用

（一）風(fēng)廓線雷達(dá)的二次開發(fā)和應(yīng)用

單獨(dú)設(shè)置的風(fēng)廓線雷達(dá)呈現(xiàn)出的大氣風(fēng)場垂直分布直接產(chǎn)品對于認(rèn)知、掌握中小尺度的天氣系統(tǒng)具有積極的作用，能夠幫助對系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，但是單獨(dú)設(shè)置的風(fēng)廓線雷達(dá)誕生的監(jiān)測產(chǎn)品僅通過一個點(diǎn)中的風(fēng)場垂直構(gòu)成研究天氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的物理變化特征，因此研究結(jié)果存在一定的不確定性。在風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)量超出三個時，便可以形成一種小型的區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，利用相應(yīng)的組網(wǎng)信息，可以研究大氣風(fēng)場的內(nèi)部垂直層結(jié)構(gòu)，掌握天氣系統(tǒng)影響強(qiáng)度和高度。

（二）風(fēng)廓線雷達(dá)信息在天氣預(yù)報和強(qiáng)對流天氣中的應(yīng)用

風(fēng)廓線雷達(dá)相關(guān)應(yīng)用業(yè)務(wù)當(dāng)中，使用最為頻繁的是水平風(fēng)廓線信息，大氣水平風(fēng)場中的風(fēng)廓線垂直數(shù)據(jù)資料可以對氣旋配合國境和高空槽過境狀況進(jìn)行直觀、便捷地指示，對冷暖空氣交匯、中低空氣流強(qiáng)弱、風(fēng)場垂直切變、大氣中的冷暖平流等空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)分析[1]。

（三）對臺風(fēng)內(nèi)部進(jìn)行垂直監(jiān)測的應(yīng)用

利用風(fēng)廓線雷達(dá)能夠?qū)ε_風(fēng)登陸過程中的降雨垂直結(jié)構(gòu)和風(fēng)場內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)施系統(tǒng)性、多角度、多產(chǎn)品的分析。比如在蘇拉臺風(fēng)登陸的過程中，移動式的風(fēng)廓線雷達(dá)在登陸點(diǎn)附近采集到了其登陸前后的變化資料數(shù)據(jù)，通過對有效數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析發(fā)現(xiàn)臺風(fēng)登陸過程中的探測高度是4.8千米，而風(fēng)廓線雷達(dá)的臺風(fēng)登陸階段，其探測水平明顯提高[2]。風(fēng)廓線雷達(dá)檢測出來的垂直結(jié)構(gòu)資料信息，能夠通過水平風(fēng)速、垂直速度和信噪比等因素對臺風(fēng)登陸過程中的風(fēng)場變化進(jìn)行綜合分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)眼過境時，風(fēng)向從原來的偏北風(fēng)轉(zhuǎn)化成一種偏南風(fēng)向，同時風(fēng)向的改變是從高空逐漸向下轉(zhuǎn)變的。通過分析臺風(fēng)的風(fēng)場結(jié)構(gòu)，能夠?qū)ζ滹L(fēng)雨影響、傳播路徑、演變發(fā)展等氣象預(yù)報提供可靠支撐。

三、未來展望

隨著科技的持續(xù)發(fā)展，新型風(fēng)廓線雷達(dá)逐漸在社會各個領(lǐng)域中推廣開來，進(jìn)而擴(kuò)充了氣象資料，能夠提升氣象預(yù)報的整體水平。但從整體的研究層面來看，還處于一種初級發(fā)展環(huán)節(jié)，在較為復(fù)雜的天氣變化狀態(tài)中需要進(jìn)行深入的探索和研究。風(fēng)場信息數(shù)據(jù)的整體質(zhì)量能夠?qū)?shù)據(jù)應(yīng)用狀態(tài)產(chǎn)生直接影響，目前在沒有建立起全面的質(zhì)量監(jiān)控體系，在消除影響較大的雜波干擾、剔除風(fēng)場干擾數(shù)據(jù)等方面還需要加強(qiáng)改進(jìn)，特別是要對風(fēng)廓線雷達(dá)檢測中非均勻降雨的影響進(jìn)行重點(diǎn)研究。風(fēng)廓線雷達(dá)的降雨低模式反射率為降雨垂直結(jié)構(gòu)探測中的風(fēng)廓線雷達(dá)打好了基礎(chǔ)，為了進(jìn)一步擴(kuò)大風(fēng)廓線雷達(dá)的應(yīng)用范圍，應(yīng)該對降雨反射率的低模式和高模式反演進(jìn)行重點(diǎn)研究，健全反射率結(jié)構(gòu)。風(fēng)廓線雷達(dá)中的數(shù)據(jù)信息在一定程度上增加了對于高空風(fēng)場的研究，但還需要進(jìn)一步強(qiáng)化各個風(fēng)廓線雷達(dá)站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，同時為數(shù)據(jù)驗(yàn)證工作提供有效渠道，為后續(xù)工作的順利進(jìn)行打好基礎(chǔ)。

結(jié)語：綜上所述，我國地域面積較廣，因此氣候條件也呈現(xiàn)出多樣化特征，各地氣象災(zāi)害各不相同，新型風(fēng)廓線雷達(dá)的出現(xiàn)，能夠提升我國對于氣象災(zāi)害的預(yù)警能力，保證風(fēng)場數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)而提高了風(fēng)場數(shù)據(jù)的利用效率，但從目前的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r來看，還有較大的發(fā)展空間。