雙偏振天氣雷達PUP地圖細(xì)化的設(shè)計和實現(xiàn)*

田 程，雷登林，彭 茜，鐘 健，孫飛飛

(1.貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550002；2.貴州省榕江縣氣象局，貴州 榕江 557200)

0 引言

榕江新一代天氣雷達(CINRAD/CA-D)于2019年10月建設(shè)完成并投入運行，它是全相參脈沖多普勒雙偏振天氣雷達，其利用極化技術(shù)和降水粒子的極化特性，發(fā)射水平和垂直兩種極化的電磁波，這兩種不同極化狀態(tài)的電磁波照射到各種降水粒子上，其后向散射回波中包含了粒子的狀態(tài)信息，不同形狀的粒子引起的反射率、差分反射率、差分傳播相移、共極化相關(guān)系數(shù)是不相同的，利用雙通道接收機就可以得到降水粒子強度、速度、譜寬、差分反射率因子、差分傳播相移、比差分相位、相關(guān)系數(shù)等偏振參數(shù)。通過對雙偏振參數(shù)的估算，可以推導(dǎo)出降雨量，降水粒子的形狀、尺寸、指向、相態(tài)和滴譜分布及降水類型，如冰雹、雨、雪等，為人工影響天氣和防雹作業(yè)提供了更可靠的依據(jù)，同時也提高了定量估測降水的精度，可更有效地提高短臨天氣預(yù)報質(zhì)量。但此型號的雷達配套產(chǎn)品查看軟件PUP的地圖地理信息精度只到縣級，沒有提供更精確的背景地圖，無法滿足汛期災(zāi)害性天氣監(jiān)測的需要。文獻[1-3]等通過修改UserMap.dat文件結(jié)合PUP的自定義地圖編輯功能實現(xiàn)了PUP地圖的細(xì)化工作，但CINRAD/CA-D雙偏振天氣雷達配套的PUP沒有配置UserMap.dat文件，也沒有自定義地圖編輯功能，無法用文獻[1-3]的方法實現(xiàn)地圖的細(xì)化工作，本文通過解析此版本PUP的default.map地圖數(shù)據(jù)格式成功的添加了鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級的地理信息，有效的解決了PUP地圖信息不夠精細(xì)的問題，降低了氣象工作者識圖的難度。

1 地圖細(xì)化的設(shè)計與實現(xiàn)方法

地圖文件default.map在Windows上存放在D:PUPconfigmaps路徑下，版本為PUP Version 11.3.2-C DP(Build 6009/12654)；在Unix上存放在FilesystemoptPUPconfigmaps路徑下，版本為PUP Version 11.1.3-C DP(Build 5309/14556)。default.map可使用Window或Unix上自帶的文本編譯器打開，按照數(shù)據(jù)格式對其添加可實現(xiàn)PUP地圖的細(xì)化工作。

1.1 Default地圖格式的解讀

氣象資料地圖數(shù)據(jù)格式常用BLN數(shù)據(jù)格式，它的點數(shù)據(jù)采用“經(jīng)度 緯度 地名”的數(shù)據(jù)格式，其線數(shù)據(jù)采用“連接點的個數(shù)經(jīng)度1，緯度1……經(jīng)度,緯度”的數(shù)據(jù)格式，并且經(jīng)緯度單位為“度”。Default地圖文件里面的點數(shù)據(jù)以烏魯木齊為例為“TEXT 157647 315382 烏魯木齊”,通過對比分析可知此文件中的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)是以秒為單位，且緯度在前，經(jīng)度在后。本文的目的需將常用的BLN地圖文件格式轉(zhuǎn)換成Default地圖文件需要的地圖格式。Default地圖文件中的數(shù)據(jù)格式具體說明如下：

1.1.1 點數(shù)據(jù)格式 點數(shù)據(jù)的格式及說明如下：

LAYER CITYNAME(分為兩級：CITYNAME或COUNTYNAME)

SIZE 12(文字大小)

POSITION LEFT(文字方位)

FONT COURIER NEW(文字字體)

FONT_COLOR #7FFFD4 #0000FF(文字顏色)

點記錄1 TEXT 緯度1 經(jīng)度1 地名1

點記錄2 TEXT 緯度2 經(jīng)度2 地名2

… … … … …

點記錄N TEXT 緯度N 經(jīng)度N 地名N

點數(shù)據(jù)分成兩級，在未放大的情況下只顯示CITYNAME(市州地名)，地圖放大后才顯示 COUNTYNAME(縣級地名)?？梢孕薷奈淖执笮　⑽淖址轿?、文字字體和文字顏色，用經(jīng)緯度和地名來定位點數(shù)據(jù)，并在雷達PUP地圖上顯示。

1.1.2 線數(shù)據(jù)格式 線數(shù)據(jù)的格式及說明如下：

LAYER PROVINCE(分為3級：PROVINCE、CITY或COUNTY)

LINE_COLOR #CEFF9D #888888(線段顏色)

線記錄1 GAP POINT 緯度1 經(jīng)度1 … POINT 緯度2 經(jīng)度2 … POINT 緯度經(jīng)度

線記錄2 GAP POINT 緯度1 經(jīng)度1 … POINT 緯度2 經(jīng)度2 … POINT 緯度經(jīng)度

… … … … …

線記錄N GAP POINT 緯度1 經(jīng)度1 … POINT 緯度2 經(jīng)度2 … POINT 緯度經(jīng)度

線數(shù)據(jù)分成3級，在未放大的情況下只顯示PROVINCE、CITY(省界和市界)，地圖放大后才顯示 COUNTY(縣界)?？梢孕薷南鄳?yīng)邊界的顏色，并用經(jīng)緯度組的方式在雷達PUP地圖上顯示此線段的位置。

1.2 點數(shù)據(jù)的添加

只需知道要添加點的經(jīng)緯度，將其單位轉(zhuǎn)化成度，乘以3600后按格式添加到LAYER COUNTYNAME字段后面即可。

1.3 線數(shù)據(jù)的添加

要添加新的線數(shù)據(jù)信息，需要知道這條線沿途的經(jīng)緯度，并將線數(shù)據(jù)添加在LAYER COUNTY字段后面。線數(shù)據(jù)信息量很大，需要通過編程來轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。采用C#編寫程序?qū)崿F(xiàn)了相關(guān)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換程序采用了“榕江_In_鄉(xiāng)鎮(zhèn).bln”文件作為榕江鄉(xiāng)鎮(zhèn)線數(shù)據(jù)的來源。其數(shù)據(jù)格式為：畫此線段需要經(jīng)緯度的個數(shù)加上對應(yīng)的經(jīng)緯度，單位為度，保留小數(shù)點后13位。程序流程見圖1。

圖1 CINRAD/CA-D雷達地圖線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程圖Fig.1 CINRAD/CA-D radar map line data conversion flow chart

程序流程為：以數(shù)組形式讀入“榕江_In_鄉(xiāng)鎮(zhèn).bln”文件數(shù)據(jù)，使用GAP字段替代經(jīng)緯度個數(shù)，將經(jīng)度和緯度倒裝后分別乘以3 600保留小數(shù)點后兩位，然后在緯度前添加POINT字段，最后輸出新格式地圖數(shù)據(jù)。圖2為軟件界面及部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果。

圖2 CINRAD/CA-D雷達地圖線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序Fig.2 CINRAD/CA-D radar map line data conversion program

2 榕江雷達地圖細(xì)化前后效果對比

榕江雷達地圖細(xì)化前后的變化情況見圖3。

圖3 細(xì)化前(a)、細(xì)化后(b)的地圖Fig.3 Background map before (a)and after (b) detailing design

3 結(jié)語

榕江新一代天氣雷達(CINRAD/CA-D)是最新型的C波段雙偏振天氣雷達，其它型號的雷達PUP地圖細(xì)化方法無法在此型號的雷達上使用，本文尋找到了新的方法實現(xiàn)了此型號配套PUP地圖的細(xì)化，該細(xì)化方法同時適合其它類似型號的雷達。在此將線數(shù)據(jù)地圖轉(zhuǎn)換程序共享在“https://pan.baidu.com/s/1sjbOEJhDzpslDqg3z5EP4Q 提取碼：rk71”地址，希望為其它雷達站提供參考。