CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)非降水回波識(shí)別技術(shù)

張 林 李 峰 吳 蕾 孫康遠(yuǎn)

1)(中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心，北京 100081)2)(南京氣象科技創(chuàng)新研究院 中國(guó)氣象局交通氣象重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，南京 210041)

引 言

20世紀(jì)90年代我國(guó)開(kāi)展大規(guī)模多普勒天氣雷達(dá)建設(shè)，已形成針對(duì)不同尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)的天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)網(wǎng)，并在防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮重要作用。目前，我國(guó)已建成由236部S波段和C波段天氣雷達(dá)構(gòu)成的世界最大雷達(dá)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，且逐步升級(jí)S波段雙偏振雷達(dá)，并在沿海部分站點(diǎn)試用相控陣天氣雷達(dá)[1-2]。多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品已應(yīng)用于數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)[3]，明顯改善6 h預(yù)報(bào)降水的強(qiáng)度和落區(qū)，有效提高模式分辨率[4-5]。多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用得益于雷達(dá)數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制，包括對(duì)地物/超折射雜波、徑向電磁干擾雜波、晴空回波、海浪回波和速度場(chǎng)資料處理等質(zhì)量控制方法[6-16]。多普勒天氣雷達(dá)通常采用基于模糊邏輯的質(zhì)量控制方法，變量包括反射率因子、速度和譜寬，該方法可過(guò)濾絕大多數(shù)非降水回波的影響[17-18]，但對(duì)晴空大氣條件下的非降水回波過(guò)濾效果不佳，特別是鳥(niǎo)類(lèi)、昆蟲(chóng)遷徙高峰季節(jié)的生物回波，生物回波與層狀云降水或降雪回波混雜時(shí)更難區(qū)分[19]，晴空回波也屬于非降水氣象回波，可影響雷達(dá)定量估測(cè)降水和短時(shí)臨近預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。

2013年，美國(guó)更新升級(jí)了具有雙偏振功能的天氣雷達(dá)[20]，至今已完成全網(wǎng)158部S波段WSR-88D雙偏振雷達(dá)技術(shù)升級(jí)和業(yè)務(wù)應(yīng)用。雙偏振雷達(dá)技術(shù)升級(jí)為數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、水凝物分類(lèi)和定量估測(cè)降水帶來(lái)革新式的變化，是研究降水微物理過(guò)程的重要探測(cè)設(shè)備[21]，能提供多個(gè)包含雨滴譜信息的偏振量，能更好地表述降水的微物理特征，不再根據(jù)傳統(tǒng)的Z-R關(guān)系從反射率因子中獲取雨強(qiáng)。雙偏振雷達(dá)定量估測(cè)降水依據(jù)雨強(qiáng)與偏振量的關(guān)系，提高了定量降水估測(cè)的精度，均方根誤差從單偏振雷達(dá)的35%下降到10%～15%[22-24]。這是因?yàn)殡p偏振量提供了更精準(zhǔn)的雨滴譜信息，具有更好的數(shù)據(jù)質(zhì)量和更少的雜波污染，能區(qū)分不同降水類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)多種估測(cè)關(guān)系的綜合應(yīng)用。雙偏振雷達(dá)技術(shù)降低了傳統(tǒng)Z-R關(guān)系受大雨滴或融化冰雹的影響水平反射率因子Zh明顯偏高，很大程度上減小了近距離降水估測(cè)誤差。

關(guān)于雙偏振雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制算法的研究，美國(guó)強(qiáng)風(fēng)暴實(shí)驗(yàn)室(NSSL)研發(fā)了基于偏振參量和環(huán)境數(shù)據(jù)的回波分類(lèi)算法，并應(yīng)用于美國(guó)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)雷達(dá)組網(wǎng)定量估測(cè)降水系統(tǒng)(MRMS QPE)，HSS(Heidke skill score)評(píng)分高達(dá)0.83[25]。Park等[26]發(fā)展了基于模糊邏輯算法的WSR-88D水凝物分類(lèi)算法(hydrometeor classification algorithm,HCA)，使用6個(gè)雷達(dá)觀(guān)測(cè)量作為輸入，輸出10個(gè)分類(lèi)，不僅包括地物、生物等非降水回波，還有雨、雪及冰雹等水凝物相態(tài)的分類(lèi)。HCA算法得到改進(jìn)和發(fā)展，包括存在衰減時(shí)的回波分類(lèi)方法(針對(duì)C波段和X波段雷達(dá))、三體散射回波識(shí)別與分類(lèi)、雷達(dá)數(shù)據(jù)的質(zhì)量改善等[27-28]。Bukovcic等[29]使用貝葉斯分類(lèi)方法區(qū)分對(duì)流和層狀云降水。Jiang等[30]基于模糊邏輯算法分別統(tǒng)計(jì)分析美國(guó)業(yè)務(wù)運(yùn)行的KICT雙偏振雷達(dá)鳥(niǎo)類(lèi)和昆蟲(chóng)回波，形成鳥(niǎo)類(lèi)回波識(shí)別算法。朱軼明等[31]分析上海南匯WSR-88D雙偏振雷達(dá)生物回波識(shí)別算法，張林等[32]利用上海南匯S波段WSR-88D雷達(dá)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)非降水回波識(shí)別算法。在理想狀態(tài)下，降水回波相關(guān)系數(shù)接近1，差分反射率約為0。

截至2021年底，我國(guó)已完成70余部S波段CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)業(yè)務(wù)化升級(jí)和運(yùn)行。預(yù)計(jì)到2025年，全國(guó)將有超過(guò)100部雙偏振雷達(dá)在業(yè)務(wù)上運(yùn)行。本文以張林等[32]設(shè)計(jì)的上海南匯S波段WSR-88D非降水回波識(shí)別算法為基礎(chǔ)，利用國(guó)內(nèi)CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)數(shù)據(jù)開(kāi)展算法試驗(yàn)、測(cè)試，并對(duì)算法模塊進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，形成一套完整的CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制算法，該算法已應(yīng)用于中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心與南京氣象科技創(chuàng)新研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的多波段天氣雷達(dá)組網(wǎng)融合處理軟件。

1 算法流程設(shè)計(jì)

1.1 偏振參量特征統(tǒng)計(jì)

2016年上海南匯WSR-88D雙偏振雷達(dá)進(jìn)入業(yè)務(wù)運(yùn)行。張林等[32]采用相關(guān)系數(shù)、水平反射率因子和差分反射率3個(gè)測(cè)量變量，研究設(shè)計(jì)非降水回波識(shí)別算法，形成1套WSR-88D雙偏振雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程。

本文主要分析的數(shù)據(jù)來(lái)自2019—2020年江蘇、廣東地區(qū)升級(jí)布網(wǎng)的CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)，該雷達(dá)由北京敏視達(dá)雷達(dá)有限公司生產(chǎn)。首先，根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合地面降水?dāng)?shù)據(jù)確定降水回波和非降水回波，分別隨機(jī)抽取降水和非降水回波點(diǎn)各1000個(gè)，計(jì)算相關(guān)系數(shù)、差分反射率在降水回波和非降水回波上的統(tǒng)計(jì)特征，結(jié)果如圖1所示。降水回波的相關(guān)系數(shù)為0.9～1，差分反射率為0～2.5 dB；非降水回波的相關(guān)系數(shù)和差分反射率均為雜亂分布，相關(guān)系數(shù)為0.1～1，差分反射率為-7.5～7.5 dB。

圖1 降水回波與非降水回波的相關(guān)系數(shù)和差分反射率(a)降水回波相關(guān)系數(shù)，(b)非降水回波相關(guān)系數(shù)，(c)降水回波差分反射率，(d)非降水回波差分反射率

1.2 算法模塊適應(yīng)性改進(jìn)

張林等[32]在研究S波段WSR-88D非降水回波識(shí)別方法中指出,降水和非降水回波的區(qū)別不僅體現(xiàn)在相關(guān)系數(shù)上，兩者相關(guān)系數(shù)水平紋理也明顯不同。降水回波相關(guān)系數(shù)大、分布均勻、紋理特征小，而非降水回波相關(guān)系數(shù)小、分布雜亂、紋理特征大。

圖2為2019年9月3日01:30:19(北京時(shí)，下同)徐州CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)水平反射率因子、相關(guān)系數(shù)、差分反射率、差分傳播相位。該觀(guān)測(cè)個(gè)例為夏秋季節(jié)夜晚的大面積晴空回波，圖3為該個(gè)例經(jīng)過(guò)S波段WSR-88D非降水回波識(shí)別算法后的結(jié)果。由圖3可見(jiàn)，距雷達(dá)站東側(cè)50～200 km范圍的晴空回波未能正確識(shí)別，因?yàn)檫@部分晴空回波的相關(guān)系數(shù)較大且相關(guān)系數(shù)水平紋理值相對(duì)較小，兩者均與降水回波的特征較為相似。通過(guò)客觀(guān)評(píng)估，該個(gè)例非降水回波識(shí)別率僅為68.6%。

圖2 2019年9月3日01:30:19徐州CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)特征參量(相鄰距離圈間隔50 km，下同)

圖3 WSR-88D算法對(duì)圖2個(gè)例的識(shí)別

(1)

式(1)中,Zdr(i,j)和Zdr(i,j+1)分別代表(i,j)和(i,j+1)像素點(diǎn)的差分反射率觀(guān)測(cè)值，NA和NR分別代表徑向和距離庫(kù)上的窗口長(zhǎng)度，可取為5×5。

圖4為相關(guān)系數(shù)水平紋理、差分反射率水平紋理在降水回波和非降水回波上的統(tǒng)計(jì)特征。由圖4可見(jiàn)，與相關(guān)系數(shù)水平紋理類(lèi)似，差分反射率水平紋理在降水回波上分布較均勻，而在非降水回波上分布雜亂。非降水回波紋理的雜亂特征在相關(guān)系數(shù)水平紋理和差分反射率水平紋理上均有所體現(xiàn)。

圖4 降水回波與非降水回波的相關(guān)系數(shù)和差分反射率的水平紋理特征 (a)降水回波相關(guān)系數(shù)紋理，(b)非降水回波相關(guān)系數(shù)紋理，(c)降水回波差分反射率紋理，(d)非降水回波差分反射率紋理

以上表明：差分反射率紋理特征也是區(qū)分降水回波和非降水回波的有效特征量。在CINRAD/SAD型號(hào)雷達(dá)中，除利用ZH，ρhv(相關(guān)系數(shù))和Zdr特征參量外，還需要聯(lián)合相關(guān)系數(shù)水平紋理特征和差分反射率紋理特征對(duì)降水回波和非降水回波進(jìn)行分類(lèi)，以提高識(shí)別準(zhǔn)確率。圖5為經(jīng)過(guò)算法模塊的適應(yīng)性調(diào)整后，形成的國(guó)產(chǎn)CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)非降水回波識(shí)別算法流程,水平反射率因子、差分反射率和相關(guān)系數(shù)為3個(gè)輸入物理量。其中，相關(guān)系數(shù)描述水平和垂直極化回波信號(hào)變化的相似度，為算法中最重要的特征參量；差分反射率描述水平偏振反射率和垂直偏振反射率之比，在算法模塊適應(yīng)性改進(jìn)中增加了差分反射率紋理特征，因此差分反射率在該算法中的作用至關(guān)重要；水平反射率因子輔助判斷降水和非降水信息，并在降水回波空洞填補(bǔ)中發(fā)揮作用。算法流程中，冰雹和非均一波束充塞現(xiàn)象的相關(guān)系數(shù)通常低于0.95，這是由于當(dāng)波束照射體內(nèi)存在冰雹或?qū)α鲉误w時(shí)，若對(duì)流單體未被1°波束充滿(mǎn)，則易發(fā)生非均一波束充塞現(xiàn)象，且距離越遠(yuǎn)，隨著雷達(dá)波束的展寬作用，非均一波束充塞現(xiàn)象越明顯，相關(guān)系數(shù)越小[32]。相關(guān)系數(shù)和差分反射率測(cè)量值的誤差對(duì)算法識(shí)別率影響較大。圖6為算法對(duì)大面積晴空回波的質(zhì)量控制效果，經(jīng)客觀(guān)評(píng)估，非降水回波識(shí)別準(zhǔn)確率為96.8%，相比算法模塊適應(yīng)性改進(jìn)前提高了28.2%。該算法不僅可以成功識(shí)別大面積晴空回波，而且可以將降水回波損失率控制在較低水平。

圖5 CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)非降水回波識(shí)別算法流程

圖6 質(zhì)量控制前后大面積晴空回波

2 算法檢驗(yàn)評(píng)估

根據(jù)建立的國(guó)產(chǎn)CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制算法流程，對(duì)算法進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)估。國(guó)產(chǎn)CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)反射率因子、差分反射率及相關(guān)系數(shù)等數(shù)據(jù)庫(kù)長(zhǎng)為250 m，方位間隔為1°，由于差分反射率和相關(guān)系數(shù)均反映了水平和垂直觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)性，對(duì)于遠(yuǎn)距離處的弱回波，可能存在弱的反射率因子值，但無(wú)差分反射率和相關(guān)系數(shù)觀(guān)測(cè)值。因此，算法針對(duì)遠(yuǎn)距離處的弱回波存在一定損失，在評(píng)估數(shù)據(jù)中均有反映。

首先，整理2019—2020年5—10月江蘇和廣東升級(jí)的15部CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)數(shù)據(jù)，利用中國(guó)氣象局氣象災(zāi)害管理系統(tǒng)中的災(zāi)情直報(bào)信息及網(wǎng)絡(luò)輿情，結(jié)合雷達(dá)回波識(shí)別專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)分類(lèi)，包括冰雹、融化層、臺(tái)風(fēng)降水、對(duì)流云及層狀云降水、地物/超折射雜波、電磁干擾雜波及晴空回波等。采用客觀(guān)評(píng)估進(jìn)行檢驗(yàn)，CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)非降水回波識(shí)別算法準(zhǔn)確識(shí)別非降水回波的點(diǎn)數(shù)占非降水回波總點(diǎn)數(shù)的百分比為非降水回波識(shí)別準(zhǔn)確率，識(shí)別算法誤判為非降水回波的降水回波點(diǎn)數(shù)占降水回波總點(diǎn)數(shù)的百分比為降水回波的誤判率[32]。

2.1 冰雹和融化層個(gè)例識(shí)別效果檢驗(yàn)

圖7為2019年8月1日13:35徐州CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)冰雹和融化層質(zhì)量控制前后的反射率因子，紅色圈為冰雹、藍(lán)色圈為融化層。質(zhì)量控制前存在冰雹、融化層和地物、晴空等回波，經(jīng)過(guò)非降水回波識(shí)別算法處理后，除雷達(dá)站附近存在少量未被識(shí)別的雜波外，其余非降水回波均被有效濾除，且冰雹和融化層均作為降水回波得到保留。經(jīng)客觀(guān)評(píng)估，該個(gè)例的非降水回波識(shí)別準(zhǔn)確率為96.5%，降水回波誤判率為1.2%。

圖7 2019年8月1日13:35徐州CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)冰雹及融化層質(zhì)量控制前后的反射率因子

2.2 臺(tái)風(fēng)降水個(gè)例識(shí)別效果檢驗(yàn)

圖8為2019年8月11日00:05鹽城CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)臺(tái)風(fēng)降水質(zhì)量控制前后的反射率因子。對(duì)于臺(tái)風(fēng)降水過(guò)程，可認(rèn)為所有回波均為降水回波。經(jīng)非降水回波識(shí)別算法處理后，降水回波結(jié)構(gòu)被完整保留。經(jīng)客觀(guān)評(píng)估，降水回波的誤判率為1.8%。

圖8 2019年8月11日00:05鹽城CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)臺(tái)風(fēng)降水質(zhì)量控制前后的反射率因子

2.3 地物、超折射、電磁干擾個(gè)例識(shí)別效果檢驗(yàn)

圖9為2019年7月30日23:03鹽城CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)的地物、超折射和電磁干擾雜波質(zhì)量控制前后的反射率因子。質(zhì)量控制前的反射率因子圖像中存在地物雜波、超折射回波和干擾雜波等，經(jīng)過(guò)非降水回波識(shí)別算法處理后，除了距離雷達(dá)站東南方向100 km處存在未被準(zhǔn)確識(shí)別的非降水回波，其余非降水回波多數(shù)被識(shí)別，降水回波被完整保留。經(jīng)客觀(guān)評(píng)估，該個(gè)例非降水回波識(shí)別準(zhǔn)確率為95.7%，降水回波誤判率為2.2%。

圖9 2019年7月30日23:03鹽城CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)地物、超折射、干擾雜波質(zhì)量控制前后的反射率因子

2.4 大面積晴空回波個(gè)例識(shí)別效果檢驗(yàn)

圖10為2019年9月2日03:36徐州CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)降水、大面積晴空回波質(zhì)量控制前后的反射率因子。質(zhì)量控制前的反射率因子圖像中雷達(dá)站200 km范圍內(nèi)存在大面積晴空回波，距離雷達(dá)站東南方向150～250 km及西北方向150～200 km存在降水回波。經(jīng)過(guò)非降水回波識(shí)別算法處理后，多數(shù)晴空回波(非降水)被過(guò)濾，但仍有一些晴空回波(紅色圈標(biāo)注)被當(dāng)做降水保留，降水回波幾乎均被保留。經(jīng)客觀(guān)評(píng)估，該個(gè)例的非降水回波識(shí)別準(zhǔn)確率為90.9%，降水回波誤判率為2.0%。

圖10 2019年9月2日03:36 徐州CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)降水與大面積晴空混雜回波質(zhì)量控制前后的反射率因子

2.5 算法評(píng)估

表1是CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)非降水回波識(shí)別算法的多種個(gè)例客觀(guān)評(píng)估結(jié)果。個(gè)例評(píng)估表明：降水回波誤判率較低，非降水回波識(shí)別準(zhǔn)確率波動(dòng)較大，且與非降水回波個(gè)例類(lèi)型有關(guān)。為了更精準(zhǔn)地評(píng)估，本文又隨機(jī)抽取100個(gè)降水個(gè)例和100個(gè)各類(lèi)雜波個(gè)例。同樣根據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)識(shí)別和自動(dòng)氣象站雨量驗(yàn)證，共抽取由6589665個(gè)非降水回波點(diǎn)和6386896個(gè)降水回波點(diǎn)組成檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)非降水回波識(shí)別算法處理后，非降水回波的識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到95.2%，降水回波的誤判率為2.6%。

表1 多種個(gè)例質(zhì)量控制客觀(guān)評(píng)估表

但值得注意的是，針對(duì)某些站的大面積晴空個(gè)例，本文算法的識(shí)別率可能低于90%，后續(xù)可嘗試借助深度學(xué)習(xí)建模訓(xùn)練的方法進(jìn)行改進(jìn)，即對(duì)大面積晴空回波和降水回波在一張圖中進(jìn)行人工標(biāo)記(如晴空回波標(biāo)記為0，降水回波標(biāo)記為1，為像素級(jí)標(biāo)記樣本)，再經(jīng)過(guò)深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練直至收斂，可更精準(zhǔn)地識(shí)別大面積降水回波。

3 算法在組網(wǎng)拼圖中的應(yīng)用

中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心與南京氣象科技創(chuàng)新研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)的多波段天氣雷達(dá)組網(wǎng)融合處理軟件，具有對(duì)組網(wǎng)區(qū)域多種型號(hào)天氣雷達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析、質(zhì)量控制、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及組網(wǎng)拼圖等功能。組網(wǎng)拼圖流程為6步：①數(shù)據(jù)處理，②質(zhì)量控制，③坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，④單站經(jīng)緯網(wǎng)格數(shù)據(jù)處理，⑤組網(wǎng)經(jīng)緯網(wǎng)格數(shù)據(jù)處理,⑥組網(wǎng)拼圖生成。其中,第3步是將單站極坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)系的過(guò)程，單站笛卡爾坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成后即可生成單站圖像；第4步是將單站極坐標(biāo)數(shù)據(jù)處理為單站經(jīng)緯網(wǎng)格數(shù)據(jù)[33]；第5步是將單站等經(jīng)緯網(wǎng)格數(shù)據(jù)合成組網(wǎng)等經(jīng)緯網(wǎng)格數(shù)據(jù)；第6步是將組網(wǎng)等經(jīng)緯網(wǎng)格數(shù)據(jù)進(jìn)行墨卡托投影，即可生成組網(wǎng)拼圖圖像。

圖11為2020年6月12日14:00江蘇高郵龍卷過(guò)程中6部CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)質(zhì)量控制前后的組網(wǎng)拼圖。質(zhì)量控制前的圖像是將6部單站雷達(dá)觀(guān)測(cè)的反射率因子進(jìn)行組網(wǎng)拼圖，質(zhì)量控制后的圖像是將6部單站雷達(dá)反射率因子經(jīng)過(guò)非降水回波識(shí)別算法處理后進(jìn)行組網(wǎng)拼圖。對(duì)比可見(jiàn)，CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)非降水回波識(shí)別算法在組網(wǎng)拼圖系統(tǒng)中的應(yīng)用成功濾除了地物、晴空等非降水回波，且極大程度上控制了降水回波的損失率，有利于追蹤強(qiáng)對(duì)流、龍卷等災(zāi)害性天氣，為雙偏振雷達(dá)降水分類(lèi)、災(zāi)害性天氣產(chǎn)品算法及組網(wǎng)定量估測(cè)降水業(yè)務(wù)研究等奠定了基礎(chǔ)。

圖11 2020年6月12日14:00江蘇高郵龍卷過(guò)程6部CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)組網(wǎng)拼圖

雙偏振雷達(dá)不僅在數(shù)據(jù)質(zhì)量控制上能很好地區(qū)分降水和非降水回波，且在降水相態(tài)分類(lèi)、降水估測(cè)等方面均具有多普勒天氣雷達(dá)不可比擬的優(yōu)勢(shì)，我國(guó)正在加快推進(jìn)國(guó)產(chǎn)CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)的升級(jí)進(jìn)度，未來(lái)會(huì)有更多的雙偏振雷達(dá)納入業(yè)務(wù)應(yīng)用，該算法可在業(yè)務(wù)上開(kāi)展更多的個(gè)例檢驗(yàn)，并作為單獨(dú)的算法模塊嵌入組網(wǎng)拼圖實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)中。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)分析國(guó)產(chǎn)CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)的相關(guān)系數(shù)、差分反射率特征，在上海南匯WSR-88D非降水回波識(shí)別算法的基礎(chǔ)上，增加了算法模塊的適應(yīng)性改進(jìn)，最終形成國(guó)產(chǎn)CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制算法流程，利用2019—2020年江蘇和廣東15部CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)行檢驗(yàn)評(píng)估。結(jié)論如下：

1)在國(guó)產(chǎn)CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)中，降水回波的相關(guān)系數(shù)多為0.9～1，差分反射率多為0～2.5 dB。非降水回波的相關(guān)系數(shù)為0.1～1，差分反射率為-7.5～7.5 dB。相關(guān)系數(shù)和差分反射率因子在降水回波和非降水回波的分類(lèi)上具有非常重要的作用。

2)相比WSR-88D質(zhì)量控制算法，國(guó)產(chǎn)CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制算法中增加了對(duì)算法模塊的適應(yīng)性改進(jìn)，利用相關(guān)系數(shù)水平紋理和差分反射率水平紋理特征對(duì)降水回波和非降水回波進(jìn)行分類(lèi)。

3)利用2019年江蘇和廣東15部雙偏振雷達(dá)資料，對(duì)CINRAD/SAD雙偏振雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制算法進(jìn)行客觀(guān)評(píng)估，表明該算法能識(shí)別90%以上的非降水回波，且對(duì)降水回波的損失可控制在5%以?xún)?nèi)。但算法對(duì)于夏秋季節(jié)夜晚的大面積晴空回波的識(shí)別準(zhǔn)確率低于90%，有待嘗試?yán)蒙疃葘W(xué)習(xí)的方法改進(jìn)。