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S波段多普勒天气雷达非降水气象回波识别

李丰 刘黎平 王红艳 江源

李丰, 刘黎平, 王红艳, 等. S波段多普勒天气雷达非降水气象回波识别. 应用气象学报, 2012, 23(2): 147-158..
引用本文: 李丰, 刘黎平, 王红艳, 等. S波段多普勒天气雷达非降水气象回波识别. 应用气象学报, 2012, 23(2): 147-158.
Li Feng, Liu Liping, Wang Hongyan, et al. Identification of non-precipitation meteorological echoes with Doppler weather radar. J Appl Meteor Sci, 2012, 23(2): 147-158.
Citation: Li Feng, Liu Liping, Wang Hongyan, et al. Identification of non-precipitation meteorological echoes with Doppler weather radar. J Appl Meteor Sci, 2012, 23(2): 147-158.

S波段多普勒天气雷达非降水气象回波识别

资助项目: 

中国气象局新一代天气雷达建设业务软件系统开发项目 (二期)“雷达资料质量控制算法研制”,公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY200806003

中国气象科学研究院基本科研业务费项目 2011Y004

详细信息
    通信作者:

    刘黎平, E-mail: lpliu@cams.cma.gov.cn

Identification of Non-precipitation Meteorological Echoes with Doppler Weather Radar

  • 摘要: 在气象条件为晴空或有云但无降水的情况下,在雷达站附近经常可观测到大面积的非降水气象回波,这些回波对定量估测降水和雷达资料同化效果产生重要影响。为了有效识别这些非降水回波,该文发展了基于模糊逻辑识别和回波分块的非降水气象回波识别算法 (NPMDA)。该文首先利用地面和卫星资料为标准,提出了非降水回波的确定标准,并利用北京SA雷达,对非降水气象回波特性进行了统计分析,得到了隶属函数。在非降水回波识别时首先采用SCIT算法将回波组合成片,然后对整个PPI进行初步的判断。对不能初步判断为降水的PPI,采用模糊逻辑的方法计算成片回波的属性值,依据成片回波的属性值得到片内回波逐点识别时的阈值,从而实现了回波的动态阈值识别。结果表明:对大部分非降水气象回波识别效果较好,对较强降水回波误判较少,弱降水回波有时会出现一定的误判。与NCAR使用的ICADA方法相比,NPMDA方法能明显提高非降水回波的识别率,减少降水回波的误判率。
  • 图  1  片回波的WMRA_RRP30_A的概率分布

    Fig. 1  Probability distribution of WM, RA_R and RP30_A

    图  2  片回波WMRA_RRP30_A的隶属函数

    Fig. 2  Membership functions of WM, RA_R and RP30_A for calculating the attributes of echo pieces

    图  3  点回波的MDZSDBZDMDZTVEMSW概率分布

    Fig. 3  Probability distribution of MDZ, SDBZ, DMDZ, TVE and MSW

    图  4  点回波的MDZSDBZDMDZTVEMSW隶属函数

    Fig. 4  Membership functions of MDZ, SDBZ, DMDZ, TVE and MSW

    图  5  2010年10月4日23:00北京雷达PPI识别效果对比 (相邻距离圈间隔为50 km)

    (a)0.4°仰角识别前反射率因子, (b)1.2°仰角识别前反射率因子, (c)0.4°仰角ICADA识别后剩余的反射率因子,(d)1.2°仰角ICADA识别后剩余的反射率因子, (e)0.4°仰角NPMDA识别后剩余的反射率因子, (f)1.2°仰角NPMDA识别后剩余的反射率因子

    Fig. 5  PPI of Beijing radar at 2300 BT 4 Oct 2010(range rings at 50-km intervals)

    (a) reflectivity at 0.4° elevation before echo identification, (b) reflectivity at 1.2° elevation before echo identification, (c) reflectivity remained at 0.4° elevation after echo identification with ICADA, (d) reflectivity remained at 1.2° elevation after echo identification with ICADA, (e) reflectivity remained at 0.4° elevation after echo identification with NPMDA, (f) reflectivity remained at 1.2° elevation after echo identification with NPMDA

    图  6  2008年8月31日21:00北京雷达PPI识别效果分析 (相邻距离圈间隔为50 km)

    (a)0.4°仰角识别前反射率因子, (b)1.3°仰角识别前反射率因子, (c)0.4°仰角ICADA识别后剩余的反射率因子,(d)1.3°仰角ICADA识别后剩余的反射率因子, (e)0.4°仰角NPMDA识别后剩余的反射率因子, (f)1.3°仰角NPMDA识别后剩余的反射率因子

    Fig. 6  PPI of Beijing radar at 2100 BT 31 Aug 2008(range rings at 50-km intervals)

    (a) reflectivity at 0.4° elevation before echo identification, (b) reflectivity at 1.3° elevation before echo identification, (c) reflectivity remained at 0.4° elevation after echo identification with ICADA, (d) reflectivity remained at 1.3° elevation after echo identification with ICADA, (e) reflectivity remained at 0.4° elevation after echo identification with NPMDA, (f) reflectivity remained at 1.3° elevation after echo identification with NPMDA

    图  7  2008年9月24日06:24北京雷达PPI识别效果分析 (相邻距离圈间隔为50 km)

    (a)0.4°仰角识别前反射率因子, (b)1.3°仰角识别前反射率因子, (c)0.4°仰角ICADA误判反射率因子,(d)1.3°仰角ICADA误判反射率因子, (e)0.4°仰角NPMDA误判反射率因子, (f)1.3°仰角NPMDA误判反射率因子

    Fig. 7  PPI of Beijing radar at 0624 BT 24 Sep 2008(range rings at 50-km intervals)

    (a) reflectivity at 0.4° elevation before echo identification, (b) reflectivity at 1.3° elevation before echo identification, (c) false detections of reflectivity at 0.4° elevation with ICADA, (d) false detections of reflectivity at 1.3° elevation with ICADA, (e) false detections of reflectivity at 0.4° elevation with NPMDA, (f) false detections of reflectivity at 1.3° elevation with NPMDA

    图  8  2010年3月29日17:06北京雷达PPI识别效果分析 (相邻距离圈间隔为50 km)

    (a)0.4°仰角识别前反射率因子, (b)1.3°仰角识别前反射率因子, (c)0.4°仰角ICADA误判反射率因子, (d)1.3°仰角ICADA误判反射率因子, (e)0.4°仰角NPMDA误判反射率因子, (f)1.3°仰角NPMDA误判反射率因子

    Fig. 8  PPI of Beijing radar at 1706 BT 29 Mar 2010(range rings at 50-km intervals)

    (a) reflectivity at 0.4° elevation before echo identification, (b) reflectivity at 1.3° elevation before echo identification, (c) false detections of reflectivity at 0.4° elevation with ICADA, (d) false detections of reflectivity at 1.3° elevation with ICADA, (e) false detections of reflectivity at 0.4° elevation with NPMDA, (f) false detections of reflectivity at 1.3° elevation with NPMDA

    图  9  2010年10月24日15:48北京雷达PPI识别效果分析 (相邻距离圈间隔为50 km)

    (a)0.4°仰角识别前反射率因子, (b)1.3°仰角识别前反射率因子, (c)0.4°仰角ICADA误判反射率因子, (d)1.3°仰角ICADA误判反射率因子, (e)0.4°仰角NPMDA误判反射率因子, (f)1.3°仰角NPMDA误判反射率因子

    Fig. 9  PPI of Beijing radar at 1548 BT 24 Oct 2010(range rings at 50-km intervals)

    (a) reflectivity at 0.4° elevation before echo identification, (b) reflectivity at 1.3° elevation before echo identification, (c) false detections of reflectivity at 0.4° elevation with ICADA, (d) false detections of reflectivity at 1.3° elevation with ICADA, (e) false detections of reflectivity at 0.4° elevation with NPMDA, (f) false detections of reflectivity at 1.3° elevation with NPMDA

    表  1  识别为降水回波的条件

    Table  1  Conditions of echoes identified as precipitation

    条件 内容
    1 回波片中回波顶高在5 km以上的面积比例≥20%
    2 20 dBZ以上的回波面积比例≥35%
    3 25 dBZ以上的回波面积比例≥15%
    4 25 dBZ以上的回波面积≥4500 km2
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    表  2  点识别的各参量正确率

    Table  2  Identifiable accuracy of each characteristic parameter

    参量 TVE MSW MDZ SDBZ DMDZ
    正确率/% 65.3 73.1 89.5 69.4 72.6
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    表  3  非降水气象回波识别正确率、降水误判率 (单位:%)

    Table  3  Identifiable accuracy for non-precipitation echoes and false detection rate of precipitation echoes (unit:%)

    方法 总样本识别
    正确率
    非降水气象回波
    识别正确率
    非降水气象回波
    识别误判率
    降水回波识别
    正确率
    降水回波识别
    误判率
    ICADA 78.6 65.9 34.1 91.3 8.7
    NPMDA 93.3 86.7 13.3 100.0 0.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-07-27
  • 修回日期:  2012-02-02
  • 刊出日期:  2012-04-30

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