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硬件故障导致雷达回波错误数据质量控制方法

赵瑞金 刘黎平 张进

赵瑞金, 刘黎平, 张进. 硬件故障导致雷达回波错误数据质量控制方法. 应用气象学报, 2015, 26(5): 578-589. DOI: 10.11898/1001-7313.20150507..
引用本文: 赵瑞金, 刘黎平, 张进. 硬件故障导致雷达回波错误数据质量控制方法. 应用气象学报, 2015, 26(5): 578-589. DOI: 10.11898/1001-7313.20150507.
Zhao Ruijin, Liu Liping, Zhang Jin. The quality control method of erroneous radar echo data generated by hardware fault. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(5): 578-589. DOI:  10.11898/1001-7313.20150507.
Citation: Zhao Ruijin, Liu Liping, Zhang Jin. The quality control method of erroneous radar echo data generated by hardware fault. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(5): 578-589. DOI:  10.11898/1001-7313.20150507.

硬件故障导致雷达回波错误数据质量控制方法

DOI: 10.11898/1001-7313.20150507
资助项目: 

河北省气象局科研课题 12ky13

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室开放课题 2013LASW-B07

详细信息
    通信作者:

    赵瑞金, email: zhaoruijin@sina.com

The Quality Control Method of Erroneous Radar Echo Data Generated by Hardware Fault

  • 摘要: 雷达硬件故障直接影响数据质量,故障数据进入共享系统后不但影响本地预报员对天气系统的分析和判断,对国家级业务系统也会产生严重影响。目前,对雷达资料的数据质量控制主要针对非气象回波,对于雷达硬件故障导致的数据错误还缺乏有效的质量控制方法。该文对河北省石家庄CINRAD/SA雷达2004—2013年硬件故障时的基数据和回波特征进行分析,研究雷达故障导致的数据错误与故障类别的相关性及对数据和回波的影响。结果表明:雷达硬件故障导致的数据错误对基数据的完整性、数据位置和强度信息产生影响,发射机和接收机系统故障主要影响雷达数据的强度信息;伺服系统故障主要影响数据的位置信息。提出通过对雷达数据完整性和位置信息的检查,根据硬件故障影响雷达回波形态、位置、范围和强度等图像特征,利用基于模糊逻辑自动识别雷达硬件故障导致的错误数据的质量控制方法。利用石家庄雷达站2004—2013年雷达故障数据进行了识别效果检验,对故障数据的总体识别率超过90%,能较好实现对硬件故障导致的数据错误质量控制,是现有雷达运行正常情况下针对非气象回波的雷达数据质量控制方法的补充。
  • 图  1  雷达回波位置、范围、强度突变实例

    Fig. 1  Cases of radar echoes position, range and intensity change

    图  2  回波形态改变

    Fig. 2  Echo shape change

    图  3  正常雷达数据的, r概率分布

    Fig. 3  Probability distribution of , r for normal radar data

    图  4  雷达故障数据的, r概率分布

    Fig. 4  Probability distribution of , r for erroneous radar data

    图  5  各识别指标对应的隶属函数

    Fig. 5  Membership functions of each identification index

    图  6  2013年4月3日04:42:00石家庄雷达回波强度

    Fig. 6  Reflectivity of Shijiazhuang radar site at 044200 UTC 6 Apr 2013

    图  7  2011年4月20日石家庄雷达出现饼状回波

    Fig. 7  Cake shape echo of Shijiazhuang radar site on 20 Apr 2011

    表  1  2013年4月3日04:42:00丝状回波位置数据

    Table  1  Silk shape echo position data at 044200 UTC 6 Apr 2013

    时间方位/(°)仰角/(°)
    04:42:03.36024.740.53
    04:42:03.8836.370.53
    04:42:03.969354.590.53
    04:42:04.40525.970.53
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    表  2  2005年7月21—22日回波位置异常变化相关参数

    Table  2  Correlation parameters of echo position change on 22 Jul 2005

    时间ΔS(≥5 dBZ)ZMAD/dBZSPIN(≥5 dBZ)r
    21T23:27—23:336543.0423490.1492390.882581
    21T23:33—23:3912083.1581460.1535020.873645
    21T23:39—22T00:457523.3072220.1583210.858955
    21T23:45—23:514213.0886780.1462920.865209
    21T23:51—23:589183.0615880.1468840.865149
    21T23:58—22T00:053812.9852290.1436170.869761
    22T00:05—00:117042.8283640.1324090.873409
    22T00:11—00:178002.8436780.1322100.869391
    22T00:17—00:235512.5414920.1168120.886527
    22T00:23—00:298622.6627290.1209960.876078
    22T00:29—00:495439.3054410.3534000.344445
    22T00:49—00:554342.5583390.1175480.886113
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    表  3  2011年4月20日10:06—10:42相邻雷达数据的图像特征相关参数

    Table  3  The correlation parameter of image features of adjacent radar data of Shijiazhuang radar site from 1006 UTC to 1042 UTC on 20 Apr 2011

    时间ΔS(≥5 dBZ)ZMAD/dBZSPIN(≥5 dBZ)r
    10:00—10:066190.0823491.3153260.820525
    10:06—10:122380.0813351.2993540.826941
    10:12—10:184900.0816911.3157190.827493
    10:18—10:2474950.23404613.3418180.129576
    10:24—10:3071980.23497013.3083510.144123
    10:30—10:366250.0782791.2596070.841661
    10:36—10:426500.0822041.3260020.823098
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    表  4  2011年4月20日10:18—10:30回波强度变化情况

    Table  4  Intensity change from 1018 UTC to 1030 UTC on 20 Apr 2011

    时间方位角/(°)仰角/(°)51~60 km距离库回波强度/dBZ
    51 km52 km53 km54 km55 km56 km57 km58 km59 km60 km
    180.88-2.01.0-0.55.512.52.03.02.01.0-1.5
    10:18181.850.531.54.58.57.59.06.05.52.50.0-0.5
    182.811.00.5-0.56.08.011.58.0-2.02.54.5
    180.8361.059.060.573.564.561.068.571.071.088.0
    10:24181.850.5759.070.068.572.071.563.063.555.074.574.5
    182.8154.067.562.560.068.087.587.567.088.088.0
    180.7510.5114.55.00.510.52.58.05.01.0
    10:30181.670.575.543.52.01.54.04.0-1.53.54.0
    182.643.57.5-1.02.07.03.50.51.53.56.5
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    表  5  不同硬件故障数据的识别情况 (判定阈值:P≥0.6)

    Table  5  Iidentification result of erroneous radar data (identification threshhold P≥0.6)

    错误数据类型回波形态数据量识别识别率/%
    强度异常饼图,大范围噪点282278.57
    V型缺口,扇状回波42839492.06
    强度异常增强或减弱372772.97
    环状11100
    方位角/仰角异常回波整体方位改变11100
    丝状回波2929100
    范围异常22100
    异常数据总体识别情况52647690.49
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-09
  • 修回日期:  2015-05-15
  • 刊出日期:  2015-09-30

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