多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析 杨洪平1 ) 2 ) 张沛源1 ) 程明虎1 ) 李柏2 ) 熊毅3 ) 高玉春2 ) 陈大任2 ) 1) ( 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室,北京 1 0 0 0 8 1 ) 2) ( 中国气象局气象探测中心,北京 1 0 0 0 8 1 ) 3) ( 中国气象局监测网络司,北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘要在正常情况下, 由于天线仰角和地球曲率原因, 雷达波束位置在远距离处要比近距离处高.当雷达电磁波能 量被部分阻挡时, 回波强度观测值低估; 被完全挡住时, 探测不到地物后的目标.该文利用高分辨率地形高程数据 计算波束阻挡率, 确定 组网拼图有效数据区域以及波束部分阻挡时的回波强度订正方法.根据业务观测模式VCP11及 V C P 1 2的1 4个仰角值, 在标准大气假定下, 对湖南、 江西、 浙江、 福建、 广东、 广西和海南已建多普勒天气 雷达组网的数据有效区域进行计算, 绘制出海拔1 5 0 0m, 3 0 0 0m 和6 0 0 0m 高度上有效区域图.分析结果表明: C A P P I数据有效范围比等射束高度图更能反映出多普勒天气雷达业务观测范围; 若采用 V C P 1 2模式观测, 与采用 V C P 1 1或VCP21模式观测相比, 不仅增加低层探测密度, 而且可扩大雷达实际探测距离, 其回波数据更适合于组 网拼图. 关键词:多普勒天气雷达;组网拼图;有效数据区域 引言对于地基天气雷达来说, 其地理位置是固定的, 受地球曲率和四周地形影响以及发射功率限制, 雷 达实际探测空间有限.天气雷达发射的电磁波能量 由方向性天线积聚成一个笔状波束辐射到空中, 其 传播路径通常微微弯向地表, 由于地球曲率影响, 电 磁波束高度随距离增加而变大[ 1 4] .我国地势西高 东低, 地形 起伏 较大, 对雷达探测天气带来一定影响.雷达电磁波能量在近距离被山脉部分阻挡后, 该雷达电磁波能量只有部分向远方传播, 有效照射 体积变小, 造成回波强度估计值偏低; 电磁波能量完 全被挡住后, 探测不到实际回波.在雷达定量估测 降水中, 雷达电磁波的阻挡情况用波束阻挡率来表 征, 根据电磁波能流密度和地形高度分布计算波束 阻挡率 的大小, 用于混合扫描反射率数据合成处理[ 5 9 ] .在利用多部雷达进行强风暴探测和降水估 测的技术研究中[ 1 0 1 3 ] , 组网数据实际上是在一系列 等高面上实现的.在组网拼图过程中, 不仅低仰角 观测数据的遮挡问题需要处理, 而且拼图区域内各 格点值由哪几部雷达的观测数据确定也要明确, 否 则将影响拼图数据可靠性. 本文首先讨论了利用地形高程数据计算波束阻 挡率, 在此基础上确定雷达 P P I的实际探测距离和 C A P P I ( c o n s t a n ta l t i t u d eP P I ) 有效数据范围, 计算 组网拼图有效数据区域的方法; 然后结合多普勒天 气雷达业务观测模式, 在标准大气假定下, 对湖南、 江西、 浙江、 福建、 广东、 广西和海南已建多普勒天气 雷达组网拼图的有效数据区域进行计算和分析. 1 原理与方法 1. 1 波束阻挡率 天气雷达波束可视为椭圆形锥体, 波束宽度为 方向图半功率点之间波束的张角.若电磁波最大能 流密度为犁m a x, 天线方向图函数为犳( θ, ) , 其中θ为 方位, 为仰角, 则在距离犚 处无遮挡时的雷达电磁 波功率为 犘t = ∫ π 2 - π 2 ∫ π 2 - π 2 犁m a x 犳( θ, ) 2 犚2 d d θ 若遮挡物在θ方位对雷达形成的遮挡仰角为α( θ) , 第2 0卷1期2009年2月应用气象学报JOUR NA LO FA P P L I E D ME T E O R O L O G I C A LS C I E N C E V o l . 2 0,N o . 1 F e b r u a r y2 0 0 9 国家自然科学基金项目( 4 0 3 7 5 0 0 6 ) 和武汉暴雨研究所开放基金课题( I HR 2 0 0 5 3 ) 共同资助. 2 0 0 7 1 2 0 7收到, 2 0 0 8 0 7 2 5收到再改稿. 那么被阻挡的电磁波功率为 犘o c = ∫ π 2 - π 2 ∫ α ( θ ) - π 2 犁m a x 犳( θ, ) 2 犚2 d d θ 雷达波束阻挡率 犚o( o c c u l t a t i o nr a t e ) 定义为 犘o c与犘t 之比, 即犚o = 犘o c 犘t = ∫ π 2 - π 2 ∫ α ( θ ) - π 2 犳( θ, ) 2 d d θ ∫ π 2 - π 2 ∫ π 2 - π 2 犳( θ, ) 2 d d θ ( 1 ) 其大小与遮挡所在的方位以及遮挡仰角大小有关. 电磁波传播路径与传播介质有关.本文将实际 大气看作球面分层大气, 大气折射率梯度随垂直高 度线性变化, 采用等效地球模型计算电磁波束高度 和水平距离.记地球半径为 犚e, 雷达天线反射体的 经纬度为λ 狉和φ 狉, 海拔高度为犺 狉; 遮挡物经纬度为λ 和φ, 海拔高度为犺.遮挡物相对于雷达的水平距离 犔s、 方位θ和遮挡仰角α 的计算方法分别为: 水平距离犔 s= β 犚e, 其中β为地心角, 且β=a r c c o s ( s i n φ s i n φ 狉+c o s φ c o s φ 狉cos(λ- λ 狉) ) ( 2 ) 令δ=a r c s i n ( c o s φ s i n ( λ- λ 狉) / s i n β) , φ⊥ =a r c s i n ( c o s β s i n φ 狉) , 遮挡物方位θ的计算公式为 θ= δ ( φ ≥φ⊥ , λ≥λ 狉) 2 π+δ ( φ ≥φ⊥ , λ<λ 狉) π-δ ( φ <φ⊥ 烅烄烆)(3)遮挡仰角α的计算公式为 α=a r c t a n ( 犚m +犺) c o s β m - ( 犚m +犺狉) ( 犚m +犺) s i n β [ ] m ( 4 ) 式( 4 ) 中, 犚m =犽m 犚e, β m = β / 犽m , 犽m 为等效地球半径 系数, 标准大气中犽m =4 / 3. 1. 2 实际探测距离 我国多普 勒天气雷达可选择的立体扫描模式VCPs(volumec o v e r a g ep a t t e r n s ) 有VCP11, V C P 2 1 和VCP31共3种, 其中 V C P 1 1适用于强风暴监测, V C P 2 1适用于降水监测, 二者的低仰角层观测中采 用相同的仰角值[ 1 4] , 是主要业务观测模式.V C P 3 1 用于晴空湍流探测, 但在实际业务中很少使用.目 前美 国的WS R 8 8 D( W e a t h e rS u r v e i l l a n c eR a d a r 1 9 8 8D o p p l e r ) 业务观测中还增加了VCP12模式. 这些模式均分别设定了一组固定的观测仰角, 观测 层数及各层仰角值见表1.雷达按照所选的观测模 式进行数据采样时, 其实际探测范围也就是所选模 式各仰角层采样空间的总和, 由各仰角层在不同方 位上的最大探测距离确定. 雷达的实际探测距离可由雷达波束阻挡率来估 计.当波束阻挡率达到或者超过一定的阈值( 本文 根据试验 取55%) 时, 认为雷达波束被完全遮挡. 图1为雷 达波 束的地物 遮挡 示意 图. 图1中雷达波表1 体扫模式 犞犆犘11, 犞犆犘12, 犞犆犘21和 犞犆犘31的观测层数及各层仰角度数表( 单位: ( ° ) ) 犜犪犫犾犲1 犈犾犲狏犪狋犻狅状状 狌犿犫犲狉犪 状 犱犲 犾犲狏犪狋犻狅状犪 状犵犾犲狊狅 犳犞 犆犘11, 犞犆犘12, 犞犆犘21犪 状 犱犞 犆犘31(狌状犻狋:(°))层号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 V C P 1 1 0. 5 1. 4 5 2. 4 3. 3 5 4. 3 5. 2 6. 2 7. 5 8. 7 1 0. 0 1 2. 0 1 4. 0 1 6. 7 1 9. 5 V C P 1 2 0. 5 0. 9 1. 3 1. 8 2. 4 3. 1 4. 0 5. 1 6. 4 8. 0 1 0. 0 1 2. 5 1 5. 6 1 9. 5 V C P 2 1 0. 5 1. 4 5 2. 4 3. 3 5 4. 3 6. 0 9. 9 1 4. 6 1 9. 5 V C P 3 1 0. 5 1. 5 2. 5 3. 5 3. 5 图1 雷达波束的地物遮挡示意图 ( 阴影部分为地形) F i g . 1 A ne x a m p l eo f r a d a rb e a m so b s c u r e d b yg r o u n do b s t a c l e s( s h a d e da r e a sd e n o t e t o p o g r a p h ) 束的垂直宽度取值0. 9 ° , 阴影部分为地形分布.雷 达波束的2. 4 ° 仰角层( 短划线之间部分) 和1. 4 5 ° 仰 角层( 实线之间部分) 没有遮挡, 而0. 5 ° 仰角层( 点 线之间部分) 上A点的波束阻挡率超过了5 5%, 被 认为完全遮挡从 A 点开始.尽管 B 点处的地形高 度低于波束高度, 但受前面地物的遮挡, 实际上雷达 探测不到 B点的回波, 这时雷达可探测的水平距离 仅为2 2k m.可见在出现完全遮挡的方位,雷达的 实际探测距离为完全遮挡开始出现的距离; 在没有 完全遮挡的方位上, 雷达的实际探测距离则为雷达 的最大采样距离. 1. 3 有效数据区域 对雷 达而言, 通常称某个高度上的数据为84应用气象学报20卷 C A P P I数据, 以区别于固定仰角观测的 P P I数据. 严格来说, 多部雷达组网拼图数据是由各雷达的CAPPI数据 合并而成的一组等高面回波数据集. 因此, 雷达在等高面上的有效数据区域, 也就是CAPPI有效数据区域才能被认作是该雷达参与组 网拼图的有效数据区域. C A P P I数据不是雷达原始观测数据, 而是多个 P P I观测的体扫数据的内插值.在PPI上回波由仰 角和探测距离直接定位, 而在 C A P P I上则通常采用 高度和水平距离进行定位.C A P P I的数据有效区 域由雷达实际探测范围确定, 因而与雷达扫描时选 择的观测模式有关.在实际探测中, 雷达观测总是 从低仰角层开始到高仰角层结束, 不仅观测层数和 各层的观测仰角是固定的, 遮挡也是先从最低的观 测层开始, 低层出现遮挡的水平距离不会远于高层 出现遮挡的水平距离. 设观测层数为 荦, 在某方位中雷达实际探测的 水平距离记为犔V C P 犻(犻为观测层序号) , C A P P I等高 面与各观测层交点的水平距离用 犔C A P 犻 表示.根据 上述原则, 确定 C A P P I的有效数据范围中靠近雷达 的近端位置为 犔C A P 荦,而离开雷达 的远端 位置则 由犔C A P和犔V C P 共同确定: 若犔C A P 1 <犔V C P 1 , 远端 位置 为犔C A P 1 ; 否则从第 荦 层开始往下逐层判断, 当犔C A P 犻<犔V C P 犻 而且犔C A P 犻-1 >犔V C P 犻-1 满足时, 远端位置为犔V C P 犻-1 和犔C A P 犻-1 的大值者.近端和远端之间的那段距离即 为该方位中 C A P P I的有效数据范围. 2 雷达组网拼图有效数据区域 根据雷达有效数据区计算方法, 开发了雷达组 网拼图有效数据区域客观分析软件, 利用该软件处 理经向分辨 率和纬向 分 辨率 均为 0. 0 0 0 8 3 3 3 °的地形高程数据( 单位: m) , 并对湖南、 江西、 浙江、 福建、 广东、 广西和海南等的多普勒天气雷达组网拼图的 有效数据区域进行了绘制. 2. 1 雷达极坐标地形与波束阻挡率 雷达极坐标地形表示雷达四周的地形分布, 由3600*3 0 0个地形数据库组成.数据以雷达站为中 心, 从正北开始顺时针排列, 方位间隔0. 1 ° , 径向数 为3600;径向分辨率为1000m,水平距离为300k m.处理时根据式( 2) ~( 4) 将地形高程数据 的经纬网格坐标转换为雷达极坐标( 方位和水平距 离) , 取同一库内的多个地形高程数据的平均值作为 该库的地形高度, 计算各库的遮挡仰角. 取雷达的水平波束宽度和垂直波束宽度均为 0. 9 5 ° , 根据文献[ 7] 所采用的方法分别计算 V C P 1 1 和VCP12模式各观测层的波束阻挡率.在每一根 径向上, 考虑近距离遮挡对远距离的影响, 从第1个 库开始逐库计算, 并从第2个库开始取当前库与前 一库的大 者作为当前库的波束阻挡率值, 直到第300个库结束. 2. 2 犆犃犘犘犐有效数据范围 对每一部雷达, 分别选择 V C P 1 1与VCP12模 式, 先根据雷达天线高度、 C A P P I高度与观测层仰 角值计算出犔C A P数组, 然后设定完全遮挡的波束阻 挡率阈值为5 5%, 利用波束阻挡率计算值确定犔V C P 数组, 最后按照本文1. 3节介绍的方法确定海拔高 度1 5 0 0m, 3 0 0 0m 和6 0 0 0m 的CAPPI在3 6 0 0个 方位中的近端和远端位置, 得到数据有效范围. 以广州雷达为例, 在3 0 0 0m 海拔高度上, 该雷 达0. 5 ° , 0. 9 ° , 1. 4 5 ° 和1 9. 5 ° 仰角观测层犔C A P分别为 1 5 8, 1 2 4, 9 3k m 和9k m, 因而在无遮挡方位海拔高 度3 0 0 0m 上CAPPI有效数据范围为9~1 5 8k m. 假如在遮挡方位上的地形分布如图1所示, 由于0 . 5 ° 仰角层在近 距离被完全遮挡, 使得该方位3000m拔海高度的有效数据水平范围变小, 在VCP11和VCP21模式中均为9~9 3k m; 但由于地形对0. 9 ° 仰角层只产 生部分遮挡, 故VCP12模式中为9~ 1 2 4k m. 2. 3 组网拼图有效数据区域 多部雷达 C A P P I有效数据区域的合成, 不仅可 以确定雷达网联合探测区域与空白区域, 而且还可以 确定组网数据是由哪几部雷达探测数据得来的.首先, 将各雷达的 C A P P I有效数据区域转换成间距均 为0 . 0 1 ° 等经纬网格区域, 并将有效区域内的所有格 点标记为1 , 空白区标记为0 ; 然后, 将这些经纬网格 区域合成为组网拼图区域, 并对经纬度相同的网格点 进行标记值累加, 标记值不为0的所有格点就构成了 组网拼图的数据有效区域, 累加后的格点值指示出能 够探测到格点区域的雷达个数. 图2为湖南、 江西、 浙江、 福建、 广东、 广西和海 南多普勒天气雷达组网拼图的数据有效区域图.当941期 杨洪平等: 多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析 所有雷 达均采用VCP11模式 时, 1 5 0 0m, 3 0 0 0 m 和6 0 0 0m 高度的有效数据区域见图2 a , 2 c和2 e ; 当所有雷达均采用 V C P 1 2模式时, 1 5 0 0m, 3 0 0 0m 和6 0 0 0m高度的有效数据区域见图2 b, 2 d和2 f. 图2 湖南、 江西、 浙江、 福建、 广东、 广西和海南雷达组网拼图数据有效区域图 ( a )V C P 1 1模式, 1 5 0 0m 高度, ( b )V C P 1 2模式, 1 5 0 0m 高度, ( c )V C P 1 1模式, 3 0 0 0m 高度, ( d )V C P 1 2模式, 3 0 0 0m 高度, ( e )V C P 1 1模式, 6 0 0 0m 高度, ( f )V C P 1 2模式, 6 0 0 0m 高度 F i g . 2 T h ev a l i dm o s a i cd a t ar e g i o n so fC I N R A Dn e t w o r kf r o m H u n a n , J i a n g x i , Z h e j i a n g , F u j i a n , G u a n g d o n g , G u a n g x i a n dH a i n a nw i t hV C P 1 1o rV C P 1 2a td i f f e r e n t a l t i t u d e s ( a )V C P 1 1, a t 1 5 0 0m,( b )V C P 1 2, a t 1 5 0 0m,( c )V C P 1 1, a t 3 0 0 0m,( d )V C P 1 2, a t 3 0 0 0m, ( e )V C P 1 1, a t 6 0 0 0m,( f )V C P 1 2, a t 6 0 0 0m 0 5 应用气象学报20卷 对比3个高度的有效数据区域, 1 5 0 0m 的空白区最 大, 3 0 0 0m 的空白区较少, 而6 0 0 0m 上基本没有空 白区.V C P 1 2与VCP11相比, 在相同高 度前 者增大了联网探测的范围, 并且使雷达之间重叠区域变 大.大部分重叠区域的雷达数在3个以上, 最多的 地方有6个. 3 回波强度的波束阻挡订正 地物对雷达电磁波的遮挡情况分为部分遮挡和 完全遮挡.完全遮挡时, 雷达基本探测不到遮挡物 之后目标物的回波强度.而部分遮挡时, 实际采样 体积比相同距离上无遮挡时的采样体积小, 雷达探 测的回波强度值偏低, 需要加以订正.设发射功率 为犘t, 被地物阻挡的功率 犘o c, 采样体实际入射功率 为犘t-犘o c.若强度观测值为 犱犅犣, 订正后的强度 值为犱 犅犣′, 根据雷达气象方程可得 犱犅犣′=犱 犅犣+1 0 l g ( 犘t 犘t -犘o c ) =犱犅犣+1 0 l g ( 1 1-犚o ) ( 5 ) 式( 5 ) 中, 1 0 l g ( 1 1-犚o ) 为回波强度订正值, 由波束阻 挡率计算.例如, 当犚o 取0. 2, 0. 3, 0. 4, 0. 5和0. 5 5 时, 订正值分别为1. 0, 1. 5, 2. 2, 3. 0和3. 5d B. 根据上述方法, 对温州雷达最低仰角观测的回 波强度进行波束阻挡订正, 并利用宁波雷达最低仰 角观测的回波强度检验其订正效果.2 0 0 7年9 月19日0 4: 5 7( 北京时, 下同) —0 6: 1 2, 这两部雷达各 进行了1 3次观测, 观测 时间 差最 小为 1s , 最大 为57s .由于两部雷达之间的水平距离约为2 5 3k m, 因此订正效果检验主要是进行 2. 2~3. 2k m 高度 层内的强度数据对比.在1 3次观测序列中, 对比数 据均分为两组: 第1组数据由两部雷达无遮挡观测 数据组成, 第2组数据由温州雷达部分遮挡观测数 据且宁波雷达无遮挡观测的数据组成.第1组数据 用于估计两部雷达的方位偏差和强度差异, 第2组 数据用于订正及其效果检验. 第1组试验表明温州雷达的观测方位订正值为 -0. 2 ° 时, 两部雷达数据之间的相关性最好, 且温州 雷达的 回波强度平均值比宁波雷达的大0. 8~ 1. 6d B.在此基础上进行第2组试验, 发现除了序 列6的相关系数变化不大外, 其余所有序列的相关 系数都有较大提高, 与第1组数据的相关系数无明 显差别, 说明订正后的温州雷达数据与宁波雷达数 据之间的相关程度与两部雷达无遮挡观测数据之间 的相关程度非常接近, 订正效果比较理想.表2分 别列出了1 3个序列第1组数据的平均强度差和相 关系数以及第2组数据订正前后的相关系数, 计算 中温州雷达数据均事先进行了方位值订正.图3给 出了温州雷达2 0 0 7年9月1 9日0 6: 3 1的最低观测 层回波强度订正结果, 其中图3 a和3 b分别表示回 波所在位置的波束阻挡率及其订正值, 图3c和3 d 分别为订正前后的回波强度图. 刘黎平等[ 1 5] 指出雷达原始观测数据需要进行 方位值订正, 说明雷达数据中存储的方位值与实际 采样角度之间存在偏差.在上述波束阻挡订正试验 中, 经过多次选择, 最终确定温州雷达方位订正值为 -0. 2 ° , 宁波雷达不需要方位订正.通过两组数据 的验证, 表明利用雷达波束阻挡特征确定方位订正 值也是可行的. 表2 波束阻挡订正前后的温州雷达回波强度 与宁波雷达回波强度对比试验结果 犜犪犫犾犲2 犚犲狊狌犾狋狊狅 犳犮狅犿狆犪狉犻状犵犻状狋犲状狊犻狋犻犲狊狑 犻狋犺狅狌狋/狑犻狋犺狅犮犮狌犾狋犪狋犻狅状犮 狅狉狉犲犮狋犻狅状狊狅 犳犠 犲状狕犺狅狌狉 犪犱犪狉犲犮犺狅狑犻狋犺狅 犫狊犲狉狏犪狋犻狅状狊狅 犳荦 犻状犵犫狅狉 犪犱犪狉观测 序号 第1组数据 第2组数据 平均 强度差 相关系数 订正前 相关系数 订正后 相关系数 1 1. 4 0. 8 4 4 0. 6 1 9 0. 8 4 4 2 1. 2 0. 8 5 3 0. 6 0 9 0. 8 5 2 3 1. 5 0. 8 7 7 0. 7 8 0 0. 8 7 7 4 1. 3 0. 8 5 8 0. 6 0 5 0. 8 5 9 5 1. 5 0. 8 6 2 0. 4 8 2 0. 8 6 2 6 1. 6 0. 7 9 8 0. 8 0 0 0. 7 9 8 7 0. 8 0. 8 5 8 0. 7 0 8 0. 8 5 7 8 1. 4 0. 8 4 5 0. 4 7 5 0. 8 4 4 9 1. 0 0. 8 5 8 0. 6 0 2 0. 8 5 7 1 0 1. 0 0. 7 6 7 0. 5 3 9 0. 7 6 7 1 1 0. 9 0. 5 6 4 0. 5 1 5 0. 5 6 3 1 2 0. 8 0. 5 2 4 0. 4 4 5 0. 5 2 3 1 3 1. 0 0. 7 1 0 0. 5 1 0 0. 7 0 8 1 5 1期 杨洪平等: 多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析 图3 温州雷达回波的波束阻挡订正个例( 观测时间为2 0 0 7年9月1 9日1 4: 3 1 ) ( a ) 最低观测层回波的波束阻挡率( 单位: %) , ( b ) 最低观测层回波订正值分布图( 单位: d B) , ( c ) 最低观测层回波波束阻挡订正前回波强度( ≥ 2 6d B z ) , ( d ) 最低观测层回波波束阻挡 订正后回波强度( ≥ 2 6d B z ) F i g . 3 O c c u l t a t i o nr a t e s ( u n i t :%) o f t h e l o w e s t e l e v a t i o nt h a tW e n z h o ur a d a ro b s e r v e d a t 1 4: 3 1o nS e p t e m b e r1 9, 2 0 0 7 ( a ) , t h ec o r r e c t i o nv a l u e s ( u n i t : d B) f o r t h ep a r t i a l o c c u l t a t i o n ( b ) , t h eu n c o r r e c t e d ( c ) a n dt h ec o r r e c t e d ( d ) i n t e n s i t i e so f t h a t e q u a l t oo rg r e a t e r t h a n2 6d B z 4 分析与讨论 4. 1 犆犃犘犘犐数据有效范围与等射束高度图对比 等射 束高度图是对雷达视程的一种客观分析[ 1 6] , 根据四周地形起伏变化, 最大探测距离采用 无遮挡观测的最低仰角计算.以图1为例, 最低仰 角取0. 9 ° , 在3 0 0 0 m 等射束高度图中最大探测距 离处的水 平距离为124k m.而采用VCP11或者VCP21模式观测时, 3 0 0 0m 高度上 C A P P I的数据 有效范围仅达9 3k m, 比前者近了3 1k m.在无遮 挡方位计算中, 前者最低仰角取值0 ° , 后者最低仰 角取值0. 5 ° , 也是后者的距离近.说明在同一高度 上, 等射束高度图范围大于实际业务观测的 C A P P I 有效数据范围. 图4给出了赣州多普勒天气雷达6 0 0 0m 海拔 高度的等射束高度图和这两种模式的 C A P P I数据 有效范围.图4中距离圈表示其与雷达之间的水平 距离, 间距为150km. 可以看出, 无论是采用VCP11模式还是 V C P 1 2模式进行业务观测, C A P P I的数据 有效范围都小于等射束高度图的范围. 尽管如此, 由于雷达不可能在所有方位上都按无遮 2 5 应用气象学报20卷 挡观测的最低仰角进行观测, 所以 C A P P I数据的有 效范围比等射束高度图更能反映出多普勒天气雷达 业务观测范围. 图4 赣州雷达6 0 0 0m 等射束高度图( 虚线) 与CAPPI数据有效区域( 细实线为 V C P 1 1, 粗实线为 V C P 1 2, 距离圈间距1 5 0k m) F i g . 4 C o v e r a g eo f e q u i v a l e n tb e a mr a n g e ( d a s h e d l i n e ) a n dC A P P Iv a l i dd a t ar e g i o n ( t h i nl i n ed e n o t e s C P1 1a n dt h i c k l i n ed e n o t e sV C P 1 2 ) a t 6 0 0 0ma b o v e t h es e a l e v e l ( d i s t a n c eb e t w e e nr a n g er i n g i s1 5 0k m) 4. 2 犞犆犘11与 犞犆犘12对比 从图4可以发现, 同一高度 C A P P I数据有效区 域在大部 分遮挡方位中, V C P 1 2 模式的比VCP11模式的大一些.只是在极少的方位, 如图4中的2 5 ° 方位, V C P 1 2模式的比 V C P 1 1模式的 小.其原 因 在于每一 个中间观测层, V C P 1 2 的仰角值均小于VCP11的仰角值( 表1 ) , 当遮挡仰角在0. 5 ° 和0. 9 ° 之间时, 扩大了VCP12的CAPPI数 据有效范围. 另外, V C P 1 2还减小了低层仰角的间距, 使得远距 离处的上下层回波高度差降低, 有利于 C A P P I回波 计算.显然, 采用 V C P 1 2模式观测, 与采用 V C P 1 1 或VCP21模式观测相比, 不仅可增加多山地区的雷 达实际探测范围, 而且回波数据更适合于组网拼图. 4. 3 波束阻挡率计算方式对 犆犃犘犘犐数据有效区域 的影响 波束阻挡率是本研究中 C A P P I有效数据区域 计算的基础, 计算值的大小与地形高度确定方式和 遮挡仰角的计算过程有关, 影响到雷达实际探测距 离的估计. 由于一个地形库中包含多个地形高程数据, 高 度值确定方式不同将导致波束阻挡率计算结果的不 同.本文通过波束阻挡率域值判断波束是否遭遇完 全遮挡, 从实际情况来看, 波束被完全遮挡多发生在 离雷达较近的多山地区, 遮挡方位较宽, 因而用平均 值作为地形库的高度, 域值为5 5%.如果采取文献 [ 7 ] 中的最大值填充方式, 得到的地形库高度值就大 一些, 在某些方位中的遮挡距离可能近一些, 计算的 C A P P I数据有效区域就会小一些. 地形遮挡仰角的大小与大气折射条件有关.在 实际大气中, 电磁波束高度稍微下降一点, 就可能被 完全挡住, 按照标准大气折射计算的数据有效区域 就比实际范围大.某些超折射条件下远距离处可探 测到大片地物回波, 也是因为雷达波束高度降低的 原因, 而不能当作 C A P P I数据. 4. 4 垂直波束宽度对 犆犃犘犘犐数据有效区域计算的 影响 计算犔C A P时, 将雷达电磁波的传播路径近似为 一条线, 实际上是计算波束中心轴线的高度.由于 雷达波束有一定的垂直宽度, 并且随距离增加而变 大, 如垂直宽度取1. 0 ° 时, 在0. 5 ° 仰角观测层中探 测距离5 0, 1 0 0k m 和2 0 0k m 处, 波束的垂直宽度 分别约为0. 8 7, 1. 7 5k m 和3. 4 9k m.说明在波束 中心轴线达到 C A P P I高度之后的一段距离内, 雷达 数据仍然包含该高度上的回波信息, 这段距离可以 看作远端的向外 延伸.同理也可 以 将近 端向内延 伸, 适当扩大 C A P P I数据有效范围. 5 结论1)在标准大气假定下, 结合多普勒天气雷达业 务观测模式, 利用地形高程数据计算出的 C A P P I有 效数据区域, 比等射束高度图更能反映出多普勒天 气雷达业务观测范围. 2 )从1 5 0 0m, 3 0 0 0m 和6 0 0 0m 高度的湖南、 江西、 浙江、 福建、 广东、 广西和海南雷达组网拼图数 据有 效区域图上看出, 1 5 0 0 m 的空白区最大, 3 0 0 0m 的空白区较少, 而6 0 0 0m 上基本没有空白 区.采用 V C P 1 2模式观测扩大了雷达之间的重叠 区域, 大部分重叠区域的雷达数在3个以上, 最多的 地方有6个. 3 )雷达实际探测范围与遮挡仰角的大小和所 选择的观 测 模式 有关.采用VCP12模式, 与采用351期 杨洪平等: 多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析 V C P 1 1或者 V C P 2 1模式相比, 不仅可因实际探测 范围的增大而使有效数据区域扩大, 而且回波数据 更加有利于组网拼图. 4 )在雷达波束部分遮挡情况下, 需要利用波束 阻挡率进行回波强度订正.同时参考雷达波束阻挡 特征, 也可以确定雷达方位订正值. 参考文献[1]DoviakJR, Z r n i cSD. D o p p l e rR a d a ra n dW e a t h e rO b s e r v a t i o n s . S a nD i e g o , C A:A c a d e m i cP r e s s , 1 9 9 3: 1 0 2 9. [ 2 ] 张培昌, 杜秉玉, 戴铁丕.雷达气象学.北京: 气象出版社, 2 0 0 1: 9 4 1 4 9. [ 3 ] 盛裴轩, 毛节泰, 李建国, 等.大气物理学. 北京: 北京大学出 版社, 2 0 0 3: 4 6 8 4 7 4. [ 4 ] 王军, 林强, 米慈中, 等译.雷达手册( 第二版) . 北京: 电子工 业出版社, 2 0 0 3: 1 8 6 8. [ 5 ] O' B a n o n.U s i n ga' T e r r a i n b a s e d 'H y b r i dS c a nt oI m p r o v e WS R 8 8 D P r e c i p i t a t i o n E s t i m a t e s . P r e p r i n t s , t h e 2 8 t h I C RM, 1 9 9 7: 5 0 6 5 0 7. [ 6 ] F u l t o nRA, B r e i d e n b a c hJP, S e oD J , e t a l . T h eWS R 8 8 D r a i n f a l l a l g o r i t h m. 犠犲犪犉 狅狉犲犮犪狊狋犻状犵, 1 9 9 8, 1 3: 3 7 7 3 9 5. [ 7 ] 张亚萍, 刘钧, 顾嵩山, 等.雷达定量估测区域降水波束阻挡 系数的计算.南京气象学院学报, 2 0 0 2, 2 5 ( 5 ) : 6 4 0 6 4 7. [ 8 ] 程明虎, 刘黎平, 张沛源, 等.暴雨系统的多普勒雷达反演理 论和方法.北京: 气象出版社, 2 0 0 4: 1 0 8 1 1 2. [ 9 ] 张亚萍, 程明虎,夏文梅, 等.天气雷达回波运动场估测及其 在降水临近 预报中的应用.气象学报, 2 0 0 6, 6 4( 5) : 6 3 1 6 4 6. 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A c t u a l l y , r a d a rw a v e s a r eo f t e nb l o c k e da s t h e y p r o p a g a t et h r o u g hm o u n t a i na r e a s .Wh e nr a d a rb e a mh a so c c u l t a t i o n , i t s r e a l s a m p l ev o l u m ew i l l b e s m a l l e r t h a nt h a t o f z e r oo c c u l t a t i o n, e c h o i n t e n s i t yo f t a r g e t sw i l l b eu n d e r e s t i m a t e d i f i t i sp a r t i a l o c c u l t a t i o n, a n dt a r g e t sw i l l b e t o t a l l ym i s s e d i f c o m p l e t eo c c u l t a t i o no c c u r s . I t i s c o mm o np r a c t i c en o wt ou s eo c c u l t a t i o nr a t e f o rb e a mo c c u l t a t i o nc o r r e c t i o n.A s s u m i n gt h a tr a d a rw a v e sp r o p a g a t e i ns t a n d a r da t m o s p h e r e , o c c u l t a t i o nr a t e so fr a d a rb e a m h e r e i na r ec a l c u l a t e dw i t ht h eh i g hr e s o l u t i o nd i g i t a le l e v a t i o n m a pd a t a , a n da r eu t i l i z e dt oa n a l y z e t h ev a l i dm o s a i cd a t ar e g i o no fn e t t e dr a d a r sa n dt oa s s e s s t h eb e a mo c c u l t a t i o n c o r r e c t i o n. T e s t s h o w s t h a te c h ow i l lb es e v e r e l yu n d e r e s t i m a t e da n dw a v e sc a nb ec o n s i d e r e dt ob ec o m p l e t e l yb l o c k e dw h e nt h eo c c u l t a t i o nr a t e i s l a r g e r t h a n5 5%. B a s e do nt h a t , i nt e r m so f t h e1 4e l e v a t i o n a n g l e so f t w oV o l u m eC o v e r a g eP a t t e r nm o d e s , V C P 1 1a n dV C P 1 2, t h e r e a l d e t e c t i n gr a n g e so f n e t t e dr a 4 5 应用气象学报20卷 d a r sa r eo b t a i n e d .T h en e t t e dr a d a r si n c l u d et h el o c a lC I N R A Di n H u n a n, J i a n g x i ,Z h e j i a n g ,F u j i a n , G u a n g d o n g, G u a n g x i a n dH a i n a np r o v i n c e s . C o m p a r e dw i t h t h e e q u i v a l e n t b e a mr a n g e a t t h e s a m eh e i g h t , t h ev a l i dd a t ar a n g eo fC A P P I i sm o r es u i t a b l e t or e p r e s e n t t h e r e a l d e t e c t i o nr a n g e . Am o n gt h ev a l i dm o s a i cd a t er e g i o n sa t t h eh e i g h to f 1 5 0 0m, 3 0 0 0ma n d6 0 0 0ma b o v et h es e al e v e l , t h e l a r g e s tb l a n ka r e a c a nb es e e n i nt h eg r a p ho f 1 5 0 0mh e i g h t , b u t c a nh a r d l yb e s e e n i n t h a t o f 6 0 0 0mh e i g h t . I n t h eo v e r l a p p i n ga r e ao f 6 0 0 0mh e i g h t , m o s t c o mm o ng r i d s c a nb ed e t e c t e db y t h r e e r a d a r s o rm o r e , s o m eb y t h em a x i m u mo f s i x . O b s e r v a t i o n s i nV C P 1 2, c o m p a r e dw i t ht h a t i nV C P 1 1o r i nV C P 2 1, a r em o r eu s e f u l t oc o n s t r u c tm o s a i cd a t an o t o n l yb e c a u s eo f i t sd e n s ev e r t i c a l s a m p l e i n l o we l e v a t i o nb u t a l s o i t s l a r g e r v a l i dd a t a r a n g e i nm o u n t a i na r e a s .A c c o r d i n gt ot h ed e f i n i t i o nf o r m u l ao fe c h oi n t e n s i t y , c o r r e c t i o no f i n t e n s i t i e s s a m p l e di np a r t i a l o c c u l t a t i o nr a n g eg a t e s i so b t a i n e d f r o mi t so c c u l t a t i o nr a t e . F o r i n s t a n c e , t h e c o r r e c t i o n v a l u e i s1. 0d B, 1. 5d B, 2. 2d B, 3. 0d Ba n d3. 5d Bw h i l e t h eo c c u l t a t i o nr a t e i s2 0%, 3 0%, 4 0%, 5 0% a n d5 5%r e s p e c t i v e l y . I nt h ee x p e r i m e n to f c o r r e c t i o n, b a s ed a t aa r eo b s e r v e d i nt h e c o mm o n l a t i t u d e l o n g i t u d eg r i da t t h es a m et i m eb yt h et w ow e a t h e rr a d a r s i n W e n z h o ua n dN i n g b o .T h ec o mm o ng r i d sa r e s e p a r a t e di n t o t w og r o u p s . T h eg r o u pⅠc o n s i s t so f t h eg r i d sw h e r eW e n z h o ur a d a rh a sp a r t i a l o c c u l t a t i o n a n dN i n g b or a d a rh a sn o n e .A n dt h eg r o u p Ⅱ c o n s i s t so ft h eg r i d sw h e r eb o t ht w oh a sn oo c c u l t a t i o n . T h e r e f o r e , t h eo b s e r v a t i o n so fW e n z h o ur a d a r a r ec o r r e c t e d i ng r o u pⅠ, a n dc o r r e c t i o n i sa s s e s s e db yt h e o b s e r v a t i o n so fN i n g b o r a d a r . T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e c o r r e l a t i v e c o e f f i c i e n t o f c o r r e c t e dd a t a i s l a r g e r t h a nt h a to fu n c o r r e c t e d i ng r o u pⅠ, a n d t h ev a l u e s a r e c l o s e t o t h a t o f g r o u pⅡ, t h e c o r r e c t i o n s a r e e f f e c t i v e . 犓犲狔狑 狅狉犱狊:Dopplerradar;radarm o s a i c ; v a l i dd a t ar e g 槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟 i o n 欢迎订阅《 应用气象学报》 《 应用气象学报》 是由中国气象科学研究院、 国家气象中心、 国家卫星气象中心、 国家气候中心、 国家气象信息中心和中国 气象局气象探测中心联合主办的大气科学理论与应用研究的综合性学术期刊.《 应用气象学报》 将向您提供有关我国大气科 学领域内研究和应用成果的最新论文、 资料、 方法等大量信息, 内容包括气象预报、 卫星气象、 农业气象、 海洋气象、 航空气象、 环境气象、 人工影响天气、 应用气象、 大气探测、 遥感技术以及计算机应用技术等学科; 还向您介绍国内外现代科技的最新理 论与新技术在大气科学中应用的研究论文及信息.主要栏目有论著、 短论、 综合评述、 业务系统、 学术论坛、 研究简报、 书刊评 介等.本刊被《 中文核心要目总览》 确认为大气科学( 气象学) 类核心期刊, 并已首批入选" 中国科学引文数据库" ( C S C D) , 中国 科学技术期刊文摘( C S T A) 国家数据库( 英文版) 收录的刊源名单, 并被美国气象学会" 气象与地球天体物理学文摘" ( MG A) 和 美国国际科学应用协会( S A I C) 以及中国科学文摘( 英文版) 等多种文摘摘录.本刊还首批入选" 中国学术期刊( 光盘版) " 、 " 万 方数据— — —数字化期刊群" 和" 中文科技期刊数据库" .《 应用气象学报》 面向广大的气象科研、 业务技术人员、 在校有关专业的 研究生、 大专院校师生等专业人员. 《 应用 气象学报》为 双月刊,逢双月出版,可以随时汇款订阅或购买(户名:中国气象科学研究院,账号: 1 1 0 0 1 0 2 8 6 0 0 0 5 6 0 8 6 0 1 3, 开户行: 建行北京白石桥支行) .2 0 0 9年6期( 每期定价3 0. 0 0元) , 总订价1 8 0. 0 0元( 含邮资) . 订阅地址: 北京市中关村南大街4 6号中国气象科学研究院《 应用气象学报》 编辑部; 邮政编码: 1 0 0 0 8 1. 联系电话: ( 0 1 0 ) 6 8 4 0 7 0 8 6, 6 8 4 0 8 6 3 8.E m a i l地址: y y q x x b @c a m s . c m a . g o v . c n , y y q x x b @1 6 3. c o m. 5 5 1期 杨洪平等: 多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析
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多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析 杨洪平1 ) 2 ) 张沛源1 ) 程明虎1 ) 李柏2 ) 熊毅3 ) 高玉春2 ) 陈大任2 ) 1) ( 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室,北京 1 0 0 0 8 1 ) 2) ( 中国气象局气象探测中心,北京 1 0 0 0 8 1 ) 3) ( 中国气象局监测网络司,北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘要在正常情况下, 由于天线仰角和地球曲率原因, 雷达波束位置在远距离处要比近距离处高.当雷达电磁波能 量被部分阻挡时, 回波强度观测值低估; 被完全挡住时, 探测不到地物后的目标.该文利用高分辨率地形高程数据 计算波束阻挡率, 确定 组网拼图有效数据区域以及波束部分阻挡时的回波强度订正方法.根据业务观测模式VCP11及 V C P 1 2的1 4个仰角值, 在标准大气假定下, 对湖南、 江西、 浙江、 福建、 广东、 广西和海南已建多普勒天气 雷达组网的数据有效区域进行计算, 绘制出海拔1 5 0 0m, 3 0 0 0m 和6 0 0 0m 高度上有效区域图.分析结果表明: C A P P I数据有效范围比等射束高度图更能反映出多普勒天气雷达业务观测范围; 若采用 V C P 1 2模式观测, 与采用 V C P 1 1或VCP21模式观测相比, 不仅增加低层探测密度, 而且可扩大雷达实际探测距离, 其回波数据更适合于组 网拼图. 关键词:多普勒天气雷达;组网拼图;有效数据区域 引言对于地基天气雷达来说, 其地理位置是固定的, 受地球曲率和四周地形影响以及发射功率限制, 雷 达实际探测空间有限.天气雷达发射的电磁波能量 由方向性天线积聚成一个笔状波束辐射到空中, 其 传播路径通常微微弯向地表, 由于地球曲率影响, 电 磁波束高度随距离增加而变大[ 1 4] .我国地势西高 东低, 地形 起伏 较大, 对雷达探测天气带来一定影响.雷达电磁波能量在近距离被山脉部分阻挡后, 该雷达电磁波能量只有部分向远方传播, 有效照射 体积变小, 造成回波强度估计值偏低; 电磁波能量完 全被挡住后, 探测不到实际回波.在雷达定量估测 降水中, 雷达电磁波的阻挡情况用波束阻挡率来表 征, 根据电磁波能流密度和地形高度分布计算波束 阻挡率 的大小, 用于混合扫描反射率数据合成处理[ 5 9 ] .在利用多部雷达进行强风暴探测和降水估 测的技术研究中[ 1 0 1 3 ] , 组网数据实际上是在一系列 等高面上实现的.在组网拼图过程中, 不仅低仰角 观测数据的遮挡问题需要处理, 而且拼图区域内各 格点值由哪几部雷达的观测数据确定也要明确, 否 则将影响拼图数据可靠性. 本文首先讨论了利用地形高程数据计算波束阻 挡率, 在此基础上确定雷达 P P I的实际探测距离和 C A P P I ( c o n s t a n ta l t i t u d eP P I ) 有效数据范围, 计算 组网拼图有效数据区域的方法; 然后结合多普勒天 气雷达业务观测模式, 在标准大气假定下, 对湖南、 江西、 浙江、 福建、 广东、 广西和海南已建多普勒天气 雷达组网拼图的有效数据区域进行计算和分析. 1 原理与方法 1. 1 波束阻挡率 天气雷达波束可视为椭圆形锥体, 波束宽度为 方向图半功率点之间波束的张角.若电磁波最大能 流密度为犁m a x, 天线方向图函数为犳( θ, ) , 其中θ为 方位, 为仰角, 则在距离犚 处无遮挡时的雷达电磁 波功率为 犘t = ∫ π 2 - π 2 ∫ π 2 - π 2 犁m a x 犳( θ, ) 2 犚2 d d θ 若遮挡物在θ方位对雷达形成的遮挡仰角为α( θ) , 第2 0卷1期2009年2月应用气象学报JOUR NA LO FA P P L I E D ME T E O R O L O G I C A LS C I E N C E V o l . 2 0,N o . 1 F e b r u a r y2 0 0 9 国家自然科学基金项目( 4 0 3 7 5 0 0 6 ) 和武汉暴雨研究所开放基金课题( I HR 2 0 0 5 3 ) 共同资助. 2 0 0 7 1 2 0 7收到, 2 0 0 8 0 7 2 5收到再改稿. 那么被阻挡的电磁波功率为 犘o c = ∫ π 2 - π 2 ∫ α ( θ ) - π 2 犁m a x 犳( θ, ) 2 犚2 d d θ 雷达波束阻挡率 犚o( o c c u l t a t i o nr a t e ) 定义为 犘o c与犘t 之比, 即犚o = 犘o c 犘t = ∫ π 2 - π 2 ∫ α ( θ ) - π 2 犳( θ, ) 2 d d θ ∫ π 2 - π 2 ∫ π 2 - π 2 犳( θ, ) 2 d d θ ( 1 ) 其大小与遮挡所在的方位以及遮挡仰角大小有关. 电磁波传播路径与传播介质有关.本文将实际 大气看作球面分层大气, 大气折射率梯度随垂直高 度线性变化, 采用等效地球模型计算电磁波束高度 和水平距离.记地球半径为 犚e, 雷达天线反射体的 经纬度为λ 狉和φ 狉, 海拔高度为犺 狉; 遮挡物经纬度为λ 和φ, 海拔高度为犺.遮挡物相对于雷达的水平距离 犔s、 方位θ和遮挡仰角α 的计算方法分别为: 水平距离犔 s= β 犚e, 其中β为地心角, 且β=a r c c o s ( s i n φ s i n φ 狉+c o s φ c o s φ 狉cos(λ- λ 狉) ) ( 2 ) 令δ=a r c s i n ( c o s φ s i n ( λ- λ 狉) / s i n β) , φ⊥ =a r c s i n ( c o s β s i n φ 狉) , 遮挡物方位θ的计算公式为 θ= δ ( φ ≥φ⊥ , λ≥λ 狉) 2 π+δ ( φ ≥φ⊥ , λ<λ 狉) π-δ ( φ <φ⊥ 烅烄烆)(3)遮挡仰角α的计算公式为 α=a r c t a n ( 犚m +犺) c o s β m - ( 犚m +犺狉) ( 犚m +犺) s i n β [ ] m ( 4 ) 式( 4 ) 中, 犚m =犽m 犚e, β m = β / 犽m , 犽m 为等效地球半径 系数, 标准大气中犽m =4 / 3. 1. 2 实际探测距离 我国多普 勒天气雷达可选择的立体扫描模式VCPs(volumec o v e r a g ep a t t e r n s ) 有VCP11, V C P 2 1 和VCP31共3种, 其中 V C P 1 1适用于强风暴监测, V C P 2 1适用于降水监测, 二者的低仰角层观测中采 用相同的仰角值[ 1 4] , 是主要业务观测模式.V C P 3 1 用于晴空湍流探测, 但在实际业务中很少使用.目 前美 国的WS R 8 8 D( W e a t h e rS u r v e i l l a n c eR a d a r 1 9 8 8D o p p l e r ) 业务观测中还增加了VCP12模式. 这些模式均分别设定了一组固定的观测仰角, 观测 层数及各层仰角值见表1.雷达按照所选的观测模 式进行数据采样时, 其实际探测范围也就是所选模 式各仰角层采样空间的总和, 由各仰角层在不同方 位上的最大探测距离确定. 雷达的实际探测距离可由雷达波束阻挡率来估 计.当波束阻挡率达到或者超过一定的阈值( 本文 根据试验 取55%) 时, 认为雷达波束被完全遮挡. 图1为雷 达波 束的地物 遮挡 示意 图. 图1中雷达波表1 体扫模式 犞犆犘11, 犞犆犘12, 犞犆犘21和 犞犆犘31的观测层数及各层仰角度数表( 单位: ( ° ) ) 犜犪犫犾犲1 犈犾犲狏犪狋犻狅状状 狌犿犫犲狉犪 状 犱犲 犾犲狏犪狋犻狅状犪 状犵犾犲狊狅 犳犞 犆犘11, 犞犆犘12, 犞犆犘21犪 状 犱犞 犆犘31(狌状犻狋:(°))层号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 V C P 1 1 0. 5 1. 4 5 2. 4 3. 3 5 4. 3 5. 2 6. 2 7. 5 8. 7 1 0. 0 1 2. 0 1 4. 0 1 6. 7 1 9. 5 V C P 1 2 0. 5 0. 9 1. 3 1. 8 2. 4 3. 1 4. 0 5. 1 6. 4 8. 0 1 0. 0 1 2. 5 1 5. 6 1 9. 5 V C P 2 1 0. 5 1. 4 5 2. 4 3. 3 5 4. 3 6. 0 9. 9 1 4. 6 1 9. 5 V C P 3 1 0. 5 1. 5 2. 5 3. 5 3. 5 图1 雷达波束的地物遮挡示意图 ( 阴影部分为地形) F i g . 1 A ne x a m p l eo f r a d a rb e a m so b s c u r e d b yg r o u n do b s t a c l e s( s h a d e da r e a sd e n o t e t o p o g r a p h ) 束的垂直宽度取值0. 9 ° , 阴影部分为地形分布.雷 达波束的2. 4 ° 仰角层( 短划线之间部分) 和1. 4 5 ° 仰 角层( 实线之间部分) 没有遮挡, 而0. 5 ° 仰角层( 点 线之间部分) 上A点的波束阻挡率超过了5 5%, 被 认为完全遮挡从 A 点开始.尽管 B 点处的地形高 度低于波束高度, 但受前面地物的遮挡, 实际上雷达 探测不到 B点的回波, 这时雷达可探测的水平距离 仅为2 2k m.可见在出现完全遮挡的方位,雷达的 实际探测距离为完全遮挡开始出现的距离; 在没有 完全遮挡的方位上, 雷达的实际探测距离则为雷达 的最大采样距离. 1. 3 有效数据区域 对雷 达而言, 通常称某个高度上的数据为84应用气象学报20卷 C A P P I数据, 以区别于固定仰角观测的 P P I数据. 严格来说, 多部雷达组网拼图数据是由各雷达的CAPPI数据 合并而成的一组等高面回波数据集. 因此, 雷达在等高面上的有效数据区域, 也就是CAPPI有效数据区域才能被认作是该雷达参与组 网拼图的有效数据区域. C A P P I数据不是雷达原始观测数据, 而是多个 P P I观测的体扫数据的内插值.在PPI上回波由仰 角和探测距离直接定位, 而在 C A P P I上则通常采用 高度和水平距离进行定位.C A P P I的数据有效区 域由雷达实际探测范围确定, 因而与雷达扫描时选 择的观测模式有关.在实际探测中, 雷达观测总是 从低仰角层开始到高仰角层结束, 不仅观测层数和 各层的观测仰角是固定的, 遮挡也是先从最低的观 测层开始, 低层出现遮挡的水平距离不会远于高层 出现遮挡的水平距离. 设观测层数为 荦, 在某方位中雷达实际探测的 水平距离记为犔V C P 犻(犻为观测层序号) , C A P P I等高 面与各观测层交点的水平距离用 犔C A P 犻 表示.根据 上述原则, 确定 C A P P I的有效数据范围中靠近雷达 的近端位置为 犔C A P 荦,而离开雷达 的远端 位置则 由犔C A P和犔V C P 共同确定: 若犔C A P 1 <犔V C P 1 , 远端 位置 为犔C A P 1 ; 否则从第 荦 层开始往下逐层判断, 当犔C A P 犻<犔V C P 犻 而且犔C A P 犻-1 >犔V C P 犻-1 满足时, 远端位置为犔V C P 犻-1 和犔C A P 犻-1 的大值者.近端和远端之间的那段距离即 为该方位中 C A P P I的有效数据范围. 2 雷达组网拼图有效数据区域 根据雷达有效数据区计算方法, 开发了雷达组 网拼图有效数据区域客观分析软件, 利用该软件处 理经向分辨 率和纬向 分 辨率 均为 0. 0 0 0 8 3 3 3 °的地形高程数据( 单位: m) , 并对湖南、 江西、 浙江、 福建、 广东、 广西和海南等的多普勒天气雷达组网拼图的 有效数据区域进行了绘制. 2. 1 雷达极坐标地形与波束阻挡率 雷达极坐标地形表示雷达四周的地形分布, 由3600*3 0 0个地形数据库组成.数据以雷达站为中 心, 从正北开始顺时针排列, 方位间隔0. 1 ° , 径向数 为3600;径向分辨率为1000m,水平距离为300k m.处理时根据式( 2) ~( 4) 将地形高程数据 的经纬网格坐标转换为雷达极坐标( 方位和水平距 离) , 取同一库内的多个地形高程数据的平均值作为 该库的地形高度, 计算各库的遮挡仰角. 取雷达的水平波束宽度和垂直波束宽度均为 0. 9 5 ° , 根据文献[ 7] 所采用的方法分别计算 V C P 1 1 和VCP12模式各观测层的波束阻挡率.在每一根 径向上, 考虑近距离遮挡对远距离的影响, 从第1个 库开始逐库计算, 并从第2个库开始取当前库与前 一库的大 者作为当前库的波束阻挡率值, 直到第300个库结束. 2. 2 犆犃犘犘犐有效数据范围 对每一部雷达, 分别选择 V C P 1 1与VCP12模 式, 先根据雷达天线高度、 C A P P I高度与观测层仰 角值计算出犔C A P数组, 然后设定完全遮挡的波束阻 挡率阈值为5 5%, 利用波束阻挡率计算值确定犔V C P 数组, 最后按照本文1. 3节介绍的方法确定海拔高 度1 5 0 0m, 3 0 0 0m 和6 0 0 0m 的CAPPI在3 6 0 0个 方位中的近端和远端位置, 得到数据有效范围. 以广州雷达为例, 在3 0 0 0m 海拔高度上, 该雷 达0. 5 ° , 0. 9 ° , 1. 4 5 ° 和1 9. 5 ° 仰角观测层犔C A P分别为 1 5 8, 1 2 4, 9 3k m 和9k m, 因而在无遮挡方位海拔高 度3 0 0 0m 上CAPPI有效数据范围为9~1 5 8k m. 假如在遮挡方位上的地形分布如图1所示, 由于0 . 5 ° 仰角层在近 距离被完全遮挡, 使得该方位3000m拔海高度的有效数据水平范围变小, 在VCP11和VCP21模式中均为9~9 3k m; 但由于地形对0. 9 ° 仰角层只产 生部分遮挡, 故VCP12模式中为9~ 1 2 4k m. 2. 3 组网拼图有效数据区域 多部雷达 C A P P I有效数据区域的合成, 不仅可 以确定雷达网联合探测区域与空白区域, 而且还可以 确定组网数据是由哪几部雷达探测数据得来的.首先, 将各雷达的 C A P P I有效数据区域转换成间距均 为0 . 0 1 ° 等经纬网格区域, 并将有效区域内的所有格 点标记为1 , 空白区标记为0 ; 然后, 将这些经纬网格 区域合成为组网拼图区域, 并对经纬度相同的网格点 进行标记值累加, 标记值不为0的所有格点就构成了 组网拼图的数据有效区域, 累加后的格点值指示出能 够探测到格点区域的雷达个数. 图2为湖南、 江西、 浙江、 福建、 广东、 广西和海 南多普勒天气雷达组网拼图的数据有效区域图.当941期 杨洪平等: 多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析 所有雷 达均采用VCP11模式 时, 1 5 0 0m, 3 0 0 0 m 和6 0 0 0m 高度的有效数据区域见图2 a , 2 c和2 e ; 当所有雷达均采用 V C P 1 2模式时, 1 5 0 0m, 3 0 0 0m 和6 0 0 0m高度的有效数据区域见图2 b, 2 d和2 f. 图2 湖南、 江西、 浙江、 福建、 广东、 广西和海南雷达组网拼图数据有效区域图 ( a )V C P 1 1模式, 1 5 0 0m 高度, ( b )V C P 1 2模式, 1 5 0 0m 高度, ( c )V C P 1 1模式, 3 0 0 0m 高度, ( d )V C P 1 2模式, 3 0 0 0m 高度, ( e )V C P 1 1模式, 6 0 0 0m 高度, ( f )V C P 1 2模式, 6 0 0 0m 高度 F i g . 2 T h ev a l i dm o s a i cd a t ar e g i o n so fC I N R A Dn e t w o r kf r o m H u n a n , J i a n g x i , Z h e j i a n g , F u j i a n , G u a n g d o n g , G u a n g x i a n dH a i n a nw i t hV C P 1 1o rV C P 1 2a td i f f e r e n t a l t i t u d e s ( a )V C P 1 1, a t 1 5 0 0m,( b )V C P 1 2, a t 1 5 0 0m,( c )V C P 1 1, a t 3 0 0 0m,( d )V C P 1 2, a t 3 0 0 0m, ( e )V C P 1 1, a t 6 0 0 0m,( f )V C P 1 2, a t 6 0 0 0m 0 5 应用气象学报20卷 对比3个高度的有效数据区域, 1 5 0 0m 的空白区最 大, 3 0 0 0m 的空白区较少, 而6 0 0 0m 上基本没有空 白区.V C P 1 2与VCP11相比, 在相同高 度前 者增大了联网探测的范围, 并且使雷达之间重叠区域变 大.大部分重叠区域的雷达数在3个以上, 最多的 地方有6个. 3 回波强度的波束阻挡订正 地物对雷达电磁波的遮挡情况分为部分遮挡和 完全遮挡.完全遮挡时, 雷达基本探测不到遮挡物 之后目标物的回波强度.而部分遮挡时, 实际采样 体积比相同距离上无遮挡时的采样体积小, 雷达探 测的回波强度值偏低, 需要加以订正.设发射功率 为犘t, 被地物阻挡的功率 犘o c, 采样体实际入射功率 为犘t-犘o c.若强度观测值为 犱犅犣, 订正后的强度 值为犱 犅犣′, 根据雷达气象方程可得 犱犅犣′=犱 犅犣+1 0 l g ( 犘t 犘t -犘o c ) =犱犅犣+1 0 l g ( 1 1-犚o ) ( 5 ) 式( 5 ) 中, 1 0 l g ( 1 1-犚o ) 为回波强度订正值, 由波束阻 挡率计算.例如, 当犚o 取0. 2, 0. 3, 0. 4, 0. 5和0. 5 5 时, 订正值分别为1. 0, 1. 5, 2. 2, 3. 0和3. 5d B. 根据上述方法, 对温州雷达最低仰角观测的回 波强度进行波束阻挡订正, 并利用宁波雷达最低仰 角观测的回波强度检验其订正效果.2 0 0 7年9 月19日0 4: 5 7( 北京时, 下同) —0 6: 1 2, 这两部雷达各 进行了1 3次观测, 观测 时间 差最 小为 1s , 最大 为57s .由于两部雷达之间的水平距离约为2 5 3k m, 因此订正效果检验主要是进行 2. 2~3. 2k m 高度 层内的强度数据对比.在1 3次观测序列中, 对比数 据均分为两组: 第1组数据由两部雷达无遮挡观测 数据组成, 第2组数据由温州雷达部分遮挡观测数 据且宁波雷达无遮挡观测的数据组成.第1组数据 用于估计两部雷达的方位偏差和强度差异, 第2组 数据用于订正及其效果检验. 第1组试验表明温州雷达的观测方位订正值为 -0. 2 ° 时, 两部雷达数据之间的相关性最好, 且温州 雷达的 回波强度平均值比宁波雷达的大0. 8~ 1. 6d B.在此基础上进行第2组试验, 发现除了序 列6的相关系数变化不大外, 其余所有序列的相关 系数都有较大提高, 与第1组数据的相关系数无明 显差别, 说明订正后的温州雷达数据与宁波雷达数 据之间的相关程度与两部雷达无遮挡观测数据之间 的相关程度非常接近, 订正效果比较理想.表2分 别列出了1 3个序列第1组数据的平均强度差和相 关系数以及第2组数据订正前后的相关系数, 计算 中温州雷达数据均事先进行了方位值订正.图3给 出了温州雷达2 0 0 7年9月1 9日0 6: 3 1的最低观测 层回波强度订正结果, 其中图3 a和3 b分别表示回 波所在位置的波束阻挡率及其订正值, 图3c和3 d 分别为订正前后的回波强度图. 刘黎平等[ 1 5] 指出雷达原始观测数据需要进行 方位值订正, 说明雷达数据中存储的方位值与实际 采样角度之间存在偏差.在上述波束阻挡订正试验 中, 经过多次选择, 最终确定温州雷达方位订正值为 -0. 2 ° , 宁波雷达不需要方位订正.通过两组数据 的验证, 表明利用雷达波束阻挡特征确定方位订正 值也是可行的. 表2 波束阻挡订正前后的温州雷达回波强度 与宁波雷达回波强度对比试验结果 犜犪犫犾犲2 犚犲狊狌犾狋狊狅 犳犮狅犿狆犪狉犻状犵犻状狋犲状狊犻狋犻犲狊狑 犻狋犺狅狌狋/狑犻狋犺狅犮犮狌犾狋犪狋犻狅状犮 狅狉狉犲犮狋犻狅状狊狅 犳犠 犲状狕犺狅狌狉 犪犱犪狉犲犮犺狅狑犻狋犺狅 犫狊犲狉狏犪狋犻狅状狊狅 犳荦 犻状犵犫狅狉 犪犱犪狉观测 序号 第1组数据 第2组数据 平均 强度差 相关系数 订正前 相关系数 订正后 相关系数 1 1. 4 0. 8 4 4 0. 6 1 9 0. 8 4 4 2 1. 2 0. 8 5 3 0. 6 0 9 0. 8 5 2 3 1. 5 0. 8 7 7 0. 7 8 0 0. 8 7 7 4 1. 3 0. 8 5 8 0. 6 0 5 0. 8 5 9 5 1. 5 0. 8 6 2 0. 4 8 2 0. 8 6 2 6 1. 6 0. 7 9 8 0. 8 0 0 0. 7 9 8 7 0. 8 0. 8 5 8 0. 7 0 8 0. 8 5 7 8 1. 4 0. 8 4 5 0. 4 7 5 0. 8 4 4 9 1. 0 0. 8 5 8 0. 6 0 2 0. 8 5 7 1 0 1. 0 0. 7 6 7 0. 5 3 9 0. 7 6 7 1 1 0. 9 0. 5 6 4 0. 5 1 5 0. 5 6 3 1 2 0. 8 0. 5 2 4 0. 4 4 5 0. 5 2 3 1 3 1. 0 0. 7 1 0 0. 5 1 0 0. 7 0 8 1 5 1期 杨洪平等: 多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析 图3 温州雷达回波的波束阻挡订正个例( 观测时间为2 0 0 7年9月1 9日1 4: 3 1 ) ( a ) 最低观测层回波的波束阻挡率( 单位: %) , ( b ) 最低观测层回波订正值分布图( 单位: d B) , ( c ) 最低观测层回波波束阻挡订正前回波强度( ≥ 2 6d B z ) , ( d ) 最低观测层回波波束阻挡 订正后回波强度( ≥ 2 6d B z ) F i g . 3 O c c u l t a t i o nr a t e s ( u n i t :%) o f t h e l o w e s t e l e v a t i o nt h a tW e n z h o ur a d a ro b s e r v e d a t 1 4: 3 1o nS e p t e m b e r1 9, 2 0 0 7 ( a ) , t h ec o r r e c t i o nv a l u e s ( u n i t : d B) f o r t h ep a r t i a l o c c u l t a t i o n ( b ) , t h eu n c o r r e c t e d ( c ) a n dt h ec o r r e c t e d ( d ) i n t e n s i t i e so f t h a t e q u a l t oo rg r e a t e r t h a n2 6d B z 4 分析与讨论 4. 1 犆犃犘犘犐数据有效范围与等射束高度图对比 等射 束高度图是对雷达视程的一种客观分析[ 1 6] , 根据四周地形起伏变化, 最大探测距离采用 无遮挡观测的最低仰角计算.以图1为例, 最低仰 角取0. 9 ° , 在3 0 0 0 m 等射束高度图中最大探测距 离处的水 平距离为124k m.而采用VCP11或者VCP21模式观测时, 3 0 0 0m 高度上 C A P P I的数据 有效范围仅达9 3k m, 比前者近了3 1k m.在无遮 挡方位计算中, 前者最低仰角取值0 ° , 后者最低仰 角取值0. 5 ° , 也是后者的距离近.说明在同一高度 上, 等射束高度图范围大于实际业务观测的 C A P P I 有效数据范围. 图4给出了赣州多普勒天气雷达6 0 0 0m 海拔 高度的等射束高度图和这两种模式的 C A P P I数据 有效范围.图4中距离圈表示其与雷达之间的水平 距离, 间距为150km. 可以看出, 无论是采用VCP11模式还是 V C P 1 2模式进行业务观测, C A P P I的数据 有效范围都小于等射束高度图的范围. 尽管如此, 由于雷达不可能在所有方位上都按无遮 2 5 应用气象学报20卷 挡观测的最低仰角进行观测, 所以 C A P P I数据的有 效范围比等射束高度图更能反映出多普勒天气雷达 业务观测范围. 图4 赣州雷达6 0 0 0m 等射束高度图( 虚线) 与CAPPI数据有效区域( 细实线为 V C P 1 1, 粗实线为 V C P 1 2, 距离圈间距1 5 0k m) F i g . 4 C o v e r a g eo f e q u i v a l e n tb e a mr a n g e ( d a s h e d l i n e ) a n dC A P P Iv a l i dd a t ar e g i o n ( t h i nl i n ed e n o t e s C P1 1a n dt h i c k l i n ed e n o t e sV C P 1 2 ) a t 6 0 0 0ma b o v e t h es e a l e v e l ( d i s t a n c eb e t w e e nr a n g er i n g i s1 5 0k m) 4. 2 犞犆犘11与 犞犆犘12对比 从图4可以发现, 同一高度 C A P P I数据有效区 域在大部 分遮挡方位中, V C P 1 2 模式的比VCP11模式的大一些.只是在极少的方位, 如图4中的2 5 ° 方位, V C P 1 2模式的比 V C P 1 1模式的 小.其原 因 在于每一 个中间观测层, V C P 1 2 的仰角值均小于VCP11的仰角值( 表1 ) , 当遮挡仰角在0. 5 ° 和0. 9 ° 之间时, 扩大了VCP12的CAPPI数 据有效范围. 另外, V C P 1 2还减小了低层仰角的间距, 使得远距 离处的上下层回波高度差降低, 有利于 C A P P I回波 计算.显然, 采用 V C P 1 2模式观测, 与采用 V C P 1 1 或VCP21模式观测相比, 不仅可增加多山地区的雷 达实际探测范围, 而且回波数据更适合于组网拼图. 4. 3 波束阻挡率计算方式对 犆犃犘犘犐数据有效区域 的影响 波束阻挡率是本研究中 C A P P I有效数据区域 计算的基础, 计算值的大小与地形高度确定方式和 遮挡仰角的计算过程有关, 影响到雷达实际探测距 离的估计. 由于一个地形库中包含多个地形高程数据, 高 度值确定方式不同将导致波束阻挡率计算结果的不 同.本文通过波束阻挡率域值判断波束是否遭遇完 全遮挡, 从实际情况来看, 波束被完全遮挡多发生在 离雷达较近的多山地区, 遮挡方位较宽, 因而用平均 值作为地形库的高度, 域值为5 5%.如果采取文献 [ 7 ] 中的最大值填充方式, 得到的地形库高度值就大 一些, 在某些方位中的遮挡距离可能近一些, 计算的 C A P P I数据有效区域就会小一些. 地形遮挡仰角的大小与大气折射条件有关.在 实际大气中, 电磁波束高度稍微下降一点, 就可能被 完全挡住, 按照标准大气折射计算的数据有效区域 就比实际范围大.某些超折射条件下远距离处可探 测到大片地物回波, 也是因为雷达波束高度降低的 原因, 而不能当作 C A P P I数据. 4. 4 垂直波束宽度对 犆犃犘犘犐数据有效区域计算的 影响 计算犔C A P时, 将雷达电磁波的传播路径近似为 一条线, 实际上是计算波束中心轴线的高度.由于 雷达波束有一定的垂直宽度, 并且随距离增加而变 大, 如垂直宽度取1. 0 ° 时, 在0. 5 ° 仰角观测层中探 测距离5 0, 1 0 0k m 和2 0 0k m 处, 波束的垂直宽度 分别约为0. 8 7, 1. 7 5k m 和3. 4 9k m.说明在波束 中心轴线达到 C A P P I高度之后的一段距离内, 雷达 数据仍然包含该高度上的回波信息, 这段距离可以 看作远端的向外 延伸.同理也可 以 将近 端向内延 伸, 适当扩大 C A P P I数据有效范围. 5 结论1)在标准大气假定下, 结合多普勒天气雷达业 务观测模式, 利用地形高程数据计算出的 C A P P I有 效数据区域, 比等射束高度图更能反映出多普勒天 气雷达业务观测范围. 2 )从1 5 0 0m, 3 0 0 0m 和6 0 0 0m 高度的湖南、 江西、 浙江、 福建、 广东、 广西和海南雷达组网拼图数 据有 效区域图上看出, 1 5 0 0 m 的空白区最大, 3 0 0 0m 的空白区较少, 而6 0 0 0m 上基本没有空白 区.采用 V C P 1 2模式观测扩大了雷达之间的重叠 区域, 大部分重叠区域的雷达数在3个以上, 最多的 地方有6个. 3 )雷达实际探测范围与遮挡仰角的大小和所 选择的观 测 模式 有关.采用VCP12模式, 与采用351期 杨洪平等: 多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析 V C P 1 1或者 V C P 2 1模式相比, 不仅可因实际探测 范围的增大而使有效数据区域扩大, 而且回波数据 更加有利于组网拼图. 4 )在雷达波束部分遮挡情况下, 需要利用波束 阻挡率进行回波强度订正.同时参考雷达波束阻挡 特征, 也可以确定雷达方位订正值. 参考文献[1]DoviakJR, Z r n i cSD. 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A c t u a l l y , r a d a rw a v e s a r eo f t e nb l o c k e da s t h e y p r o p a g a t et h r o u g hm o u n t a i na r e a s .Wh e nr a d a rb e a mh a so c c u l t a t i o n , i t s r e a l s a m p l ev o l u m ew i l l b e s m a l l e r t h a nt h a t o f z e r oo c c u l t a t i o n, e c h o i n t e n s i t yo f t a r g e t sw i l l b eu n d e r e s t i m a t e d i f i t i sp a r t i a l o c c u l t a t i o n, a n dt a r g e t sw i l l b e t o t a l l ym i s s e d i f c o m p l e t eo c c u l t a t i o no c c u r s . I t i s c o mm o np r a c t i c en o wt ou s eo c c u l t a t i o nr a t e f o rb e a mo c c u l t a t i o nc o r r e c t i o n.A s s u m i n gt h a tr a d a rw a v e sp r o p a g a t e i ns t a n d a r da t m o s p h e r e , o c c u l t a t i o nr a t e so fr a d a rb e a m h e r e i na r ec a l c u l a t e dw i t ht h eh i g hr e s o l u t i o nd i g i t a le l e v a t i o n m a pd a t a , a n da r eu t i l i z e dt oa n a l y z e t h ev a l i dm o s a i cd a t ar e g i o no fn e t t e dr a d a r sa n dt oa s s e s s t h eb e a mo c c u l t a t i o n c o r r e c t i o n. T e s t s h o w s t h a te c h ow i l lb es e v e r e l yu n d e r e s t i m a t e da n dw a v e sc a nb ec o n s i d e r e dt ob ec o m p l e t e l yb l o c k e dw h e nt h eo c c u l t a t i o nr a t e i s l a r g e r t h a n5 5%. B a s e do nt h a t , i nt e r m so f t h e1 4e l e v a t i o n a n g l e so f t w oV o l u m eC o v e r a g eP a t t e r nm o d e s , V C P 1 1a n dV C P 1 2, t h e r e a l d e t e c t i n gr a n g e so f n e t t e dr a 4 5 应用气象学报20卷 d a r sa r eo b t a i n e d .T h en e t t e dr a d a r si n c l u d et h el o c a lC I N R A Di n H u n a n, J i a n g x i ,Z h e j i a n g ,F u j i a n , G u a n g d o n g, G u a n g x i a n dH a i n a np r o v i n c e s . C o m p a r e dw i t h t h e e q u i v a l e n t b e a mr a n g e a t t h e s a m eh e i g h t , t h ev a l i dd a t ar a n g eo fC A P P I i sm o r es u i t a b l e t or e p r e s e n t t h e r e a l d e t e c t i o nr a n g e . Am o n gt h ev a l i dm o s a i cd a t er e g i o n sa t t h eh e i g h to f 1 5 0 0m, 3 0 0 0ma n d6 0 0 0ma b o v et h es e al e v e l , t h e l a r g e s tb l a n ka r e a c a nb es e e n i nt h eg r a p ho f 1 5 0 0mh e i g h t , b u t c a nh a r d l yb e s e e n i n t h a t o f 6 0 0 0mh e i g h t . I n t h eo v e r l a p p i n ga r e ao f 6 0 0 0mh e i g h t , m o s t c o mm o ng r i d s c a nb ed e t e c t e db y t h r e e r a d a r s o rm o r e , s o m eb y t h em a x i m u mo f s i x . O b s e r v a t i o n s i nV C P 1 2, c o m p a r e dw i t ht h a t i nV C P 1 1o r i nV C P 2 1, a r em o r eu s e f u l t oc o n s t r u c tm o s a i cd a t an o t o n l yb e c a u s eo f i t sd e n s ev e r t i c a l s a m p l e i n l o we l e v a t i o nb u t a l s o i t s l a r g e r v a l i dd a t a r a n g e i nm o u n t a i na r e a s .A c c o r d i n gt ot h ed e f i n i t i o nf o r m u l ao fe c h oi n t e n s i t y , c o r r e c t i o no f i n t e n s i t i e s s a m p l e di np a r t i a l o c c u l t a t i o nr a n g eg a t e s i so b t a i n e d f r o mi t so c c u l t a t i o nr a t e . F o r i n s t a n c e , t h e c o r r e c t i o n v a l u e i s1. 0d B, 1. 5d B, 2. 2d B, 3. 0d Ba n d3. 5d Bw h i l e t h eo c c u l t a t i o nr a t e i s2 0%, 3 0%, 4 0%, 5 0% a n d5 5%r e s p e c t i v e l y . I nt h ee x p e r i m e n to f c o r r e c t i o n, b a s ed a t aa r eo b s e r v e d i nt h e c o mm o n l a t i t u d e l o n g i t u d eg r i da t t h es a m et i m eb yt h et w ow e a t h e rr a d a r s i n W e n z h o ua n dN i n g b o .T h ec o mm o ng r i d sa r e s e p a r a t e di n t o t w og r o u p s . T h eg r o u pⅠc o n s i s t so f t h eg r i d sw h e r eW e n z h o ur a d a rh a sp a r t i a l o c c u l t a t i o n a n dN i n g b or a d a rh a sn o n e .A n dt h eg r o u p Ⅱ c o n s i s t so ft h eg r i d sw h e r eb o t ht w oh a sn oo c c u l t a t i o n . T h e r e f o r e , t h eo b s e r v a t i o n so fW e n z h o ur a d a r a r ec o r r e c t e d i ng r o u pⅠ, a n dc o r r e c t i o n i sa s s e s s e db yt h e o b s e r v a t i o n so fN i n g b o r a d a r . T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e c o r r e l a t i v e c o e f f i c i e n t o f c o r r e c t e dd a t a i s l a r g e r t h a nt h a to fu n c o r r e c t e d i ng r o u pⅠ, a n d t h ev a l u e s a r e c l o s e t o t h a t o f g r o u pⅡ, t h e c o r r e c t i o n s a r e e f f e c t i v e . 犓犲狔狑 狅狉犱狊:Dopplerradar;radarm o s a i c ; v a l i dd a t ar e g 槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟槟 i o n 欢迎订阅《 应用气象学报》 《 应用气象学报》 是由中国气象科学研究院、 国家气象中心、 国家卫星气象中心、 国家气候中心、 国家气象信息中心和中国 气象局气象探测中心联合主办的大气科学理论与应用研究的综合性学术期刊.《 应用气象学报》 将向您提供有关我国大气科 学领域内研究和应用成果的最新论文、 资料、 方法等大量信息, 内容包括气象预报、 卫星气象、 农业气象、 海洋气象、 航空气象、 环境气象、 人工影响天气、 应用气象、 大气探测、 遥感技术以及计算机应用技术等学科; 还向您介绍国内外现代科技的最新理 论与新技术在大气科学中应用的研究论文及信息.主要栏目有论著、 短论、 综合评述、 业务系统、 学术论坛、 研究简报、 书刊评 介等.本刊被《 中文核心要目总览》 确认为大气科学( 气象学) 类核心期刊, 并已首批入选" 中国科学引文数据库" ( C S C D) , 中国 科学技术期刊文摘( C S T A) 国家数据库( 英文版) 收录的刊源名单, 并被美国气象学会" 气象与地球天体物理学文摘" ( MG A) 和 美国国际科学应用协会( S A I C) 以及中国科学文摘( 英文版) 等多种文摘摘录.本刊还首批入选" 中国学术期刊( 光盘版) " 、 " 万 方数据— — —数字化期刊群" 和" 中文科技期刊数据库" .《 应用气象学报》 面向广大的气象科研、 业务技术人员、 在校有关专业的 研究生、 大专院校师生等专业人员. 《 应用 气象学报》为 双月刊,逢双月出版,可以随时汇款订阅或购买(户名:中国气象科学研究院,账号: 1 1 0 0 1 0 2 8 6 0 0 0 5 6 0 8 6 0 1 3, 开户行: 建行北京白石桥支行) .2 0 0 9年6期( 每期定价3 0. 0 0元) , 总订价1 8 0. 0 0元( 含邮资) . 订阅地址: 北京市中关村南大街4 6号中国气象科学研究院《 应用气象学报》 编辑部; 邮政编码: 1 0 0 0 8 1. 联系电话: ( 0 1 0 ) 6 8 4 0 7 0 8 6, 6 8 4 0 8 6 3 8.E m a i l地址: y y q x x b @c a m s . c m a . g o v . c n , y y q x x b @1 6 3. c o m. 5 5 1期 杨洪平等: 多普勒天气雷达组网拼图有效数据区域分析