新一代天气雷达生物回波分析与识别方法研究

论文摘要

为研究我国新一代天气雷达生物回波的雷达物理量特征和长江中下游地区天气雷达生物回波的发生发展规律,对上海南汇WSR-88D双偏振天气雷达2018年3月至11月上旬的观测数据进行生物回波的识别与分析。从双偏振雷达电磁波散射理论入手讨论了生物回波的反射率因子Z、等效反射率因子Ze、双程差分相位ΦDP、0延迟相关系数ρHV等雷达物理量与气象回波的差异。生物回波识别算法程序设计上,用Python语言编写天气雷达回波分类算法程序（The Classification of Echoes by Fuzzy logic Algorithm）,通过均方根标准差法获得反射率因子纹理SD（Z）、差分相位纹理SD(ΦDP)等反应雷达回波小尺度数值变化的参量,基于模糊逻辑算法原理,识别并保留天气雷达数据资料中的生物回波信息。为研究天气雷达探测到的生物回波随季节变化的发生发展规律,对识别结果中生物回波的采样点数量随观测时间变化而变化的动态曲线进行分析,讨论了降水、风及温度等气象条件对生物迁飞的影响,结果表明上海南汇雷达3月生物回波的采集数量日变化不明显,主要以鸟类的局地活动为主,夜间昆虫层最早在3月中旬出现,活动强度处于较弱阶段,4月中旬至5月底,夜间生物回波点数量显著增加。春季当夜间少降水或天气晴朗,气温高于16℃,低空风向偏南,风力3-4级时生物回波也随之发展旺盛。夏季6月初至8月底的雷达回波识别结果以降水为主,夜间出现层状云降水时,生物回波识别率很低,积状云降水出现时迁飞生物有局地活动现象,雷达数据中生物回波反射率因子多为负值,且在长江中下游地区降水量最大的6月中旬至7月下旬,生物回波的识别数量日变化不明显。夏季夜间气温普遍高于23℃,不利于低空昆虫层的形成和发展,导致生物回波识别率较低。9月初开始生物回波识别率逐渐升高,在9月和10月晴朗的夜间,昆虫成层定向迁飞现象尤为显著。秋季为生物回波出现的第2次高峰,与春季不同的是,当9月和10月夜间低空风向偏北,风力小于4级时,昆虫定向迁飞现象显著。为进一步研究生物回波与其他非气象回波之间的差异,对生物迁飞现象明显时段生物回波的雷达参量值生成标准化频率直方图,结合迁飞生物学理论分析了2018年不同季节生物回波的雷达参量数值特征,反射率因子值最高可达到小雨量级,且主要出现在春季和秋季的黄昏和日落之后。夏季生物回波反射率因子值为负值的比重明显高于春秋两季。生物回波的偏振参量数值特征随季节变化不明显,这主要是生物散射单体的不规则性导致的雷达回波去极化效应,与雷达分辨率体积内迁飞生物的密度数无关。总体上,生物回波的相关系数普遍较低,差分反射率和双程差分相位值普遍高于气象回波。由于S波段天气雷达的空间分辨率差,其最小距离分辨率为0.25 km,天气雷达观测不到鸟类和昆虫等生物回波的单体,但在长江流域的春季和秋季,有大规模空中迁飞的时段能够对昆虫成层定向迁飞的现象进行有效识别。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 朱轶明

导师: 杨玲,马舒庆

关键词: 上海,双偏振天气雷达,生物回波,模糊逻辑算法

来源: 成都信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 成都信息工程大学

分类号: P412.25

DOI: 10.27716/d.cnki.gcdxx.2019.000160

总页数: 62

文件大小: 5897K

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标签：上海论文;  双偏振天气雷达论文;  生物回波论文;  模糊逻辑算法论文;