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[摘 要]本文主要研究了中国新一代多普勒天气雷达观测资料的研究意义和目的，雷达探测的原理，以及雷达观测的三种基数据，反射率，径向速度和谱宽。研究了多普勒雷达资料插值的几种方法，垂直线性插值法、垂直水平线性插值法、三线性垂直法、Barnes插值法。分别在台风，暴雨，c波段的天气过程做分析，分别得出他们在各个仰角上的插值结果。
[关键词]新一代多普勒天气雷达；暴雨；c波段；
中图分类号：TN959 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0094-01
引言
我国是一个气象灾害经常性出现的国家之一，随着社会的发展和经济的快速增长，气象灾害也就越来越多，对我们生存环境带来破坏。新一代多普勒天气雷达探测大气时，能够观察两个回波即低空晴空回波和大气中的降水回波。回波能够获取三个基本的信息，回波强度、径向速度，谱宽。雷达网的组建在一些较大的灾害性天气的预防和警戒发挥了及其重要的作用。
1、雷达探测原理和基数据
1.1 雷达探测原理
雷达的最基本任务是探测周围的目标物，来测定有关目标物的距离、速度、方向等状况参数。雷达分别有天线、接收器、发射机和显示器等组成。他们的工作原理主要是，发射机产生足够大的能量通过接收开关传送到天线。电磁能量被天线反射给大气中去，使它们集中在一个平面是形成波束往前传播。电磁波则遇到大气中的各种目标物后向各个方向上反射数据，一些被电磁能量反射到雷达体上，被雷达天线接收。天线所得到的一些数据接收转送到接收机，形成雷达回拨信号。
雷达直接接收的回拨功率，它除了取决于雷达系统自身的参数特征之外，还与雨云的物理特性、当时的大气状况以及他们离开雷达的距离有关，这与回波强度是不相同的。下面我们来看雷达观测的三种基数据：反射率、径向速度、谱宽。
1.2 反射率
雷达天线接收到的是一群大小不同的云、雨滴的后向散射功率的总和。假定組成这群云、雨滴的粒子是互相独立、无规则分布，则这群粒子同时在天线处造成的总散射功率平均值，等于每个散射粒子的总和。
1.3 径向速度
雷达探测到速度值并不是目标物运动时的真是速度，而是为目标运动在雷达径向方向的分量，也就是径向速度。镜像速度可以向着雷达，也可以离开雷达。因此，多普勒径向速度只是目标向着雷达或离开雷达的运动，其数值总是小于或等于实际目标速度，当目标运动垂直于雷达径向或静止时径向速度为零。
1.4 谱宽
谱宽的数学计算方法为一个距离库内的各个散射体的速度（包括速度和方向）的方差，是对一个距离库内速度离散度的度量。谱宽越大，表明速度的变化率越大。
2、雷达资料的插值
雷达天气以体扫方式收集数据时，利用有效的插值方法，目的是为了雷达体扫数据进行更一步处理三维网格。这样做以便于气象观测人员对灾害性天气的监测和警戒能力。以下我们来回顾几个插值算法。
2.1 插值算法的回顾
2.1.1 垂直线性插值
垂直线性插值法的主要思路是，径向和方位采用最近邻法进行插值， 仰角采用一个线性插值，对于较小的仰角（一般小于20度） 而言， 仰角方向相似于垂直方向，因此，这种方法被称为垂直线性插值法。如图1所示，示回波反射率值，为斜距，为方位角，Z为仰角，，为相邻距离库数，，，表示相邻方位角，，，表示相邻的仰角。（）则表示在网格点在球坐标系中的某个位置，（）和（）为上下两个仰角上的垂直投影。在径向和方位上采用最近法， 和）分别等于最邻近点（）和（）的雷达距离库的数据值，然后的值可由和的值进行垂直线性插值得到， 即：
2.1.2 垂直水平线性插值法
垂直水平线性插值法，根据已有的垂直线性插值法的基础之上再加上一个水平方向上的线性插值。
3、双线性插值法的研究
3.1.垂直方向上的插值
我们在一个RHI平面内，在垂直方向上记下每隔100m的点，并记下它们周围和最近的四个点，然后这四个点用双线性插值法插值。我们用查表的方法，在对一个RHI平面内进行插值结果，并且记下每隔点周围的网格点的基本信息。每隔点用RHI INFO[400][300]的信息，去读它们被插值的周围的点后就能对其进行插值。
4、S波段台风个例雷达资料插值研究
4.1 天气过程概述
台风是一个破坏性极强的天气系统，台风的大风，暴雨每年造成了巨大的生命和财产的损失。也给社会和家庭带来了很多麻烦，经济等方面造成前所未有的损失。7月28日6时30分“凤凰“在台湾花莲附近沿海第一次登陆，登录时中心气压为955百帕，近中心最大风力为45m/s（14级）。这是08年登陆我国的强度最强的台风，具有强度强、雨急、风大、影响时间较长、范围最广的一个特点。
4.2 插值结果
温州雷达站在2008年7月29日10时45分观测的径向速度场。温州雷达为S波段雷达，最大不模糊速度为26.84m/s。采用文中第三章所介绍的算法进行插值，水平方向南北向和西南向在插值后的分辨率都为1km，最大探测距离都为300km。垂直方向为31层，插值后的分辨率为0.5km，最大探测高度为15.5km。
5.C波段暴雨个例雷达资料插值研究
5.1 天气过程概述
2007年8月8日夜间，在陕西关中发生了一场50年一遇的特大暴雨天气过程，在整个暴雨过程中导致农田毁坏，通信、交通、电力的中断和非常严重的城镇内涝、石头河、千河等支流和渭河干流洪水迅速的暴涨，所致了南北山区和渭北塬区一部分山体滑坡塌方、泥石流等灾害。我们对应在地面图上，接近暴雨时在甘肃陇东形成一冷高压，高压底部为东北-西南向冷锋，它们共同作用下导致了强对流降水。
5.2 插值结果
西安雷达站在2007年8月8日15时57分观测的径向速度场，采用文中所介绍的算法进行插值，水平方向南北向和西南向在插值后的分辨率都为1km，最大探测距离都为300km。垂直方向为31层，插值后的分辨率为0.5km，最大探测高度为15.5km。
6、总结
讨论了雷达资料的插值和几种插值算法方法和特点，以及中国的雷达观测的方式，s波段和c波段怎样观测，它有几个仰角分别是多少，反射率，径向速度和谱宽他们的空间分辨率进行研究。在本文中我们重点讨论了双线性插值法，它在垂直方向上的插值和水平方向上的插值，经过画图和计算之后我们得出一个雷达资料插值到三维空间上的各个网格点上。
参考文献
[1] 陈联寿，罗哲贤，李英.登陆热带气旋研究的进展[J].气象学报，2004，62（5）：541-549.
[2] 慕建利，王建捷，李泽椿.2005年6月华南特大连续性暴雨的环境条件和中尺度扰动分析.气象学报，2008，66（3）：437-451
[关键词]新一代多普勒天气雷达；暴雨；c波段；
中图分类号：TN959 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）21-0094-01
引言
我国是一个气象灾害经常性出现的国家之一，随着社会的发展和经济的快速增长，气象灾害也就越来越多，对我们生存环境带来破坏。新一代多普勒天气雷达探测大气时，能够观察两个回波即低空晴空回波和大气中的降水回波。回波能够获取三个基本的信息，回波强度、径向速度，谱宽。雷达网的组建在一些较大的灾害性天气的预防和警戒发挥了及其重要的作用。
1、雷达探测原理和基数据
1.1 雷达探测原理
雷达的最基本任务是探测周围的目标物，来测定有关目标物的距离、速度、方向等状况参数。雷达分别有天线、接收器、发射机和显示器等组成。他们的工作原理主要是，发射机产生足够大的能量通过接收开关传送到天线。电磁能量被天线反射给大气中去，使它们集中在一个平面是形成波束往前传播。电磁波则遇到大气中的各种目标物后向各个方向上反射数据，一些被电磁能量反射到雷达体上，被雷达天线接收。天线所得到的一些数据接收转送到接收机，形成雷达回拨信号。
雷达直接接收的回拨功率，它除了取决于雷达系统自身的参数特征之外，还与雨云的物理特性、当时的大气状况以及他们离开雷达的距离有关，这与回波强度是不相同的。下面我们来看雷达观测的三种基数据：反射率、径向速度、谱宽。
1.2 反射率
雷达天线接收到的是一群大小不同的云、雨滴的后向散射功率的总和。假定組成这群云、雨滴的粒子是互相独立、无规则分布，则这群粒子同时在天线处造成的总散射功率平均值，等于每个散射粒子的总和。
1.3 径向速度
雷达探测到速度值并不是目标物运动时的真是速度，而是为目标运动在雷达径向方向的分量，也就是径向速度。镜像速度可以向着雷达，也可以离开雷达。因此，多普勒径向速度只是目标向着雷达或离开雷达的运动，其数值总是小于或等于实际目标速度，当目标运动垂直于雷达径向或静止时径向速度为零。
1.4 谱宽
谱宽的数学计算方法为一个距离库内的各个散射体的速度（包括速度和方向）的方差，是对一个距离库内速度离散度的度量。谱宽越大，表明速度的变化率越大。
2、雷达资料的插值
雷达天气以体扫方式收集数据时，利用有效的插值方法，目的是为了雷达体扫数据进行更一步处理三维网格。这样做以便于气象观测人员对灾害性天气的监测和警戒能力。以下我们来回顾几个插值算法。
2.1 插值算法的回顾
2.1.1 垂直线性插值
垂直线性插值法的主要思路是，径向和方位采用最近邻法进行插值， 仰角采用一个线性插值，对于较小的仰角（一般小于20度） 而言， 仰角方向相似于垂直方向，因此，这种方法被称为垂直线性插值法。如图1所示，示回波反射率值，为斜距，为方位角，Z为仰角，，为相邻距离库数，，，表示相邻方位角，，，表示相邻的仰角。（）则表示在网格点在球坐标系中的某个位置，（）和（）为上下两个仰角上的垂直投影。在径向和方位上采用最近法， 和）分别等于最邻近点（）和（）的雷达距离库的数据值，然后的值可由和的值进行垂直线性插值得到， 即：
2.1.2 垂直水平线性插值法
垂直水平线性插值法，根据已有的垂直线性插值法的基础之上再加上一个水平方向上的线性插值。
3、双线性插值法的研究
3.1.垂直方向上的插值
我们在一个RHI平面内，在垂直方向上记下每隔100m的点，并记下它们周围和最近的四个点，然后这四个点用双线性插值法插值。我们用查表的方法，在对一个RHI平面内进行插值结果，并且记下每隔点周围的网格点的基本信息。每隔点用RHI INFO[400][300]的信息，去读它们被插值的周围的点后就能对其进行插值。
4、S波段台风个例雷达资料插值研究
4.1 天气过程概述
台风是一个破坏性极强的天气系统，台风的大风，暴雨每年造成了巨大的生命和财产的损失。也给社会和家庭带来了很多麻烦，经济等方面造成前所未有的损失。7月28日6时30分“凤凰“在台湾花莲附近沿海第一次登陆，登录时中心气压为955百帕，近中心最大风力为45m/s（14级）。这是08年登陆我国的强度最强的台风，具有强度强、雨急、风大、影响时间较长、范围最广的一个特点。
4.2 插值结果
温州雷达站在2008年7月29日10时45分观测的径向速度场。温州雷达为S波段雷达，最大不模糊速度为26.84m/s。采用文中第三章所介绍的算法进行插值，水平方向南北向和西南向在插值后的分辨率都为1km，最大探测距离都为300km。垂直方向为31层，插值后的分辨率为0.5km，最大探测高度为15.5km。
5.C波段暴雨个例雷达资料插值研究
5.1 天气过程概述
2007年8月8日夜间，在陕西关中发生了一场50年一遇的特大暴雨天气过程，在整个暴雨过程中导致农田毁坏，通信、交通、电力的中断和非常严重的城镇内涝、石头河、千河等支流和渭河干流洪水迅速的暴涨，所致了南北山区和渭北塬区一部分山体滑坡塌方、泥石流等灾害。我们对应在地面图上，接近暴雨时在甘肃陇东形成一冷高压，高压底部为东北-西南向冷锋，它们共同作用下导致了强对流降水。
5.2 插值结果
西安雷达站在2007年8月8日15时57分观测的径向速度场，采用文中所介绍的算法进行插值，水平方向南北向和西南向在插值后的分辨率都为1km，最大探测距离都为300km。垂直方向为31层，插值后的分辨率为0.5km，最大探测高度为15.5km。
6、总结
讨论了雷达资料的插值和几种插值算法方法和特点，以及中国的雷达观测的方式，s波段和c波段怎样观测，它有几个仰角分别是多少，反射率，径向速度和谱宽他们的空间分辨率进行研究。在本文中我们重点讨论了双线性插值法，它在垂直方向上的插值和水平方向上的插值，经过画图和计算之后我们得出一个雷达资料插值到三维空间上的各个网格点上。
参考文献
[1] 陈联寿，罗哲贤，李英.登陆热带气旋研究的进展[J].气象学报，2004，62（5）：541-549.
[2] 慕建利，王建捷，李泽椿.2005年6月华南特大连续性暴雨的环境条件和中尺度扰动分析.气象学报，2008，66（3）：437-451