双线偏振天气雷达冰雹云早期识别方法研究

Issuing warning information timely in the earlier stages of hail development is critical for carrying out artificial hail suppression with catalyst seeded to the appropriate parts of hail-cloud, and then it can significantly improve weather warning and hail suppression effect. So the study of hail-cloud early recognition is very important for severe convective weather, hails disaster and aviation safety. There are some identification methods in development throughout the world, but most of these recognition algorithms have been designed mainly to mature hailstorm. With the dual-polarization weather radar observation in real-time, the macro and micro characteristics of the cloud and precipitation can be well detected and then be applied to the early identification of hail-cloud.This study is to develop an algorithm for hail-cloud early identification through well planned comprehensive observation experiments by using two dual polarization weather radar from the project participants, combined with microwave radiometers, lightning detection system, disdrometer and other observation facilities in Beijing Meteorological Bureau. This study will be very important and helpful to improve the application of dual polarization radar in monitoring the convective weather and preventing the hail disasters.

在冰雹云发展初期及时发布预警信息，并有针对性地对雹云合适部位播撒催化剂，开展人工防雹作业，可显著提升预警服务水平及防雹作业效果，因此对冰雹云早期识别方法的深入研究对于强对流灾害性天气预报、防雹减灾以及航空安全等具有重要意义。现有的识别方法多数仅适用于成熟期的冰雹云，而双线偏振天气雷达能实时探测云和降水的宏微观变化特征，为冰雹云早期识别提供了条件。本项目将利用项目参与单位两部双线偏振天气雷达，结合北京市气象局微波辐射计、闪电定位仪、滴谱仪等观测数据，通过系统的观测试验，研究冰雹云早期识别方法等问题，对于提高双线偏振天气雷达在强对流天气监测中的应用水平和冰雹灾害的防治能力具有重要意义。

国家自然科学基金项目“双线偏振天气雷达冰雹云早期识别方法研究”依托成都信息工程大学、中科院寒区旱区环境与工程研究所研究团队基于双线偏振雷达技术在冰雹云早期识别中的应用开展研究，将偏振雷达理论研究与外场观测试验相结合，以期在冰雹云发生之前（早期）有效识别冰雹云的发生。.本项目研究首次提出双通道一致性测试内容和方法，为双线偏振雷达观测定量应用提供数据质量基础保证；结合模糊逻辑方法利用偏振观测量识别滤除非降水回波，解决过度识别零速度降水区问题，改善了地物回波识别效果，保留了降水回波信息；针对C和X波段双线偏振雷达设计、实现差分传播相移FIR滤波算法，有效去除数据波动性，改善了数据质量；设计、实现了C和X波段双线偏振雷达衰减订正算法，可对反射率和差分反射率衰减进行有效订正；针对C和X波段双线偏振雷达建立了水成物粒子识别方法，加深了对典型雷暴单体内部水成物粒子分布的认识；利用雨滴谱数据对雷达反演云液态含水量算法改进,通过拟合得到适合对流云的雷达反射率和云液态水含量关系, 将得到的测量云液态水含量模型用于偏振天气雷达，可得到更为可靠的冰雹云识别雷达判别指标；优化冰雹云识别模式，通过研究采用云底上部单位面积上悬挂的可降水质量（VIL）和VIL密度（VILD）作为冰雹存在的指标，对自动识别大气散落物的运算模式（Forence，1986）进行优化，取得较好冰雹云识别结果。项目研究发展的冰雹云早期识别算法，可在人影作业指挥中得到应用，更好发挥双线偏振天气雷达应用水平。.通过该项目研究，形成了双线偏振雷达定标方法及流程，申请了相关专利，在改善双线偏振雷达观测定量应用数据质量基础上建立了粒子识别及冰雹云早期识别算法，并研发了相关软件系统，申请了软件著作权。本项目发表核心刊物论文10篇（任务书要求5-8篇），其中EI文章2篇，发表专利2项，软件著作权1项。相关研究成果具有较好的推广应用潜力。