技术突破引领气象雷达发展

发布时间：

2024-06-25

雷达系统是支撑我国气象工作的关键基础设施之一，它在风暴预警等短期天气预报领域发挥着至关重要的作用。这些系统通过提供实时且精确的数据，帮助监测和预测如强对流天气和台风等灾害性天气事件。由国家气象局下属的气象探测中心、天津气象雷达研究试验中心、长沙…

雷达系统是支撑我国气象工作的关键基础设施之一，它在风暴预警等短期天气预报领域发挥着至关重要的作用。这些系统通过提供实时且精确的数据，帮助监测和预测如强对流天气和台风等灾害性天气事件。

由国家气象局下属的气象探测中心、天津气象雷达研究试验中心、长沙气象雷达标校中心、福建省龙岩市气象局、北京理工大学以及华云敏视达雷达（北京）有限公司共同组成的气象雷达重点创新团队，致力于提升现有雷达网络的探测能力。该团队专注于雷达在天气监测中的潜力和发展，特别是在相控阵天气雷达的关键技术研究方面。

该团队的主要目标是解决业务雷达网络在探测过程中遇到的关键问题，并优化雷达信号处理器的性能、提升雷达全链路的标校精度和观测模式，增强数据质量控制和网络拼图的时空分辨率，以及提高对灾害性天气的识别率和虚警率。

在经历一年的集中研究后，该创新团队在业务雷达网探测能力的提升上取得了显著进展。他们基于采样、二阶双平行结构放大器以及深度学习等技术，提高了雷达在探测微弱信号、动态范围等方面的性能，增强了电磁干扰的抑制能力，并在业务中成功实现了对风电干扰的抑制。此外，该团队还开发了全新的标校方法，实现了对天线五个关键参数的精确标校，并在全国范围内推广应用了包含54项参数的天气雷达标校体系。通过分析强对流天气的强度分布、发展速度和风速范围等特征，团队优化了四种不同的观测模式。他们还开发了基于回波面积大小和顶高度参数的智能识别技术，实现了在四个试点省份的预报主导观测模式智能切换，并计划在全国范围内推广。

在提高天气雷达的短期天气监测技术方面，利用人工智能技术如模糊逻辑，实现了在业务上首次使用双偏振参数来识别非降水回波，准确率高达90.36%。通过深度学习方法，对故障图像的识别准确率达到了99%，较传统方法提高了10%以上。新一代天气雷达网络拼图系统得到升级，时间分辨率从6分钟减少到3分钟。

采用最优重叠区域融合法，成功实现了三个波段天气雷达的网络拼图，距离分辨率从250米提高到了75米，并在成都大运会和杭州亚运会的气象服务保障中得到了应用。通过引入多源观测数据，如探空和雨滴谱仪数据，增加了风暴早期的特征信息，并优化了四类强对流产品的算法。通过使用14次龙卷、52次雷暴大风、165次冰雹和257次短时强降水天气过程对算法进行评估，总体识别率提高了5%，虚警率下降了5%。

在相控阵天气雷达的核心技术研究方面，创新团队进行了横圆柱形曲面相控阵天线的仿真和雷达系统设计，仿真结果与理论预测相符。极化隔离度和第一旁瓣抑制达到了国际先进水平，并基于脉间快速捷变技术设计了扫描模式，解决了宽发窄收导致的的数据质量下降问题。此外，设计了一种结合“近场+中场+远场”的高精度标校方法，在保证快速扫描的同时获取高质量数据。

创新团队为未来的工作设定了目标：到2025年，在全网雷达反射率因子一致性方面，将通过远场相参标校、星地一致性检验分析等技术的研究，力争达到国际先进水平。利用人工智能技术提升数据质量和灾害性天气参数提取的准确性，为监测预警提供更优质的数据产品。研制出达到国际先进水平的信号处理器，并将其应用于业务雷达和相控阵雷达。继续深入研究平板和曲面相控阵的关键技术，确立我国相控阵天气雷达的技术体制，并制定出符合国际先进水平的相控阵天气雷达功能规格需求书。