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基于雷达产品基数据的计算机反算技术研究
摘要: 新一代多普勒天气雷达是日常气象业务预报中不可或缺的工具。但是,新一代多普勒雷达目前相对来说只覆盖了全国有代表性的少数大中城市,特别对于西部来说,雷达布点密度低已经成为影响当地研究和业务工作的一个重要因素。对于全国大部分地区,由于缺少雷达基数据,只能依靠业已形成的雷达产品进行业务应用,无法结合当地局地条件进行相适合的雷达产品开发,这也很大程度限制了雷达应用的效果。本研究结合数字图像处理技术,对雷达产品的RGB图进行处理和反算,比较精确的得到了相对于该产品的雷达基数据。并且开发了反算雷达基数据的业务化平台,对2007年8月9日11时16分的合肥多普勒雷达强度产品进行反算,得到了很好的效果。
关键词: 气象雷达;基数据;数字图像处理;反算
引言
新一代天气雷达系统建设是我国20世纪末21世纪初的一项跨世纪的气象现代化工程,具有重大的意义和深远的影响,多普勒天气雷达对于强天气的探测和预警有着重要的意义。根据新一代天气雷达的布点原则,在我国沿海和多强降水地区部署S波段雷达,在我国强对流天气发生频繁和经济比较发达的中部地区,部署C波段雷达,其他地区仅在省会和一些需要重点监测的大城市部署多普勒雷达。这种布点方式综合考虑了经济,网点代表性等各方面的因素,使得目前天气雷达的业务使用效果得到了很好的验证和提高。但是,考虑到网络传输,信号可靠性和计算机性能等各方面的原因,雷达基数据的后续处理只是停留在已经建立了雷达站的市一级气象局,其他各地只能通过已经处理好的雷达产品对当地的气象状况进行监测和评估,这阻碍了雷达产品开发和应用的局地化,限制了雷达产品的效率。同样,对于各个高校和研究机构而言,雷达基数据是进行雷达研究的基础,由于获取雷达基数据的困难,造成了研究的不方便,在一定程度上妨碍了研究的进展。目前尚无该方面的行之有效的解决方法。本文结合数字图像处理技术,对网络上截取的雷达产品生成图进行代数运算,反算出需要的雷达基数据,利用该基数据可以进行符合当地条件的二次产品开发,或者利用PUP进行更多种产品的显示,提高了天气雷达在一些没有雷达站地区的使用效率。
1数字图像基础
图像时由“照射源”和形成图像的“场景”元素对能量的反射或者吸收相结合而产生。对于天气雷达系统来说“,照射源”是雷达发射的电磁辐射“,场景”元素则是对电磁波进行反射的气象目标物,天气雷达成像系统获取了场景反射的能量以后,经过一系列的计算处理,将其映射到图像平面,经过采样,量化,和数据二次处理后即得到了计算机屏幕上显示出的雷达产品图像如PPI,RHI,VAD等等。
一般来说,数字图像包括二值图,索引图,灰度图和RGB图四种类型。一般来说,从计算机上看到的雷达产品图像属于RGB图像。具有R(红色),G(绿色),B(蓝色)三个颜色通道,每个颜色通道的值在0到255之间变化。在雷达产品图中,每个像素由1×3的像素向量来表示,每一列向量分别表示R值,G值和B值。比如说,对于方位角为30度,距离为100公里的某个探测单元,假若其强度是5dBZ,则其强度产品图的RGB索引(根据PUP应该是(15,255,15),索引坐标和其方位角以及距离相对应。
2雷达产品图的获取和预处理
目前全国的雷达站的各种产品图