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        广东创新雷达协同组网观测 “智慧眼”辨识强对流行踪

        发布时间:2021年04月07日 来源:中国气象报社

          研制世界领先的多波束X波段和C波段双极化相控阵雷达,开展多类型设备组网协同观测试验,攻克龙卷风监测时空分辨率不足的难题,实现龙卷风智能识别和快速预警,是广东省气象局气象探测创新团队当下和未来几年必须要啃下的“硬骨头”。

          2020年,在广东省气象局技术总师敖振浪的带领下,省气象探测数据中心联合珠海纳睿雷达科技股份有限公司、中国气象科学研究院等单位组成项目团队,依托广东省重点领域研发计划项目进行科研攻关,旨在开展多波束双极化相控阵雷达研制及龙卷风探测业务应用,重点解决龙卷风探测设备、观测方法、智能识别及快速预警等“卡脖子”技术问题。

          不畏任重,不惧时艰,迈向国际先进水平,是团队成员的信念与决心,但他们明白,对雷达研发的各项难题需要逐个攻关。

          截至目前,广东省新一代S波段天气雷达组网观测(已建设12部)涵盖了组网雷达同步控制系统软件研制、硬件改造以及工程建设等多项关键技术创新成果,近两年建成的粤港澳大湾区X波段双极化相控阵天气雷达监测网络(已建设22部)也逐步在中小尺度强对流天气监测预警中取得显著成效,并将与新一代S波段天气雷达组网观测“协同作战”,编织捕捉龙卷风、台风、暴雨等强对流天气的天罗地网。目前,粤港澳大湾区X波段双极化相控阵天气雷达监测网络已经全面组网应用,在灾害天气监测预警中发挥了重要作用。

          “现有S波段新一代天气雷达在设计上更加适用于大范围的探测和预警,由于地球曲率的影响,低空区域特别是1000米以下的空域探测存在盲区,X波段双极化相控阵天气雷达具有的超高时空分辨率探测能力,能够较好地弥补低空探测的不足,从而有效覆盖中小尺度强对流频发的低空区域,使快速变化的灾害性天气监测不漏网,也有助于定量估测降水更加准确可靠。”敖振浪说。

          在已实现S波段新一代天气雷达组网与X波段双极化相控阵天气雷达组网优势互补的基础上,项目团队突破传统,对龙卷风探测业务发起“进攻”。

          “多波束双极化相控阵雷达研制及龙卷风探测业务应用”项目利用X波段在粒子敏感性和测量精度方面的优势和C波段在探测距离、雨衰、相位敏感性方面的均衡性能,设计“4+1+1+N”组网布局模式,由X波段精细化雷达、C波段高速搜索雷达和辅助监测设备等构成观测网;设计协同自适应观测策略和同步观测算法,实现雷达探测交叉区域回波精准同步,形成三维格点场,解决龙卷风监测预警探测超精细时空分辨率、无缝隙、全覆盖及智能识别的问题。

          此外,项目团队还研制了两型龙卷风专用雷达,实现超精细时间和空间探测能力的双重突破,这正是团队提出的“猎犬侦测法”——建立多种设备组成的协同观测网,联合监测龙卷风;利用多源观测数据融合技术研究龙卷风宏微观特征,提取特征参量,建立强对流识别模型,基于该模型利用模糊逻辑法实现龙卷风的智能识别;提出基于智能识别结果的龙卷风分级预警新概念,设计基于监测结果的全媒体直通式即时预警发布体系;利用数值模拟技术,揭示龙卷风的精细三维结构,研究分析龙卷性超级单体的形成机理。

          随着经济社会的快速发展,突发性强的龙卷风等灾害性天气造成的经济损失和人员伤亡逐渐增多,应对灾害性突发天气的压力与日俱增,防灾减灾工作任务艰巨。协同组网观测及龙卷风探测业务研究,将大大提高特定区域的龙卷风和致灾大风等强对流系统的预警时效,为政府部门应急指挥提供实时监测信息,促使其有效组织此类气象灾害的防御,及时疏散受灾区域人员,从而最大限度减少人民生命财产损失。

          (作者:王天巍 刘艳中 责任编辑:张林)

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