时候：2023-05-24 08:58:13
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1 概述
海雾是在特定景象形象和水文前提下出产，其能够或许或许使能见度下降到1km以下。海雾品种良多，按照构成特色及陆地环境，可分为平流雾、夹杂雾、辐射雾、地形雾等四品种型，罕见并且规模较大的是暖氛围平流到冷海面上而构成的平流冷却雾。
海雾首要观察手腕是依托内地地域稀少的空中观察站点，首要包罗探空材料、空中景象形象观察站的能见度等数据。可是由于布站限制，其很难监测大规模海雾的散布状态。很是规监测首要包罗激光雷达、云高仪、卫星遥感等，用于停止雾的判识和定量反演方面，但由于这些观察手腕难以辨别大气粒子的相态，对雾和霾的监测比拟难辨别。
2 基于微波辐射计停止海雾监测体例
微波辐射计是一种用于丈量场景（方针）微波热辐射的高活络度领受机，它自身不发射旌旗灯号，只是主动的领受各类物资发射的天然辐射旌旗灯号或反射、散射旌旗灯号。它由于活络度高、功耗小、分量轻、寿命长、靠得住性好、本钱低，另有隐藏性好的特色，是以取得了普遍的操纵。
微波辐射计丈量反演对流层大气温度廓线，水汽廓线，大气总水汽含量，云中液态水含量，边境层地区逆温及大气不不变度、大气不通明度等信息，由此中的边境层温湿度廓线，可判定大气低层的景象形象状态，这对判定雾的生消都是非常无益的。
基于辐射计的输入量，对海雾的监测可从以下的切入点停止。
2.1 判定以后气候情势是不是有益于雾的发生
由空中温湿压数据及廓线数据，实时的大气的不变性及是不是有逆温呈现，并可取得高湿区的散布地区，赞助判定是不是有益于雾的发生。
2.2 可作为单点监测和预告的输入量
温湿廓线、积分水汽含量可供给单点的阈值，同时可作为形式的输入量，但会受布点的影响存在规模性。
2.3 辨别雾与云
操纵卫星监测大雾的难点在于大雾和层云的物理特色几近完整不异，邻近空中为雾，抬升到必然高度便是层云。卫星从太空向空中观察时，若是同时存在层云和雾，很难从观察数据中辨别层云和大雾，由于它们具备几近不异的物理特色和外形表现。由辐射计输入的绝对湿度廓线及云底高度，可辨别雾与云。
2.4 辨别雾与霾
雾与霾在能见度上具备近似性，只依托能见度难以对两者停止辨别。两者的首要辨别在绝对湿度的差别上，辐射计供给的实时湿度廓线及积分水汽和液水含量，均对两者的辨别供给无力的参考。
3 基于QFW-6000型微波辐射计对海雾监测案例
QFW-6000型多通道微波辐射计在景象形象、环保等大气参数遥感监测范畴取得普遍操纵，为数值预告、野生影响气候、短临气候预告、陆地景象形象监测、雾霾监测、大气环境平面监测等操纵体系供给高精度实时大气参数信息，取得了较着的经济社会效益。
QFW-6000型微波辐射计产物在天下各地区已布设数十套，理论证实，产物手艺进步前辈、机能靠得住，遭到用户必定。本文拔取一套在宁波运转的QFW6000辐射计为例，对QFW-6000型地基多通道并行体系体例微波辐射计在海雾气候进程下输入产物环境停止申明。
图1是这次海雾气候进程中QFW-6000型微波辐射计的观察数据，别离是大气中水汽含量、云底温度数据、云中液态水含量、大气的绝对湿度及温度二维时空散布图。
从绝对湿度二维时空散布图上能够或许或许看出，雾延续时候段为00：40-8：30；16：30-18：50，共发生两次，雾垂直厚度约700米，雾区的绝对湿度大于85%。
如图中所示，在雾发生的第1阶段、第2阶段，伴有云层呈现，云高在4000米和1500米摆布，云厚2000米摆布，云底温度也一向保持在高值地区，这些观丈量都很好的表征了雾和云的空间散布，有用辨别雾和云。
在雾发生进程中，大气中水汽供给充沛，同时大气层结不变，呈现逆温景象，逆温高度在700米摆布，有益于雾的发生和保持；到午时时候，大气层结不不变，逆温层消逝，同时近空中绝对湿度下降，雾随之消失。这些实时观丈量有助于监测海雾的生消，同时可为海雾预告供给首要参考量。
4 论断
本文对国产QFW-6000型微波辐射计在海雾观察的体例停止了具体的阐述，同时候析了QFW-6000型微波辐射计在海雾生消进程中的丈量数据。功效标明，QFW-6000型微波射计可精确描写海雾生消的静态变更，其输入参数可操纵于海雾监测，可为海雾监测及预告预警供给须要按照.
参考文献
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作者简介
1.弁言
尽人皆知，在雷雨季候里，强对流气候不只危及飞翔宁静，还常形成民航机场航班大面积备降、出航和耽搁。增强对强对流气候的研讨，进步其短时候预告精确率和邻近预告效力，对确保飞翔宁静、进步航班一般率具备首要的意思。为此，民航黑龙江空管分局构成了一个雷暴科研组，在后期科研功效[1]的根本上，从头设想、研制了一套新的哈尔滨承平国际机场雷暴阐发预告体系，实现了3个首要功效：一是实现了雷暴气候情势的主动近似辨别，二是实现了雷暴呈现几率0-24h短时候预告;三是实现了强对流气候0-1h邻近预告预警。本文首要先容此中的强对流邻近预告营业平台（以下简称营业平台）的设想、研制和操纵环境。
2.设想研制先容
营业平台的设想、研制任务始于2011年4月，低级版本实现于2012年4月，2012年5月并网投入实验，2012年9月经由进程民航西南空管局验收并投入营业运转，2014年3-6月按照新的营业和手艺须要实现了手艺革新和软件进级，并随即投入营业运转。
2.1 硬件设想
营业平台及其联系干系装备的硬件构成布局设想为3局部，其一为雷达探测局部，其二为雷达回波数据文件的贮存、传输和互换局部，其三为营业平台综合阐发处置局部，此中：1）雷达回波的探测由机场设置装备摆设的气候雷达来实现，并以引接的省台气候雷达为备份;2）雷达回波数据文件的贮存、传输和互换等由机场设置装备摆设的景象形象局域网来实现;3）营业平台综合阐发处置局部由1台任务站和1台A4激光打印机构成，并装备报警声响（如图1所示）。
图1 营业平台及联系干系装备布局表示图
图1中，哈尔滨机场今朝设置装备摆设的气候雷达，为民航黑龙江空管分局2010年9月新引进的国产ADWR型C波段多普勒气候雷达，该雷达已于2011年4月经中国民航局核准后在哈尔滨机场正式投入营业运转;该雷达强度场有用探测半径为200km，天线俯仰规模为00-90o，探测定位分辩率为0.1o×150m，探测时候步长设定为6min;该雷达在实现探测后随即对强度场根基数据停止噪声门限及距离勘误、标校等处置，还经进一步处置后输入多种二次产物。图1中所示的省台气候雷达是从黑龙江省景象形象台引接的气候雷达，其型号与机场气候雷达近似。这两部雷达的回波数据文件在实现处置及本机存档后又另存入景象形象局域网，以备营业平台挪用。
2.2 软件研制
营业平台主体软件和终端操纵软件设想在Windows XP及以上环境下运转，其开辟说话操纵C#，其根基布局按功效和研发手艺的须要，设想分别为数据读取保护单位、数据插值处置单位、外推计较告警单位、综合营业功效单位，其操纵主窗体界面如图2所示。限于论文篇幅，营业平台软件的编程进程及其相干手艺办法、软件操纵体例等不再具体先容。
图2 营业平台操纵主窗体表示图
2.3 手艺目标
为营业平台设想并终究实现的首要手艺目标有：
（1）具备规范、雅观的Windows简体中文界面和友爱、快速的人机互动功效，并具备较强的兼容性，只需调剂数据读取体例，便能够或许或许顺应别的范例气候雷达。
（2）主动、快速地拜候景象形象局域网，读取多普勒气候雷达PPI、CAPPI数据，实现坐标转换、回波数据插值处置、品质节制等。
（3）主动、快速地实现雷达回波挪动矢量的计较、挪动矢量的品质节制和再处置，并将回波挪动矢量特色直观地屏显出来。
（4）主动、快速地实现雷达回波的将来地位、外形和强度的阐发、推算并直观屏显，对监测规模内呈现的强对流回波将实时以图象闪灼和雷声等体例告警。
（5）别的综合功效，首要包罗营业平台的参数设置、监测规模预定、监测强度预定、图象打印输入、图形文件贮存、供给赞助信息等。
3.首要手艺办法
3.1 算法简介
（1）接纳的外推算法及其根基道理：营业平台对雷达回波图象的外推计较接纳了穿插相干算法[2]，其根基道理是经由进程阐发相邻时次的雷达回波在必然地区内的最优空间相干性，成立相邻时次的雷达回波的最好拟合干系，计较回波地区挪动矢量，按照挪动矢量特色推算回波将来地位和外形，并强对流邻近预告预警。
（2）算法首要特色：穿插相干算法是经由进程追踪雷达回波的特色来计较挪动矢量、停止回波外推的，是以对必然时段和必然规模内的雷达回波而言，这类算法既斟酌了回波挪动巨细和挪动标的目的的变更，又斟酌了回波地区在挪动中的形变，具备必然的物理意思。据国际外有关研讨标明[2-6]，操纵该算法计较回波挪动矢量、对回波停止0-1h外推是有用的，这在本文所举个例中也取得考证。固然，文中接纳的算法今朝还只是一种线性外推体例，疏忽了回波在挪动中的非线性变更、垂直活动、强度变更等身分，是以若是外推时候太长就落空意思。
3.2 计较流程
（1）起首，把极坐标数据格局的雷达回波停止插值处置并转换到三维直角坐标中，挑选此中具备代表性的高度或角度的强度场数据，将其分别为多少同等巨细的正方形小地区，计较以后时辰t2与前临时辰t1的小地区前后之间的相干系数R（计较公式略）。
（2）而后，经由进程寻觅最大相干系数来肯定小地区之间的对应干系、计较回波挪动矢量：对t2时辰某小地区，找到它在t1时辰中相干系数最大的小地区，t1时辰的小地区即为t2时辰的小地区在Δt（=t2-t1）时段之前的挪动出发点，计较出这两个小地区中点之间的标的目的、距离，即为该小地区的挪动矢量。将各小地区的挪动矢量全数计较出来，就取得了全部雷达回波地区从t1时辰至t2时辰的挪动矢量特色。
（3）最初，对雷达回波地区挪动矢量停止品质节制处置，包罗缺省地区插值处置、挪动矢量标的目的和挪动巨细误差处置后，按照回波挪动矢量对回波停止外推计较，便可取得全部回波地区的外推展望图象。
3.3 回波数据
（1）数据的读取处置：营业平台软件装置在景象形象局域网预告终端上，它经由进程拜候景象形象局域网雷达终端，读取所需的强度场数据，随即停止插值处置和坐标格局转换，软件按照须要在内存中只保留了直角坐标数据格局的5层CAPPI（2-6km）和14层PPI（0.5-19.5o）。
（2）数据可用性阐发：由于强度场数据已过噪声门限、距离勘误和标校等处置，是以不再做近似处置;哈尔滨机场净空前提较好，200km规模内不高峻天然妨碍物，只是机场周边局部野生妨碍物对雷达探测有必然影响。颠末插值处置和坐标格局转换后的强度场数据，只需挑选适合的角度或高度，并颠末手艺节制处置后，便可用于穿插相干阐发和外推计较。
3.4 相干参数
（1）穿插相干小地区的分别：用于穿插相干的正方形小地区巨细要适合，若是分别太大便能够或许滤掉了一些小规范信息，若是分别太小则其包罗的信息就不完整。鉴于新引进的气候雷达探测定位分辩率为0.1o×150m，法式设想中将小地区巨细设定为4.8km×4.8km[3-5]，将相邻2个小地区中点横向和纵向间距设定为2.1km。
（2）穿插相干搜刮规模：在停止穿插计较进程中，并不是将t2时辰某小地区与t1时辰一切小地区都停止相干对照，而是限制在一个特定规模内停止。对t2时辰某小地区在t1时辰的搜刮规模，划定在以该小地区中点为圆心、r为半径的圆形规模内[3-5]，这里r=Vmax・Δt，此中Vmax为回波最大能够或许挪动速率，将Vmax取值为100km/h，则r取值为10.0km。
（3）穿插相干计较步长的节制：穿插相干的计较步长影响挪动矢量的计较精度，法式设想中将t2时辰某小地区在t1时辰搜刮规模内的相干计较步长限制为3个格点[5]，如许固然计较量大一些，但却进步了计较精度。
3.5 品质节制
（1）数据品质的节制[3-5]：为防止噪声、地物杂波等形成的非常低值回波的搅扰，将回波最低阈值设为12dBZ，当某小地区中回波值小于12dBZ的格点数跨越总格点数的40%，该小地区就作为缺省区处置;为防止地物回波、大气折射子虚回波等形成的非常高值回波的搅扰，将相干系数超越0.95的小地区作为缺省区处置。
（2）挪动矢量误差的处置：由于一些杂波的影响、计较进程误差及别的随机身分，致使在挪动矢量计较出来后，经常有一少局部挪动矢量在移速或移向上与周边的别的有用矢量存在较着的差别，对此操纵该挪动矢量周边有用的矢量数据，用线性插值的体例来停止光滑处置[5]、停止计较品质节制。
（3）适合的规模和高度[3-5]：鉴于营业适用性请求，回波强度场数据的程度规模可节制在150km半径规模内;在操纵CAPPI数据时首要操纵3km高度数据，这是由于3km高度回波对强对流降水体系具备必然的代表性;在操纵PPI数据时首要操纵0.5°仰角数据，这是由于仰角太高就不能完整反映远距离地区的强对流信息。
3.6 图象外推
（1）外推体例：接纳线性平流外推，具备PPI外推和CAPPI外推2种外推体例;为有用追踪强对流回波，还接纳了用于监测特定地区的特定外推体例来停止回波外推，即设定一个回波强度监测数值（比方≥30dBZ），邻近预告软件将只对监测值回波地区停止外推，若是在外推图象中存在监测值回波信息，就将以雷声提示和图象闪灼体例告警。
（2）外推时候：鉴于雷达探测时候距离为6min，是以能够或许或许按照须要在1h内停止6min肆意倍数时候外推，比方12min、18min、30min、60min等。在强对流气候前提下，0-1h实时精确的邻近预告必将为空管决议打算供给一个实时有用的首要按照。
（3）预告预警：至于若何按照回波外推展望图象展开邻近预告预警营业、接纳响应的航空管束办法，须要经景象形象台与管束部两边协商后，按照民航有关划定拟定一个可行打算来界定。
4.营业操纵环境
4.1 操纵结果
在2013-2014年、每一年6-8月的雷雨季候里，营业平台对哈尔滨机场每次呈现的雷雨气候进程都停止了0-1h邻近预告预警操纵，此中，30min的雷达回波外推展望图象与实况图象的拟合率到达70.0%，60min外推展望图象拟合率达59.0%，这标明营业平台能够或许或许输入较为实时、精确的邻近预告预警信息，在哈尔滨机场保证航班飞翔宁静和一般的平常景象形象办事任务中阐扬了主动感化，到达了预期结果。
4.2 个例演示
4.2.1 个例气候概略
2014年6月7日，受冷涡体系影响，哈尔滨机场履历一次强雷雨气候进程：19：32（接纳北京时，以下同）强雷暴伴强降水滔滔而至，雷暴延续时候固然很短，不到30min，但降雨量却达20.6mm，并前后形成3个航班备降或出航、共10个航班耽搁。上面是那时接纳PPI特定外推体例停止强回波0-1h外推的操纵环境。
4.2.2 初始数据参数
初始数据为哈尔滨机场2014年6月7日18：21和18：27两个时辰0.5oPPI回波图（如图3所示），此中设定回波强度监测数值≥30dBZ（如图3（b）中的玄色实线内地区所示），别的计较参数与前文中所述的不异。
图3 2014年6月7日0.5oPPI实况及挪动矢量图
图4 2014年6月7日0.5° PPI展望与实况对照图
4.2.3 挪动矢量计较
操纵图3中的两张回波图，计较出回波地区的挪动矢量（见图3（b）中的白色箭头）。从中能够或许或许看出，回波地区挪动矢量是不完整分歧的，按照这些矢量外推出来的回波展望图既反映回波的挪动标的目的和挪动快慢，又反映回波在挪动中的形变。
4.2.4 图象外推展望
按照后期计较出来的回波地区挪动矢量，从外推肇端时辰18：27起头停止外推计较，前后外推出将来10张回波展望图（每次运转时候约为1min），限于篇幅，文中只演示30min、60min外推展望结果，如图4所示，此中，左边为外推肇端时辰18：27实况图与强对流特定监测地区的外推展望图（图4中暗红暗影地区）的分解图，右边为外推时候对应的回波实况图。
4.3 操纵阐发
（1）个例结果阐发：这次针对强对流回波监测地区的每次外推，展望图象与实况图都较为接近，并且外推时候越短越更符合：在30min外推展望图象中（对应时候18：57），展望图象与实况图比拟，全部回波地区的强对流中间地位、规模和外形具备较好的符合性，此中偏南和偏西有两块强对流地区在逐步接近机场，机场也便是从19：00起头闻雷。在60min外推展望图象中（对应时候19：27），强回波地区已到达机场，与现实回波实况图根基分歧，虽接近机场南方的回波地区的外形和规模存在必然差别，但机场周边的强回波地区的中间地位在展望图与实况图中比拟仍比拟接近，而机场也便是从19：32起头呈现了强雷雨，这标明展望图象与实况图之间不较着的时候差别，60min外推图象还是有用的、具备必然的参考代价。
（2）个例缺乏阐发：这次外推操纵也存在一些缺乏，比方在30min外推图象中，机场上空强回波地区左边的一块在实况图中实在已消失，在60min外推图象中，强回波区前沿抵近机场，接近机场南方的回波区的外形和规模也存在必然差别，究其缘由是由于文中操纵的回波外推手艺暂不斟酌回波在挪动进程中的强度变更。
（3）全体结果阐发：在2013-2014年、每一年6-8月共2a的操纵中，营业平台对低气压、锋面和地面槽等气候体系形成的强对流回波具备较好的外推预告预警结果，但对冷涡体系形成的涡旋状的强对流回波的外推结果绝对较差一些。另外在接纳CAPPI外推操纵中，发明CAPPI中间“浮泛”影响外推计较结果，须要下一步停止手艺改良。
5.竣事语
科研组基于哈尔滨机场多普勒气候雷达和局域网络等举措办法，接纳穿插相干算法，设想研制的邻近预告营业平台，操纵雷达回波在持续时次上的空间最优相干性，计较回波的挪动标的目的和挪动巨细，并接纳了须要的回波数据品质节制和计较进程品质节制等办法，有用地停止和防止了非常回波影响、计较误差影响，这对外推展望强对流回波将来的地位和外形、展开强对流气候邻近预告预警在0-1h是有用的。固然，今朝科研组接纳的回波外推体例还临时只是一种线性算法，不斟酌回波在挪动演化中的非线性变更、垂直活动、强度演化等，若是外推计较的时候太长就落空意思。科研组打算在下一步任务中将对营业平台停止手艺再进级，将接纳以后更加进步前辈的处置手艺[4-6]来改良外推算法、完美邻近预告预警体例。
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