一种空管气象雷达预警系统的设计与实现

《一种空管气象雷达预警系统的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、一种空管气象雷达预警系统的设计与实现　　摘要：提出一种符合空管气象运行实际的预警系统，系统主要针对汕头空管站所处潮汕机场夏季多雷暴的现状，设计实现一种有效的雷暴预警预报功能，软件通过C#设计与实现。　　关键词：空管气象；雷达；预警预报　　1概述　　当前民航飞行受天气影响出现的航班延误等问题日益严重，天气因素成为影响空中交通管制的重要因素。特别是雷暴，其在东南沿海地区的航空气象中更为常见。雷暴是一种对流运动强烈发展而形成的天气现象，相关航空规定禁止飞行物在雷暴区和积雨云中飞行。另一方面，空管对天气信息的把握主要依赖气象雷达。因此，空管气象雷达如果对雷暴能够有一定的预警预报功能对于我们的保障

2、工作无疑是锦上添花。本文从汕头空管站的运行实际出发，提出一种空管气象雷达预警系统，针对雷暴的预警预报提出一些看法，并通过软件实际加以设计和实现。　　2系统的总体思路　　通过空管气象雷达的回波资料，系统必须进行预处理，滤除相应的杂波和层状云等信息后，结合阈值设置和判别将可行的区域识别为雷暴。因此，系统主要有特征相似、距离优先以及上限设置等三个判别条件对对流云图进行跟踪和处理。当然，过程必须包含本地雷暴的历史经验权重，对雷暴的具体质心以及体系进行线性回归预算。系统必须包含以下主要功能：数据处理；雷暴识别与跟踪预警；预警显示和分析。其中数据处理包含数据的整体管理和数据的有效性控制，雷暴识别与跟

3、踪预警则重点关注雷暴的区域更新、速度更新等，对雷暴进行跟踪和预警；预警显示则在于对降雨量、垂直积分降水总量以及雷暴质心等计算，雷暴分析则在于雷暴的统计分析、风场计算等主要分析计算功能。　　根据空管实际工作，设计的数据来源主要有雷达数据、观测数据。这两个主要数据来源通过数据预处理（包括杂波滤除、亮带过滤、顶高过滤和异常过滤）形成标准的气象雷达数据，根据数据再进一步进行雷暴的跟踪识别、风场计算和降水量计算。　　在空管气象雷达上，雷暴主要体现是反射率高于某一特定阈值的一个连续区域。因此，系统定义一个完整的雷暴则需要一个更大的体积区域，该区域反射率小于等于系统设定的阈值。雷暴生成和运动的轨迹在实

4、际中比较复杂，因此系统在软件设计上必须有相应的数据模型描述雷暴的生成，甚至包括过去状态、现在状态以及预测状态，为预警系统提供数据手段。MDV格式是一种可以实现内部数据压缩以及良好数据元支持的格状数据模式，并且在实际工作中，MDV可以提供以时间时刻命名的文件检索方式，其对反射率、温湿度和风速等具体气象信息有丰富的记录功能。因此，本文的预警系统，一方面采集来自气象雷达的数据，另一方面通过MDV数据进行辅助。介于观测数据主要通过航空报文采集分析，因此，系统在实现上必须有一个良好的数据结构分析和统一处理。系统实现上主要以C#进行软件设计，并且在数据库设计上采用SQLserver。这两者有较好的数

5、据封装交互接口，对于软件设计而言可以减少设计开发的压力。数据结构统一上，通过txt文本文件实现雷暴的描述，主要数据包括观测的时间、雷暴数量以及反射阈值。在上述经验值参与运算的设想下，系统对于当前雷达回波图和历史回波图必须建立相应的联系，识别出历史回波图对当前有影响，则软件对其进行相应的标示等级。与此同时，定义一个雷暴类，该类在属性上包含有历史、当前和预测值三个主要子类。再之，雷暴的主要形态在气象雷达图上主要体现在时间、经纬度位置以及特征参数，当前空管气象雷达主要采用国际时，而经纬度坐标则必须考虑相应的投影坐标平面转换（此处篇幅所限不赘述），雷暴的特征参数则主要在于雷暴单体顶部、最大反射率

6、以及运动描述的质心。　　3基于气象雷达的预警技术设计　　气象雷达是空管气象信息的主要获取手段之一，其通过电磁波散射而显示出回波特征形成图像信号对雷暴等天气信息进行描述。其中，雷达的回波强度来自雷达参数设置以及气象降水体散射特征，通过回波的强度和分布，预报人员可以推断天气系统的性质从而预测天气状况。参考相关文献雷暴的回波阈值设定可以定义为30～40dB。因此，雷暴识别可以通过距离、方位和高度进行气象雷达回波图的计算。在回波图坐标上选择反射率大于阈值的线面，线面组成了不同的栅格，通过不同线面上的包含与被包含的关系的计算可以得出相邻间的连线。这种处理可以降低软件算法的计算维度，提高算法效率。　

7、　雷暴分析则首先计算相应的雷暴参数，包括雷暴顶与底、体积、倾斜角和方向以及反射率高度等。再之，在三维立体空间里建立起区域功能的反射率柱状图，通过用椭圆算法定义出雷暴的行状，在二维空间中通过预计区域内数据组参数组成变化定义椭圆的参数，主要在长半径和短半径两个主要方向上。与此同时，组成转换参考方差矩阵中的特征向量计算，通过特征向量一致性计算得出在笛卡尔坐标上椭圆的长短半径从而得出雷暴的形状。　　在雷暴的预警和跟踪上，系统采用对空管气象雷