多普勒雷达回波与闪电定位地闪信息融合系统初探

多普勒雷达回波与闪电定位地闪信息融合系统初探

齐海超1李春影1张春龙

1.黑龙江省雷电灾害预警防护中心哈尔滨150030

摘要：为更好地综合运用多普勒雷达回波资料及闪电定位地闪资料，本文旨在初步探究一套“多普勒雷达回波与闪电定位地闪信息融合系统”，由闪电定位云地闪信息反演雷电实况，利用雷达回波筛选闪电定位信息，再运用于雷电预警，提高预警准确率。

关键词：雷达回波；地闪；融合系统

0引言

近年来，我国雷电监测预警技术得到了快速的发展，多个省市已组建了闪电定位监测网，黑龙江省目前结合卫星风云图像产品、多普勒雷达回波图像、气象地面及高空探测等综合数据开展强对流天气短时预报。

黑龙江省于2001年年初安装了CINRAD-CC3830型C波段新一代天气雷达，获取了大量降水与非降水回波资料。目前已投入使用的雷达共7部，布点在哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江、佳木斯、加格达奇、九三、伊春，新一代多普勒天气雷达包括三个子系统：雷达数据采集子系统（RDA）、雷达产品生成子系统（RPG）、主用户终端子系统（PUP）以及连接它们的通讯线路。雷电监测预警中心通过调用省台雷达回波下载程序及CINRADCBROWSER2.0监控系统（PUP），获取、存储和显示雷达产品。雷达回波主要分为降水回波和非降水回波，雷暴发生发展主要监测降水回波的变化过程，如积雨云降水回波、层状云降水回波、积云层状云混合降水回波，发生阶段PPI上的回波呈块状带状，内部结构密实边缘清晰，成熟阶段PPI上的回波块体大内部结构密实边缘清晰局部发毛，回波强大很大，消散阶段PPI上的回波尺度仍较大，但内部结构松散边缘发毛，顶高仍较高但强度梯度明显降落，强回波位于中下部，尺度和强度不断减小，强回波高度不断下降，后期出现“零度层亮带”，它在PPI（高仰角）上表现为一明显的中强度色标圆环或圆弧，其强度常达30-40dbz，较附近的回波要强10-20dbz。“零度层亮带”可以作为判断雷暴趋于消散的一个指标。

黑龙江省闪电定位系统由21个探测子站组成，采用时差和方位混合多站综合定位方法，主要探测的是云地闪，闪电资料包括时间、位置、极性、强度、陡度等参数，通过这些参数可以及时掌握雷电发生动态。

根据强度大小划分雷电报警等级，若监测得到的闪电强度超过标准值，及时发出预警。当某地发生雷电灾害时，闪电定位历史数据可以为雷电灾害调查鉴定提供参数，为更好地分析雷击原因、改进避雷设施方案做支撑。另外通过大量数据的统计分析来研究闪电的空间分布特征、云地闪密度及强度，分析雷电发生发展规律，有助于了解黑龙江省雷暴规律，对划分雷灾区域，提高防雷技术服务水平有积极意义。

1软件应用前景

目前我省雷电预报预警主要由人工实时监测卫星云图、雷达回波图像及闪电定位信息，由强对流云系的分布和走向、降水回波因子的变化以及闪电定位数据综合判断未来雷电发生区域及时间的可能性。这种预警并不能达到资料运用效率最大化，其预警结果准确率也有待提高。

为更好地综合运用多普勒雷达回波资料及闪电定位地闪资料，本文旨在初步探究一套“多普勒雷达回波与闪电定位地闪信息融合系统”，由闪电定位云地闪信息反演雷电实况，进一步分析雷电发生发展的雷达回波图像，剔除虚假回波，对比分析出对雷电信息有标示性意义的预警预报因子，并通过多次雷电过程总结雷达回波预警因子的预警阀值。反之，由于闪电定位系统只能监测到云地闪，无法监测到云闪，完全可能有降水回波而无闪电定位数据，造成闪电定位数据漏测；由于仪器过于灵敏，把环境噪声等误记为闪电记录，造成闪电定位数据误测，因此有必要借助雷达回波数据判别分析闪电定位的漏测率及误测率，筛选闪电定位信息，再运用于雷电预警，提高预警准确率。

该融合系统能够更有效科学地运用雷电监测资料，当从数据库调用雷达回波及闪电定位资料时，通过前期处理，剔除掉很多干扰因子，提取有用信息，形成再分析资料，录入再分析资料数据库，可用于雷电监测预警平台的雷电监测预警服务系统、专业用户预警服务系统及防雷减灾业务管理信息系统。该系统自动输出的“雷达闪电信息叠加图”，可用于分析典型雷灾，反演雷电过程实况，可以作为雷电灾害调查鉴定及重点区域雷击环境评价等防雷科技服务工作开展的依据。

2软件主要内容

黑龙江省闪电定位网由2005年开始投入使用，应用于强对流天气临近预报。新一代多普勒雷达已存储大量雷达回波数据，雷暴发生发展主要检测降水回波的变化过程，通过回波基本反射率、组合反射率、液态水含量、多普勒速度、一小时降水等体扫图片，分析降水回波。本文旨在初步探究一套闪电定位地闪信息及多普勒雷达回波融合分析系统，进一步处理雷电监测数据，应用于雷电预警及防雷科技服务。

2.1闪电定位信息与雷达回波的对比分析

闪电定位系统监测的云地闪数据与多普勒雷达监测的回波信息是目前雷电监测预警的重要数据来源，闪电定位系统能很好地演示雷电发生历史情况，可以定位雷电流走势及强度变化，但是由于闪电定位系统受环境干扰因素大，且无法监测云闪数据，所以又漏测和误测的可能性。而多普勒雷达回波虽监测数据较精准，但是仍无可避免虚假回波的产生，因此，对比分析两种资料，互相剔除虚假信息，有利于更有效地提高资料利用率，提高预报准确率。

2.2再分析资料数据库

原始闪电定位资料经初始处理，存储于SQL数据库中，预警信息和闪电定位图像的显示需要从数据库调用资料，雷达回波图片读取后以图片存储，经对比分析后的雷电资料，应建立再分析资料数据库。

2.3闪电与雷达信息叠加图

单独观测闪电定位系统和雷达回波图像，只能通过人工分析预警雷电流走势和强度变化，不能充分有效地利用雷电监测资料，所以绘制闪电与雷达信息叠加图对雷电信息分析有指导意义。通过闪电及雷达信息的对比分析，筛选出对雷电预警有指示作用的预警预报因子，设定预警阀值和等级，用不同颜色或图标标识，应用于图像分析及预警发布。在图像叠加组合时要尽量做到，不降低资料的时空分辨率和动力学特征，达到原始信息完全展示的目标。

2.4预警服务

本文资料融合系统，可单独应用于预警服务，也可以嵌套在雷电监测预警专业服务系统中作为一项子系统运用，结合卫星资料、地面及高空探测资料进一步分析雷电。未来大气电场仪网络布设后，可以在本系统中融合地面电场仪的资料，为雷电灾害调查鉴定、重点区域的雷电环境影响评价及防雷装置检测验收做技术服务支撑。

参考文献：

[1]张晰莹等.新一代天气雷达回波图集.黑龙江.2005年8月.

[2]于震宇等.黑龙江闪电定位资料分析.黑龙江.黑龙江气象.2008年9月，第25卷增刊.