雙偏振天氣雷達PUP地圖細化的設計和實現*

田 程，雷登林，彭 茜，鐘 健，孫飛飛

(1.貴陽市氣象局，貴州 貴陽 550002；2.貴州省榕江縣氣象局，貴州 榕江 557200)

0 引言

榕江新一代天氣雷達(CINRAD/CA-D)于2019年10月建設完成并投入運行，它是全相參脈沖多普勒雙偏振天氣雷達，其利用極化技術和降水粒子的極化特性，發射水平和垂直兩種極化的電磁波，這兩種不同極化狀態的電磁波照射到各種降水粒子上，其后向散射回波中包含了粒子的狀態信息，不同形狀的粒子引起的反射率、差分反射率、差分傳播相移、共極化相關系數是不相同的，利用雙通道接收機就可以得到降水粒子強度、速度、譜寬、差分反射率因子、差分傳播相移、比差分相位、相關系數等偏振參數。通過對雙偏振參數的估算，可以推導出降雨量，降水粒子的形狀、尺寸、指向、相態和滴譜分布及降水類型，如冰雹、雨、雪等，為人工影響天氣和防雹作業提供了更可靠的依據，同時也提高了定量估測降水的精度，可更有效地提高短臨天氣預報質量。但此型號的雷達配套產品查看軟件PUP的地圖地理信息精度只到縣級，沒有提供更精確的背景地圖，無法滿足汛期災害性天氣監測的需要。文獻[1-3]等通過修改UserMap.dat文件結合PUP的自定義地圖編輯功能實現了PUP地圖的細化工作，但CINRAD/CA-D雙偏振天氣雷達配套的PUP沒有配置UserMap.dat文件，也沒有自定義地圖編輯功能，無法用文獻[1-3]的方法實現地圖的細化工作，本文通過解析此版本PUP的default.map地圖數據格式成功的添加了鄉鎮一級的地理信息，有效的解決了PUP地圖信息不夠精細的問題，降低了氣象工作者識圖的難度。

1 地圖細化的設計與實現方法

地圖文件default.map在Windows上存放在D:PUPconfigmaps路徑下，版本為PUP Version 11.3.2-C DP(Build 6009/12654)；在Unix上存放在FilesystemoptPUPconfigmaps路徑下，版本為PUP Version 11.1.3-C DP(Build 5309/14556)。default.map可使用Window或Unix上自帶的文本編譯器打開，按照數據格式對其添加可實現PUP地圖的細化工作。

1.1 Default地圖格式的解讀

氣象資料地圖數據格式常用BLN數據格式，它的點數據采用“經度 緯度 地名”的數據格式，其線數據采用“連接點的個數經度1，緯度1……經度,緯度”的數據格式，并且經緯度單位為“度”。Default地圖文件里面的點數據以烏魯木齊為例為“TEXT 157647 315382 烏魯木齊”,通過對比分析可知此文件中的經緯度數據是以秒為單位，且緯度在前，經度在后。本文的目的需將常用的BLN地圖文件格式轉換成Default地圖文件需要的地圖格式。Default地圖文件中的數據格式具體說明如下：

1.1.1 點數據格式 點數據的格式及說明如下：

LAYER CITYNAME(分為兩級：CITYNAME或COUNTYNAME)

SIZE 12(文字大小)

POSITION LEFT(文字方位)

FONT COURIER NEW(文字字體)

FONT_COLOR #7FFFD4 #0000FF(文字顏色)

點記錄1 TEXT 緯度1 經度1 地名1

點記錄2 TEXT 緯度2 經度2 地名2

… … … … …

點記錄N TEXT 緯度N 經度N 地名N

點數據分成兩級，在未放大的情況下只顯示CITYNAME(市州地名)，地圖放大后才顯示 COUNTYNAME(縣級地名)。可以修改文字大小、文字方位、文字字體和文字顏色，用經緯度和地名來定位點數據，并在雷達PUP地圖上顯示。

1.1.2 線數據格式 線數據的格式及說明如下：

LAYER PROVINCE(分為3級：PROVINCE、CITY或COUNTY)

LINE_COLOR #CEFF9D #888888(線段顏色)

線記錄1 GAP POINT 緯度1 經度1 … POINT 緯度2 經度2 … POINT 緯度經度

線記錄2 GAP POINT 緯度1 經度1 … POINT 緯度2 經度2 … POINT 緯度經度

… … … … …

線記錄N GAP POINT 緯度1 經度1 … POINT 緯度2 經度2 … POINT 緯度經度

線數據分成3級，在未放大的情況下只顯示PROVINCE、CITY(省界和市界)，地圖放大后才顯示 COUNTY(縣界)。可以修改相應邊界的顏色，并用經緯度組的方式在雷達PUP地圖上顯示此線段的位置。

1.2 點數據的添加

只需知道要添加點的經緯度，將其單位轉化成度，乘以3600后按格式添加到LAYER COUNTYNAME字段后面即可。

1.3 線數據的添加

要添加新的線數據信息，需要知道這條線沿途的經緯度，并將線數據添加在LAYER COUNTY字段后面。線數據信息量很大，需要通過編程來轉換數據。采用C#編寫程序實現了相關數據的轉換。轉換程序采用了“榕江_In_鄉鎮.bln”文件作為榕江鄉鎮線數據的來源。其數據格式為：畫此線段需要經緯度的個數加上對應的經緯度，單位為度，保留小數點后13位。程序流程見圖1。

圖1 CINRAD/CA-D雷達地圖線數據轉換流程圖Fig.1 CINRAD/CA-D radar map line data conversion flow chart

程序流程為：以數組形式讀入“榕江_In_鄉鎮.bln”文件數據，使用GAP字段替代經緯度個數，將經度和緯度倒裝后分別乘以3 600保留小數點后兩位，然后在緯度前添加POINT字段，最后輸出新格式地圖數據。圖2為軟件界面及部分數據轉換結果。

圖2 CINRAD/CA-D雷達地圖線數據轉換程序Fig.2 CINRAD/CA-D radar map line data conversion program

2 榕江雷達地圖細化前后效果對比

榕江雷達地圖細化前后的變化情況見圖3。

圖3 細化前(a)、細化后(b)的地圖Fig.3 Background map before (a)and after (b) detailing design

3 結語

榕江新一代天氣雷達(CINRAD/CA-D)是最新型的C波段雙偏振天氣雷達，其它型號的雷達PUP地圖細化方法無法在此型號的雷達上使用，本文尋找到了新的方法實現了此型號配套PUP地圖的細化，該細化方法同時適合其它類似型號的雷達。在此將線數據地圖轉換程序共享在“https://pan.baidu.com/s/1sjbOEJhDzpslDqg3z5EP4Q 提取碼：rk71”地址，希望為其它雷達站提供參考。