天氣雷達(dá)反射率與Micaps氣象數(shù)據(jù)的讀取

李雪松 王雅琦

四川省氣象探測數(shù)據(jù)中心 四川 成都 610072

引言

氣象傳輸平臺和氣象數(shù)據(jù)庫為天氣預(yù)報業(yè)務(wù)提供了至關(guān)重要的保障，氣象數(shù)據(jù)探測技術(shù)是保證數(shù)據(jù)庫內(nèi)氣象數(shù)據(jù)完整、多樣、高密度、高效率的基礎(chǔ)。只有跨大時間尺度以及空間尺度的大量氣象信息匯聚，才能實現(xiàn)現(xiàn)代化、高質(zhì)量的各類型預(yù)報產(chǎn)品。Micsps數(shù)據(jù)是一種氣象站點的數(shù)據(jù)格式，用以記錄站點氣象信息，天氣雷達(dá)則通過遙感技術(shù)接收電磁波回波信號探測信息。

1 數(shù)據(jù)采集原理

1.1 遙測技術(shù)測量原理

各站點分有無線電接收雷達(dá)、處理器和不同類別傳感器，傳感器包裹于被測物體當(dāng)中，探測氣象數(shù)據(jù)并傳送至處理器，后通過無線電傳輸將數(shù)據(jù)傳回地面站點，站點按照既定協(xié)議編排成報文上傳并入庫。

1.2 天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)采集原理

雷達(dá)于多個定仰角360°全方位采樣，在某一仰角，雷達(dá)天線繞垂直軸掃描360°為1次PPI顯示掃描，所采圓錐面各類資料均于各仰角完成數(shù)據(jù)采集，所有仰角組成數(shù)據(jù)體掃。反射率為所采集數(shù)據(jù)中一類，短時天氣預(yù)報中十分直觀，采用數(shù)字信號技術(shù)和彩圖顯示。

2 各類數(shù)據(jù)格式

2.1 SA/SB基數(shù)據(jù)格式

SA/SB雷達(dá)基數(shù)據(jù)格式讀取時，首先，按如表1所示說明定義結(jié)構(gòu)體，將結(jié)構(gòu)體寫入頭文件中，在view類中包含此頭文件[1]。其次，按VC++語言定義變量并分配內(nèi)存空間，用函數(shù)將其讀出，放入已分配的內(nèi)存空間[2]。最后，在view類中調(diào)用并處理[3]。

表2 風(fēng)鈴格式文件頭文件的總格式

讀取位于字節(jié)數(shù)37至38的方位角，該參數(shù)為描述所列數(shù)據(jù)探測時方位，PPI顯示中有3個坐標(biāo)，即為仰角、方位角、距離。方位角可直接得到，距離為是距離庫數(shù)和庫長的乘積，仰角存儲是離散的，存儲時用編號替代，使用頭文件里指針讀取數(shù)據(jù)。

2.2 SPT基數(shù)據(jù)格式說明

風(fēng)鈴文件復(fù)雜性較高，頭文件結(jié)構(gòu)體分3個子結(jié)構(gòu)體，分別為站址段、性能參數(shù)段、觀測參數(shù)段（如表1所示）[4-6]。站址段用以記錄雷達(dá)位置。性能參數(shù)段用以記錄并且描述該雷達(dá)的性能參數(shù)。程序中使用需觀測參數(shù)段部分信息，第一，各層的仰角是以數(shù)組形式存儲[7]；第二，庫長和距離庫數(shù)，用以計算距離；第三，仰角的徑向數(shù)通過格式協(xié)議讀取，用以分辨方位角間的間隔度數(shù)[8-9]。

2.3 Micaps第二類數(shù)據(jù)格式

Micaps第二類數(shù)據(jù)格式為站點遙測數(shù)據(jù)格式，存儲方式為txt文件。頭文件首行為說明信息，次行為數(shù)據(jù)資料。比如：第一排為“diamond 2數(shù)據(jù)說明（字符串）”；第二排為“年、月、日、時次、層次、總站點數(shù)”。“diamond 2”表示此文件為Micaps第二類數(shù)據(jù)，總站點數(shù)為采集站點個數(shù)。讀取時逐排讀入，每排存儲1個站點信息，將所讀數(shù)據(jù)存入字符型數(shù)組中。格式為：區(qū)站號（長整數(shù)）、經(jīng)度、緯度、海拔高度（均為浮點數(shù)）、站點級別（整數(shù)）、高度、溫度、溫度露點差、風(fēng)向、風(fēng)速（均為浮點數(shù)）[10]。圖1為舉例說明Micaps第二類數(shù)據(jù)格式。

3 運行結(jié)果

3.1 讀取SA格式數(shù)據(jù)運行結(jié)果

如圖2所示，通過程序讀出數(shù)據(jù)后顯示于PPI中，圖中5層同心圓中心位置則為雷達(dá)所在位置，被測物與雷達(dá)位置關(guān)系比例為每60個像素等同于50m等繪制于圖中，顯示結(jié)果為反射率。

圖2 SA數(shù)據(jù)格式反射率PPI顯示

3.2 讀取SPT格式數(shù)據(jù)運行結(jié)果

圖3 為SPT格式讀取的反射率回波圖，可看出數(shù)據(jù)色卡分布在綠色和藍(lán)色區(qū)域色帶，則可分析出云狀以層云為主。

圖3 SPT數(shù)據(jù)格式反射率PPI顯示

3.3 讀取Micaps第二類數(shù)據(jù)運行結(jié)果

圖4 所示為讀取Micaps第二類數(shù)據(jù)顯示界面，在上方下拉菜單中點擊“選擇站點號”，并輸入站點號后怎能將該站點號對應(yīng)臺站所探測信息顯示如圖。

圖4 Micaps第二類數(shù)據(jù)信息顯示界面

4 結(jié)束語

本研究探討2類天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)格式和1類高空站數(shù)據(jù)格式的讀取與顯示，實現(xiàn)將庫存天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)和Micaps數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn)，為此3類數(shù)據(jù)的處理及應(yīng)用提供了基礎(chǔ)條件，為其他氣象數(shù)據(jù)的讀取提供了方法參考，為此類數(shù)據(jù)的其他讀取方式提供了算法借鑒基礎(chǔ)，為雷達(dá)其他相關(guān)基數(shù)據(jù)的讀取及處理創(chuàng)造的環(huán)境條件，為遙測和遙感兩類高空數(shù)據(jù)的對比分析提供了平臺基礎(chǔ)，提升了短時預(yù)報的準(zhǔn)確率，為氣象相關(guān)研究搭建了更廣闊的平臺。