摘要：雷达回波外推是临近预报、人工影响天气作业及效果评估的主要参考依据之一,快速准确的回波外推技术一直是雷达气象领域的研究热点。近年来,基于深度学习的时空序列预测模型在雷达回波外推中得到了广泛应用。然而,这些外推网络架构的输入大多用16级伪彩色雷达回波强度产品转化而来的灰度图,丢失了许多回波细节,并且随着外推时间延长,误差不可避免地增大。回波的生消、移动、演变与天气背景紧密相关,因此,将北京城市气象研究院研发的新一代快速更新多尺度资料分析和预报系统的临近数值预报子系统(RMAPS-NOW)初始零场的部分物理量产品融入华北雷达拼图原始数据,构建多个雷达单元(Radar cells),并将这些雷达单元作为输入,基于卷积长短期记忆网络(ConvLSTM),设计了一个多通道雷达回波外推网络架构(MR-ConvLSTM)。另外,考虑到卷积算法的平滑性,构建了自定义损失函数,增加回波强度的时空权重进行时空衰减订正。选取(40.65°—41.65°N,114°—115.4°E)内2018—2021年的6—9月共13000组华北雷达组合反射率因子拼图及RMAPS-NOW初始零场数据,其中的80%共10400组为训练集,20%共2600组为测试集。引入的物理量包括多个高度层的u、v风(1350 m),相对湿度(RH,150 m),水平散度(1350 m)等,基于ConvLSTM及MR-ConvLSTM加自定义损失函数,分别训练得到5个雷达回波外推模型。采用临界成功指数(CSI)、命中率(POD)、虚警率(FAR)作为评价指标,利用测试集对所有模型进行评估。基于引入物理量的MR-ConvLSTM训练得到的模型在20、30、35 dBz反射率阈值下,比未引入物理量的基于ConvLSTM的外推模型CSI值平均高4.67%、13.8%、5.98%,POD值平均高3.1%、7.68%、8.38%,FAR值平均低6.37%、8.54%、10.17%,同时引入3种物理量(RH、u、v)的外推模型在不同阈值的各项指标中综合表现最好,其CSI、 POD值在3种不同阈值下比未引入物理量模型平均高16.01%、13.38%,FAR值平均低14.88%。从模型应用的个例可视化也可以看出,引入物理量后有效提升了雷达回波外推的准确度,证明基于MR-ConvLSTM架构训练的雷达回波外推模型有较强的泛化能力。

摘要：基于极端灾害性天气对高时空分辨率的探测需求,提出了一种采用平板阵列天线和全数字收发组件,并具有双线偏振功能的S波段相控阵天气雷达系统的实现方法,并对涉及的关键技术进行了研究分析,提出了基于脉内频相扫多波束的扫描策略设计,以及基于机内标定系统的在线标定设计思路。最后采用研制的工程样机开展了强对流天气观测试验,并与CINRAD/SAD雷达的观测数据进行了对比,对比结果表明采用该方法设计的工程样机对强对流天气的观测具有一定优势。

摘要：利用2018年5月贵州省黔西南州自动气象观测站的降水量资料、兴义站雷达资料和CMORPH卫星降水反演产品资料,采用最优插值法对3种降水量数据开展融合试验.试验设计4种降水量数据融合方案,分别对融合的降水量数据进行区域精度检验.结果表明,经概率密度匹配法订正后的卫星-地面融合降水量与订正之前相比,相关系数由66.19%提升至79.68%,偏差由-0.544mm/h降至-0.247 mm/h,均方根误差由2.944 mm/h降至1.353 mm/h.当融合降水模型仅输入2种降水量数据源时,具有较高精度的一方对融合降水量的精度影响更大.卫星-雷达-地面数据融合降水量的相关系数为81.32%,偏差和均方根误差分别为-0.219、1.037 mm/h,精度高于其他降水量数据融合方案,说明融入更多有效降水量数据源能明显提高面降水量的精度.

摘要：随着气象现代化的推进,气象预报对雷达与多源观测数据的融合检验与应用提出了新的要求。针对业务需求,基于反向代理、分布式数据库、大数据统计分析、三维展示等技术,设计开发了集产品生成、应用和管理于一体的综合气象观测产品系统。系统基于雷达组网产品与多源数据,开发了冰雹、降水、风场等产品,实现了以要素为导向的多源数据集成、检验和分析,为气象预报与强天气监测提供精准分析;系统采用关系型与文件型数据库混合搭建的技术,解决了多种类格式数据存储问题,分布式设计增加了系统的存储、计算和处理能力。基于雷达拼图数据的三维可视化展示,提升了预报预测分析的“可视化”水平。对系统监测到的83个冰雹个例应用检验结果表明,冰雹识别探测概率(POD)为95.2%,虚警率(FAR)为28.2%,临界成功指数(CSI)为69.3%;最大预期冰雹尺寸(MEHS)越大,CSI识别效果越好,系统对直径30 mm以上的冰雹识别效果较理想。将系统监测的2018年5月28日蓬莱、莱州等地和2019年5月17日北京通州、大兴等地发生的冰雹过程与灾情直报系统的冰雹实况对比发现,系统监测的强冰雹落区和最大冰雹尺寸与实况基本吻合,系统的冰雹监测产品的应用检验效果较好。

摘要：地面气象观测站是一种重要的气象探测设施,由主采集器、分采集器、各种传感器以及供电系统等构成,能够自动观测气温、湿度、气压、风速、风向、雨量等地面气象观测要素;为提升地面气象观测站运行状态监测及时性和丰富程度,实现远程电源控制,研究并设计一套地面气象观测站运行监测与控制系统;系统由站端控制器以及上位机软件组成,以树莓派为核心完成站端控制器硬件设计开发,基于python语言完成上位机软件以及控制器程序设计开发;对系统可靠性、功耗进行测试;测试结果表明:系统对自动站运行状态的成功获取率在99.5%以上,并对运行状态异常具有较好的识别能力;控制器平均值为3.9 W,接入常见的8要素地面气象观测站功耗占比为5.6%,电池供电情况下对蓄电池续航时间影响不大,但在低功耗气象站中使用时应考虑更换更大容量的电池;该系统可进一步提升地面气象观测站运行质量,降低维修保障人员工作强度。

摘要：为进一步规范计量标准设备内部传输的数据格式,使全国各省、市气象计量数据能以统一的编码格式在通信线路和网络上传输,实现有效衔接和共享,提出采用JSON编码格式,设计规定了气象计量信息数据总体编码格式要求及说明数据区,即气象计量数据格式由起始标识、授权标识码、信息大类、信息子类、数据区和结束标识组成,使气象计量信息数据能够以标准化形式采集、存储和传输,实现全国计量信息管理和统计分析,保证气象探测数据的准确、可靠。

摘要：随着网络技术的不断发展,Web信息系统的安全性与服务器端的系统安全应用紧密联系在一起,为了保证存在于Web服务器上的服务过程,例如网络数据库、数据库应用系统、文件服务等在网络应用中不被非法用户使用,提出通过引入二进制验证文件的方法,利用设计的软件对服务器端的ASP程序进行验证,并且在成功连接数据库后实时地对验证文件进行验证码位修改及加密。通过这种方法可以达到对ASP连接过程安全控制的目的。

摘要：介绍了一种基于到达时差法(TOA)的雷电定位系统中高精度时间标记产生方法。目前全球定位系统(GPS)可以提供协调世界时(UTC)和精度达微秒乃至纳秒级的秒脉冲(PPS)。在雷电定位过程中,不同探测站需要对采集到的闪电辐射脉冲进行时间标记以确定雷电信号到达各站之间的时间差,并由多站定位算法得到闪电发生的位置。该时标系统采用Altera公司的FPGA芯片EP2C8Q208和U-BLOX公司的GPS芯片NEO-6M实现,其时间标记精度可达1μs。

摘要：介绍了一种利用USB通信协议的方法实现下位机与上位机之间的通信传输。该方法以满足符合标准的USB2.0协议为基础,以EZ-USB FX2为设计的基础构架,以Cypress公司推出最具性价比的一种内嵌增强51单片机的芯片CY7C68013为核心,来构建下位机与上位机的数据传输通道。给出了系统的硬件设计方案、固件驱动程序以及计算机端的应用程序设计方法及流程。通过USB数据通信表明,USB2.0高速接口的带宽能够达到480 Mb/s的通信速率,能够充分满足普通接口数据传输所需速率,有效提高了传输效率,并且能将接收到的数据保存在计算机系统中,以备使用。因此,USB2.0通信接口的设计在数据传输的实际运用中有值得探索的价值。

摘要：本文基于光电效应的原理,设计了以高性能光电二极管为探测装置,以低功耗的MSP430F149微控制器为核心的日照传感器,该系统可实现信号采集、数据处理、远距离通信和日照强度的连续观测等功能,其观测精度和灵敏性等技术指标达到设计目标。该研究结论对我国日照观测自动化仪器的发展有一定的参考价值。