DB42-T 2187-2024 毫米波云雷達(dá)觀測規(guī)范

ICS07.060CCSA47DB42Specificationsformillimeterwavecloudradar湖北省市場監(jiān)督管理局發(fā)布DB42/T2187-2024前言 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4縮略語 5觀測基本要求 25.1性能 25.2功能 35.3環(huán)境與場地 36觀測方法 46.1觀測檢查 46.2觀測模式 46.3觀測日志 77觀測數(shù)據(jù)與產(chǎn)品 77.1數(shù)據(jù)文件 77.2數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和反演 87.3數(shù)據(jù)存儲與傳輸 87.4雷達(dá)產(chǎn)品 88定標(biāo)和維護 98.1定標(biāo) 98.2維護 9附錄A（資料性）毫米波云雷達(dá)觀測日志 10附錄B（資料性）毫米波云雷達(dá)定標(biāo)記錄 11參考文獻(xiàn) DB42/T2187-2024本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國氣象局武漢暴雨研究所提出。本文件由湖北省氣象局歸口。本文件起草單位：中國氣象局武漢暴雨研究所、四創(chuàng)電子股份有限公司、成都遠(yuǎn)望探測技術(shù)有限公本文件主要起草人：萬蓉、萬霞、徐桂榮、周志敏、陳俊、謝承華。hubeiqixiangfgc@163.com；對本文件的有關(guān)修改意見建議請反饋至中國氣象局武漢暴雨研究所，聯(lián)系電話郵箱：wanx@。1DB42/T2187-2024毫米波云雷達(dá)觀測規(guī)范本文件規(guī)定了毫米波云雷達(dá)的觀測基本要求、觀測方法、觀測數(shù)據(jù)與產(chǎn)品、定標(biāo)和維護。本文件適用于地基毫米波云雷達(dá)的觀測業(yè)務(wù)、野外科學(xué)試驗及應(yīng)用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T13384—2008機電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件QX/T2—2016新一代天氣雷達(dá)站防雷技術(shù)規(guī)范3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1毫米波云雷達(dá)millimeterwavecloudradar工作在Ka波段和W波段內(nèi)，基于大氣中水凝物粒子(云滴、冰晶、雪花等)的后向散射原理來測量回波強度，基于多普勒效應(yīng)來測量徑向速度和速度譜寬等信息的雷達(dá)。3.2功率譜powerspectrum雷達(dá)接收到目標(biāo)物散射的回波信號經(jīng)過快速傅里葉變換處理后得到的數(shù)據(jù)。3.3基數(shù)據(jù)basedata以同相和正交數(shù)據(jù)作為輸入，結(jié)合目標(biāo)物位置信息、時間信息和雷達(dá)參數(shù)經(jīng)信號處理算法得到的數(shù)據(jù)。3.4雷達(dá)產(chǎn)品radarproduct對基數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到具有顯著物理意義的數(shù)據(jù)、圖像、文字等信息。4縮略語下列縮略語適用于本文件。FAN:扇形掃描（Fanscanning）PPI:平面位置圖像（PlanPositionIndicator）RHI:距離高度圖像（RangeHeightIndicator）THI:時間高度圖像（TimeHeightIndicator）2DB42/T2187-2024VOL:體積掃描（Volumescanning）5觀測基本要求5.1性能5.1.1工作頻率應(yīng)滿足下列要求：a)Ka波段云雷達(dá)的工作頻率在34.5GHz～35.5GHz內(nèi)選?。籦)W波段云雷達(dá)的工作頻率在93.5GHz～94.5GHz內(nèi)選取。5.1.2硬件制式雷達(dá)硬件體制為雙偏振、單發(fā)雙收制式。5.1.3觀測內(nèi)容應(yīng)包括下列內(nèi)容：a)功率譜數(shù)據(jù)：每個雷達(dá)距離庫對應(yīng)一組數(shù)據(jù)，由256個回波譜點組成，每個回波譜點分別對應(yīng)一個多普勒速度；b)基數(shù)據(jù)：至少包括雷達(dá)反射率因子、徑向速度、速度譜寬、線性退極化比。5.1.4測量范圍應(yīng)滿足下列要求：a)雷達(dá)反射率因子：-45dBZ～35dBZ；b)徑向速度：-17m/s～17m/s（采用速度退模糊技術(shù)）；c)速度譜寬：0m/s～8m/s；a)線性退極化比：-30dB～0dB。5.1.5分辨力應(yīng)滿足下列要求：a)距離：30m；b)時間：10s；c)天線角度：不大于0.4°;d)雷達(dá)反射率因子：0.1dBZ；e)徑向速度：0.1m/s；f)速度譜寬：0.1m/s；g)線性退極化比：0.1dB。5.1.6測量誤差應(yīng)滿足下列要求：a)雷達(dá)反射率因子：不大于1dBZ；b)徑向速度：不大于0.5m/s；c)速度譜寬：不大于0.5m/s；d)線性退極化比：不大于0.2dB。DB42/T2187-20245.1.7探測距離應(yīng)滿足下列要求：a)最大探測高度不小于15km；b)最小探測高度不大于150m。5.1.8最小可測回波強度雷達(dá)在10km處測得的反射率因子不大于-30dBZ。率進(jìn)行以10為底的對數(shù)運算，再乘以10得到最小可測回波強度，單位為dBZ。通常用最小可測回波強度來表征5.2功能5.2.1一般要求應(yīng)滿足連續(xù)觀測。5.2.2校時應(yīng)能通過衛(wèi)星授時或網(wǎng)絡(luò)授時校準(zhǔn)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集計算機的時間，授時精度優(yōu)于0.1s。5.2.3操作和監(jiān)控應(yīng)滿足下列功能：a)具有機內(nèi)自檢和設(shè)備監(jiān)控的功能，自檢和監(jiān)控內(nèi)容包括天線伺服狀態(tài)、接收機狀態(tài)、發(fā)射機狀態(tài)、電源狀態(tài)等；b)具有遠(yuǎn)程支持能力，包括操作顯示終端升級、切換觀測模式、修改雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)、測試系統(tǒng)相位的噪聲、接收機動態(tài)范圍和噪聲系數(shù)等。5.2.4方艙與載車野外科學(xué)試驗觀測應(yīng)有方艙和載車的配備，并應(yīng)包括下列功能和要求：a)載車具有調(diào)平裝置和定位經(jīng)緯度、海拔高度的功能；b)在2h內(nèi)由運輸狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)；c)適應(yīng)野外全天候工作；d)運輸車輛可維修；e)配備發(fā)電機組；f)方艙具有防雨、防塵、防腐措施；g)方艙具有屏蔽、隔熱性能；h)方艙配備空調(diào)；i)方艙具有逃生窗口，并配備消防器材；j)方艙與載車具備公路運輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)；k)方艙與載車能夠整體運輸，在運輸狀態(tài)下，其外形尺寸及重量符合GB/T13384—2008第3章的要求；l)防雷滿足QX/T2—2016第7章～第13章的要求。5.3環(huán)境與場地4DB42/T2187-2024應(yīng)滿足下列要求：a)雷達(dá)觀測點周圍無高大建筑物、高大樹木、山脈等遮擋，在雷達(dá)探測方向上的遮擋物對天線的遮擋仰角不大于0.5°,其他方向的遮擋角一般不大于1°;b)雷達(dá)觀測點周圍無影響雷達(dá)工作的電磁干擾；c)雷達(dá)與大地的連接，安全可靠，有設(shè)備地線、動力電網(wǎng)地線和避雷地線，避雷針與雷達(dá)公共接地線不得共同用同一接地網(wǎng)；d)雷達(dá)能適應(yīng)海拔3000m及以上高度的低氣壓環(huán)境。6觀測方法6.1觀測檢查6.1.1開機前應(yīng)做好下列檢查：a)雷達(dá)天線罩是否完好；b)方艙或載車的空調(diào)是否正常；c)雷達(dá)電源輸入和UPS輸出電壓是否正常；d)系統(tǒng)各項設(shè)置是否符合要求，各分機是否處在正常工作狀態(tài)，通信網(wǎng)絡(luò)是否正常；e)本地磁盤空間是否充足；f)功率譜數(shù)據(jù)與基數(shù)據(jù)存儲選項是否正確；g)雷達(dá)顯示終端的系統(tǒng)時間是否準(zhǔn)確。6.1.2運行中在確認(rèn)開機前檢查內(nèi)容正常后，先加載發(fā)射系統(tǒng)低壓，后加載發(fā)射系統(tǒng)高壓。雷達(dá)運行中，應(yīng)做好下列檢查：a)觀測模式是否正確；b)基數(shù)據(jù)是否存儲，功率譜數(shù)據(jù)是否選擇存儲；c)雷達(dá)運行狀況。雷達(dá)系統(tǒng)狀態(tài)等內(nèi)容應(yīng)在觀測日志中填寫。6.1.3關(guān)機應(yīng)按下列順序操作：a)退出發(fā)射系統(tǒng)高壓；b)退出發(fā)射系統(tǒng)低壓；c)操作伺服系統(tǒng)使得雷達(dá)天線指向天頂歸位；d)切斷雷達(dá)系統(tǒng)電源；e)填寫觀測日志中觀測模式、天氣實況，完成數(shù)據(jù)備份。6.2觀測模式6.2.1時間高度圖像（THI）應(yīng)按照天線指向要求和應(yīng)用場景進(jìn)行觀測：a)天線指向：雷達(dá)天線垂直天頂，方位角：0°~360°,俯仰角：90°,見圖1；DB42/T2187-2024b)應(yīng)用場景：業(yè)務(wù)觀測和科學(xué)試驗的主要觀測模式，對測站上空云層做連續(xù)觀測，可進(jìn)行單個云團的垂直特征分析和測站及周邊地區(qū)云的垂直分布的統(tǒng)計分析。圖1THI觀測模式圖示6.2.2體積掃描（VOL）應(yīng)按照天線指向要求和應(yīng)用場景進(jìn)行觀測：a)天線指向：雷達(dá)天線抬升俯仰角做圓錐掃描，方位角：0°~360°,俯仰角：0°~90°,見圖2；b)應(yīng)用場景：用于對雷達(dá)探測距離以內(nèi)的云團做三維結(jié)構(gòu)觀測，進(jìn)行單個云團的垂直特征分析和云團移動軌跡追蹤。圖2VOL觀測模式圖示6.2.3平面位置圖像（PPI）應(yīng)按照天線指向要求和應(yīng)用場景進(jìn)行觀測：6DB42/T2187-2024a)天線指向：雷達(dá)天線抬升至定向俯仰角做圓錐掃描，方位角：0°~360°,俯仰角：定向角度，見圖3；b)應(yīng)用場景：用于對雷達(dá)探測距離以內(nèi)的云團做云層結(jié)構(gòu)剖面觀測，進(jìn)行單個云團的垂直特征分析。圖3PPI觀測模式圖示6.2.4距離高度圖像（RHI）應(yīng)按照天線指向要求和應(yīng)用場景進(jìn)行觀測：a)天線指向：雷達(dá)天線沿定向方位做抬升俯仰角掃描，方位角：定向角度，俯仰角：0°~90°,見圖4；b)應(yīng)用場景：用于對雷達(dá)探測距離以內(nèi)的云團做云層結(jié)構(gòu)的剖面觀測，進(jìn)行單個云團的垂直特征分析。）；圖4RHI觀測模式圖示7DB42/T2187-20246.2.5扇形掃描（FAN）應(yīng)按照天線指向要求和應(yīng)用場景進(jìn)行觀測：a)天線指向：雷達(dá)天線沿定向俯仰角改變方位角掃描，方位角：定向角度1～定向角度2，俯仰角：定向角度3，見圖5；b)應(yīng)用場景：用于對雷達(dá)探測距離以內(nèi)、特定方位范圍的云團做三維結(jié)構(gòu)觀測，進(jìn)行單個云團的垂直特征分析。）；6.3觀測日志）；），圖5FAN觀測模式圖示應(yīng)滿足下列要求：a)觀測日志內(nèi)容包括觀測臺站名稱、觀測員、觀測日期、雷達(dá)系統(tǒng)狀態(tài)、觀測模式、天氣實況、數(shù)據(jù)備份時間信息，參考格式見附錄A；b)業(yè)務(wù)觀測日志填寫時間遵循上一級管理部門的規(guī)定，野外科學(xué)試驗觀測日志在當(dāng)天20:00時前完成填寫，如有停電等突發(fā)狀況及時填寫；c)觀測日志歸檔保存。7觀測數(shù)據(jù)與產(chǎn)品7.1數(shù)據(jù)文件7.1.1數(shù)據(jù)時制觀測數(shù)據(jù)計時方法采用24小時制，計時精度為秒，記錄時間從北京時(下同)00:00:00到23:59:59。7.1.2文件格式8DB42/T2187-2024數(shù)據(jù)文件應(yīng)為NetworkCommonDataFormat(NetCDF)格式。7.1.3文件名稱文件名稱由數(shù)據(jù)類型標(biāo)識和雷達(dá)觀測開始時間構(gòu)成。a)數(shù)據(jù)類型標(biāo)識：1)SPM:功率譜數(shù)據(jù)；2)THB:THI觀測模式的基數(shù)據(jù)；3)VTB:VOL觀測模式的基數(shù)據(jù)；4)PTB:PPI觀測模式的基數(shù)據(jù)；5)RTB:RHI觀測模式的基數(shù)據(jù)；6)FTB:FAN觀測模式的基數(shù)據(jù)；b)雷達(dá)觀測開始時間，按年、月、日、時、分、秒順序排列。7.2數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和反演應(yīng)滿足下列要求：a)功率譜數(shù)據(jù)質(zhì)量控制包括雜波抑制、噪聲估計、譜矩估計等；b)基數(shù)據(jù)質(zhì)量控制包括懸浮物雜波去除、距離旁瓣去除、速度退模糊等，懸浮物雜波去除可用雷達(dá)反射率因子-線性退極化比閾值法，距離旁瓣識別取30dB為閾值，速度退模糊只處理一次模糊(毫米波云雷達(dá)通常不觀測強降水云)；c)數(shù)據(jù)融合處理包含THI觀測模式下不同脈沖寬度觀測數(shù)據(jù)在垂直方向的拼接等；d)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制后，功率譜數(shù)據(jù)宜反演得到云內(nèi)水凝物粒子的直徑、數(shù)濃度、下落速度等參數(shù)，基數(shù)據(jù)宜反演得到云底高度、云頂高度、云的物理厚度等參數(shù)。7.3數(shù)據(jù)存儲與傳輸7.3.1數(shù)據(jù)存儲應(yīng)滿足下列要求：a)業(yè)務(wù)觀測數(shù)據(jù)存儲于本地電腦，備份數(shù)據(jù)存儲遵循上一級數(shù)據(jù)管理部門的規(guī)定；b)野外科學(xué)試驗觀測數(shù)據(jù)存儲于本地電腦，備份數(shù)據(jù)存儲到科研專用設(shè)備；c)區(qū)分存儲雷達(dá)觀測的初始數(shù)據(jù)和質(zhì)量控制后的數(shù)據(jù)。7.3.2數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)滿足下列要求：a)業(yè)務(wù)觀測數(shù)據(jù)通過專用網(wǎng)絡(luò)上傳，數(shù)據(jù)上傳時間遵循上一級數(shù)據(jù)管理部門的規(guī)定；b)野外科學(xué)試驗結(jié)束7d內(nèi)上傳觀測數(shù)據(jù)到科研專用設(shè)備。7.4雷達(dá)產(chǎn)品7.4.1產(chǎn)品內(nèi)容應(yīng)包括下列產(chǎn)品：DB42/T2187-2024a)基本產(chǎn)品：雷達(dá)反射率因子PPI、徑向速度PPI、速度譜寬PPI、線性退極化比PPI、雷達(dá)反射率因子RHI、徑向速度RHI、速度譜寬RHI、線性退極化比RHI、雷達(dá)反射率因子THI、徑向速度THI、速度譜寬THI、功率譜的廓線顯示；b)反演產(chǎn)品：云底高度、云頂高度、云的物理厚度、云中水凝物的直徑、數(shù)濃度、下落速度等云物理參數(shù)。7.4.2產(chǎn)品顯示應(yīng)滿足下列要求：a)產(chǎn)品窗口同時顯示主要的觀測參數(shù)信息；b)數(shù)據(jù)色標(biāo)等級不少于16級；c)產(chǎn)品圖像支持縮放、移動、動畫等功能；d)支持鼠標(biāo)獲取地理位置、高度和數(shù)據(jù)值等信息的功能；e)有與觀測位置匹配的地理信息。8定標(biāo)和維護8.1定標(biāo)應(yīng)按照下列要求進(jìn)行定標(biāo)：a)每月進(jìn)行雷達(dá)機內(nèi)系統(tǒng)靈敏度、動態(tài)范圍、速度定標(biāo)誤差的測試，參考格式見圖B.1；b)每年進(jìn)行雷達(dá)發(fā)射機峰值功率、系統(tǒng)靈敏度、動態(tài)范圍、速度定標(biāo)誤差、脈沖寬度、接收機噪聲系數(shù)、接收機增益的測試，參考格式見圖B.2；c)機外測試儀表在儀表使用壽命有效期內(nèi)。定標(biāo)宜在晴天進(jìn)行。8.