双偏振天气雷达PUP地图细化的设计和实现*

田 程，雷登林，彭 茜，钟 健，孙飞飞

(1.贵阳市气象局，贵州 贵阳 550002；2.贵州省榕江县气象局，贵州 榕江 557200)

0 引言

榕江新一代天气雷达(CINRAD/CA-D)于2019年10月建设完成并投入运行，它是全相参脉冲多普勒双偏振天气雷达，其利用极化技术和降水粒子的极化特性，发射水平和垂直两种极化的电磁波，这两种不同极化状态的电磁波照射到各种降水粒子上，其后向散射回波中包含了粒子的状态信息，不同形状的粒子引起的反射率、差分反射率、差分传播相移、共极化相关系数是不相同的，利用双通道接收机就可以得到降水粒子强度、速度、谱宽、差分反射率因子、差分传播相移、比差分相位、相关系数等偏振参数。通过对双偏振参数的估算，可以推导出降雨量，降水粒子的形状、尺寸、指向、相态和滴谱分布及降水类型，如冰雹、雨、雪等，为人工影响天气和防雹作业提供了更可靠的依据，同时也提高了定量估测降水的精度，可更有效地提高短临天气预报质量。但此型号的雷达配套产品查看软件PUP的地图地理信息精度只到县级，没有提供更精确的背景地图，无法满足汛期灾害性天气监测的需要。文献[1-3]等通过修改UserMap.dat文件结合PUP的自定义地图编辑功能实现了PUP地图的细化工作，但CINRAD/CA-D双偏振天气雷达配套的PUP没有配置UserMap.dat文件，也没有自定义地图编辑功能，无法用文献[1-3]的方法实现地图的细化工作，本文通过解析此版本PUP的default.map地图数据格式成功的添加了乡镇一级的地理信息，有效的解决了PUP地图信息不够精细的问题，降低了气象工作者识图的难度。

1 地图细化的设计与实现方法

地图文件default.map在Windows上存放在D:PUPconfigmaps路径下，版本为PUP Version 11.3.2-C DP(Build 6009/12654)；在Unix上存放在FilesystemoptPUPconfigmaps路径下，版本为PUP Version 11.1.3-C DP(Build 5309/14556)。default.map可使用Window或Unix上自带的文本编译器打开，按照数据格式对其添加可实现PUP地图的细化工作。

1.1 Default地图格式的解读

气象资料地图数据格式常用BLN数据格式，它的点数据采用“经度 纬度 地名”的数据格式，其线数据采用“连接点的个数经度1，纬度1……经度,纬度”的数据格式，并且经纬度单位为“度”。Default地图文件里面的点数据以乌鲁木齐为例为“TEXT 157647 315382 乌鲁木齐”,通过对比分析可知此文件中的经纬度数据是以秒为单位，且纬度在前，经度在后。本文的目的需将常用的BLN地图文件格式转换成Default地图文件需要的地图格式。Default地图文件中的数据格式具体说明如下：

1.1.1 点数据格式 点数据的格式及说明如下：

LAYER CITYNAME(分为两级：CITYNAME或COUNTYNAME)

SIZE 12(文字大小)

POSITION LEFT(文字方位)

FONT COURIER NEW(文字字体)

FONT_COLOR #7FFFD4 #0000FF(文字颜色)

点记录1 TEXT 纬度1 经度1 地名1

点记录2 TEXT 纬度2 经度2 地名2

… … … … …

点记录N TEXT 纬度N 经度N 地名N

点数据分成两级，在未放大的情况下只显示CITYNAME(市州地名)，地图放大后才显示 COUNTYNAME(县级地名)。可以修改文字大小、文字方位、文字字体和文字颜色，用经纬度和地名来定位点数据，并在雷达PUP地图上显示。

1.1.2 线数据格式 线数据的格式及说明如下：

LAYER PROVINCE(分为3级：PROVINCE、CITY或COUNTY)

LINE_COLOR #CEFF9D #888888(线段颜色)

线记录1 GAP POINT 纬度1 经度1 … POINT 纬度2 经度2 … POINT 纬度经度

线记录2 GAP POINT 纬度1 经度1 … POINT 纬度2 经度2 … POINT 纬度经度

… … … … …

线记录N GAP POINT 纬度1 经度1 … POINT 纬度2 经度2 … POINT 纬度经度

线数据分成3级，在未放大的情况下只显示PROVINCE、CITY(省界和市界)，地图放大后才显示 COUNTY(县界)。可以修改相应边界的颜色，并用经纬度组的方式在雷达PUP地图上显示此线段的位置。

1.2 点数据的添加

只需知道要添加点的经纬度，将其单位转化成度，乘以3600后按格式添加到LAYER COUNTYNAME字段后面即可。

1.3 线数据的添加

要添加新的线数据信息，需要知道这条线沿途的经纬度，并将线数据添加在LAYER COUNTY字段后面。线数据信息量很大，需要通过编程来转换数据。采用C#编写程序实现了相关数据的转换。转换程序采用了“榕江_In_乡镇.bln”文件作为榕江乡镇线数据的来源。其数据格式为：画此线段需要经纬度的个数加上对应的经纬度，单位为度，保留小数点后13位。程序流程见图1。

图1 CINRAD/CA-D雷达地图线数据转换流程图Fig.1 CINRAD/CA-D radar map line data conversion flow chart

程序流程为：以数组形式读入“榕江_In_乡镇.bln”文件数据，使用GAP字段替代经纬度个数，将经度和纬度倒装后分别乘以3 600保留小数点后两位，然后在纬度前添加POINT字段，最后输出新格式地图数据。图2为软件界面及部分数据转换结果。

图2 CINRAD/CA-D雷达地图线数据转换程序Fig.2 CINRAD/CA-D radar map line data conversion program

2 榕江雷达地图细化前后效果对比

榕江雷达地图细化前后的变化情况见图3。

图3 细化前(a)、细化后(b)的地图Fig.3 Background map before (a)and after (b) detailing design

3 结语

榕江新一代天气雷达(CINRAD/CA-D)是最新型的C波段双偏振天气雷达，其它型号的雷达PUP地图细化方法无法在此型号的雷达上使用，本文寻找到了新的方法实现了此型号配套PUP地图的细化，该细化方法同时适合其它类似型号的雷达。在此将线数据地图转换程序共享在“https://pan.baidu.com/s/1sjbOEJhDzpslDqg3z5EP4Q 提取码：rk71”地址，希望为其它雷达站提供参考。