A HYDROMETEOROLOGICAL RESEARCH PROGRAM1

ABSTRACT: An extensive research program in hydrometeorology was recently initiated in the Chicago region. Major objectives are to 1) develop a real-time, prediction-monitoring system for storm rainfall using a combination of weather radar and telemetered raingage data, 2) determine precipitation measurement requirements for hydrologic design, operation, and modeling purposes, 3) define the time-space characteristics of heavy rainstorms in the Chicago urban area, and 4) establish methods for applying the Chicago findings in other cities. Basic components of the field measurement program are a network of over 300 recording raingages in 4000 mi² in and around Chicago, plus two sophisticated weather radar systems for obtaining real-time information on storm parameters pertinent to optimizing operation of urban water resources systems. The raingage networks are to be used to compile information relevant to both design and operational aspects of urban hydrology. Radars are to be used primarily in developing the real-time operational techniques. Testing and evaluation of the real-time operational system will be done in cooperation with the Metropolitan Sanitary District of Chicago, operator of one of the most complex urban water control systems among major metropolitan areas.     

机载雷达天线对飞机雷击附着点影响研究

飞机的雷击附着点是飞机防雷设计研究的基础,是飞机设计中的重要过程。本文以伊尔-76飞机模型为例,依据SAE-ARP5416和国内相关标准规定的雷击附着点试验方法,采用基于传输线矩阵法的数值仿真技术对飞机的雷击附着特性展开研究,分析了机载雷达天线对飞机雷击附着点的影响,为机载雷达天线的雷电防护设计提供了理论基础。     

高速公路汽车追尾预警系统的开发研究

对高速公路汽车追尾预警系统进行了总体设计,把系统划分为主控单元、雷达测距单元、信息采集单元、显示-声光报警单元4个子系统。在分析汽车动力学基础上,提出了系统安全距离模型,并对各子系统进行了软、硬件设计。通过模拟试验和实际装车实验,验证了系统所要求的各种性能,雷达测距准确,系统报警及时有效.     

基于PSD法的船载雷达随机振动响应分析

目的 优化以经验为主的船载雷达结构设计流程,缩短设计周期,提高设计的准确性。方法 提出基于模态分析和PSD法的新的设计流程,利用ANSYS软件对雷达天线和转台结构进行系统的随机振动分析,得到其模态、应力分布、位移云图及响应谱曲线,验证设计的准确性、合理性。结果 得到雷达系统在1σ下的最大应力值和最大变形量分别为14.847 MPa和0.367 mm。结论 新的设计流程可以得到可靠性更高的产品,能有效缩短产品的设计周期,具有重要的借鉴意义。     

北京冬春和夏初季节大气O3浓度的垂直分布特征

为探究北京地区不同季节大气O₃浓度垂直分布特征,于2010年12月1日—2011年3月31日（冬春季）和2011年5月7日—6月9日（夏初）,在北京北部地区的中国环境科学研究院内,利用第三代移动式大气环境激光雷达系统,对$\varphi $（SO₂）、$\varphi $（NO₂）以及$\varphi $（O₃）和气溶胶后向散射系数垂直方向和垂直剖面进行试验观测,并结合天气要素的变化进行了分析研究.结果表明:①$\varphi $（O₃）存在明显的季节变化,表现为夏季>春季>冬季,同时晴天、微风、逆温条件等气象背景是O₃污染过程出现的主要气象因素,在微风和南风的情况下,会出现高$\varphi $（O₃）带,在北风影响情况下,$\varphi $（O₃）相对较低,雨水冲洗的作用对$\varphi $（O₃）分布也有明显的影响;②$\varphi $（O₃）的日变化曲线呈单峰单谷型,$\varphi $（O₃）峰值一般出现在14:00—18:00之间,谷值则出现在22:00—翌日09:00之间;③$\varphi $（O₃）垂直分布呈现单峰、双峰、多峰型分布等多种垂直分布特征,10 km以上高空这3种分布特征均有出现,但是在5 km以下的近地面$\varphi $（O₃）垂直和斜程分布基本呈现多峰型,斜程方向上$\varphi $（O₃）的高低与下垫面及其所排放的O₃前体物有密切的关系;④$\varphi $（O₃）垂直分布呈现一定的不均匀性,其数值范围浮动比较小,最大值之间相差30×10-9.研究显示,$\varphi $（O₃）垂直规律主要表现出两种分布特征,一种是在3~5 km处有高浓度的堆积区,另一种则没有明显高值堆积区.      

北京市秋冬大气污染传输特征遥感研究

综合地基遥感、卫星遥感与地面监测数据对北京市2016年10月—2017年3月的污染来源及传输特征进行分析,并结合气象数据对污染形成的气象条件进行研究.结果表明,冬季重污染发生频率最高,2016年12月和2017年1月发生频率均超过30%.平缓型污染以本地来源为主,单峰型和多峰型污染由本地污染与区域传输共同导致.平缓型和单峰型本地污染集中在北京中南部,多峰型扩散至全市.区域传输方向均以西南为主,单峰型和多峰型存在东南传输.单峰型以1次传输为主,多峰型均为多次传输.传输层的高度差异较大,但均在0.3～0.5 km高度存在低空传输层,并且存在高于1.0 km的高空传输.平缓型、单峰型和多峰型污染的垂直延伸高度分别为0.5、0.7和1.0 km.研究污染发生时的气象条件,发现污染发生时风向均以西南风为主,发生频率高于60%,其次为东南风.相对湿度和消光系数随污染等级提升逐渐升高,当相对湿度高于70%时,多峰型污染消光系数高于2.0 km~(-1)的频率达到63.33%.3种类型污染发生时的逆温频率均高于75%,高强度的贴地逆温是造成本地污染的成因之一.     

基于基准系统比较法的雷达间隔评估

为缓解我国目前飞行流量日渐增加、空域紧张等情况,提出了一种系统评估航空器雷达间隔的新方法。首先,介绍了雷达间隔研究所使用的基准系统比较法,给出了分析方法和评估流程;其次,在综合考虑影响飞行安全各种因素的基础上,利用近距离危险接近概率(CAP)模型和基准系统比较法,建立了航空器间的雷达间隔评估模型,可对航空器飞行安全进行量化分析评估;最后,利用统计学知识和实测数据对该方法进行对比验证。结果表明:1)不同精度的雷达与雷达安全间隔密切相关,直接影响空中交通流量和航空器的运行效率;2)对于普通二次雷达,N-N模型更能反映雷达角度误差的分布情况;3)当雷达间隔为5 n mile时,危险进近概率为1.382 1×10-11,用精度更低(雷达角度误差为0.138 13)的雷达替换时,为保证航空器飞行安全,雷达间隔应增大到5.3 n mile;4)使用高精度雷达进行管制指挥和监控,可提高飞行流量,缓解航班延误,提升管制效率。     

雷达电磁环境的联合建模与仿真

随着雷达灵敏度、精度的提高,对电磁环境的依赖性也越来越大.首先分析了美军的联合建模与仿真系统(JMASS),指出建立一个综合的、可重用的雷达电磁仿真环境是电子战仿真的关键;重点研究了基于球不变随机过程(SIRP)的K分布杂波模型,以及地面/海面的多路径效应模型;最后建立了雷达电磁环境的模型并进行了仿真.     

多普勒天气雷达综合防雷安全措施研究

为保证用于提升气象服务能力的新一代多普勒天气雷达安全可靠运行,其综合防雷十分重要。本文通过对雷达楼及其信息系统的防雷安全环境理论计算确定其防雷等级,雷达塔楼主体建筑按二类防雷建筑物设计,其信息处理、传输系统按信息系统雷击电磁脉冲防护分级划为A级。结合巴彦淖尔市雷达工程实例分析了当地的地理地质、气候环境和雷电活动规律,及根据被保护物的特点详细研究了防雷装置的形式,提出了多普勒天气雷达综合防雷保护体系;分别从雷达天线直击雷防护、侧击雷防护、等电位和屏蔽措施、接地装置、电源信号系统浪涌保护及生活附属设施防雷设计等方面进行了综合论述。工程经实践证明其防雷措施是行之有效的,这对新一代多普勒天气雷达安全运行具有较好的指导意义。     

雷达吸波涂层海洋大气环境适用性试验研究

目的 分析一种雷达吸波隐身涂层在海洋大气自然环境下性能的变化规律。方法 对12个月不同阶段涂层的常规物理性能和电性能进行检测,其中常规物理性能包括宏观形貌、金相形貌、微观性能、附着力、抗冲击强度和红外光谱。结果 从宏观形貌看,涂层明度和色差值呈上升趋势,12个月明度增加1.22,色差值增加2.91,颜色向绿色和蓝色发展,失光率先增大、后减小,最大失光率为9个月时的34%。涂层附着力和试验时间呈现非线性关系,6个月时,附着力降低了18%,12个月时增大了24%。涂层在2～18GHz的频率范围内,吸波曲线大体呈“U”形,最低反射率随时间向低频方向偏移。涂层金相形貌、微观性能、抗冲击强度和红外光谱特征总体变化不明显。结论 在1a内,自然海洋大气环境对雷达吸波隐身涂层常规物理性能和电性能产生了一定影响,但在试验时间相对较短情况下,海洋大气环境对涂层老化的影响作用尚未充分显示,需要结合更长周期的试验数据进一步分析。