IDL读取及可视化新一代多普勒天气雷达（CINRAD/CC）数据
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2016-06-08
1、 背景
新一代天气雷达系统建设是我国20世纪末，21世纪初的一项跨世纪的气象现代化工程。我国新一代天气雷达业务组网的建设目标是：在我国东部和中部地区，装备先进的新一代S频段（10cm）和C频段（5cm）多普勒天气雷达系统，对强对流、热带气旋和暴雨等重要天气系统进行有效的监测和预警，并对降水量进行估测。
CINRAD/CC型天气雷达（也称3830）是中国气象局用于国内气象业务组网探测的新一代C波段全相参多普勒天气雷达。该雷达能够监测400km范围内的热带气旋、暴雨等大范围强降水目标，有效监测和识别距离大于200km的龙卷、雹云、冰雹等中小尺度强天气现象，径向风速测量的范围达到±36m/s。
CINRAD/CC型天气雷达体扫数据在5分钟之内9个仰角上完成9次扫描，每一层包涵三个产品即回波强度（Z）、径向速度（V）、速度谱宽(W)，雷达每一层扫描就有512个径向，每一个径向存储500个Z、500个V、500个W。因此一个体扫数据总共包涵27个图层。该雷达扫描方式为圆锥式扫描，下面会对雷达扫描方式进行可视化。
公开的CINRAD/CC型天气雷达数据头文件说明不是太完善，因此目前读取CINRAD/CC型天气雷达体数据的软件很少，且是基于C++或C编写。IDL作为第四代可视化语言，能够简单快速的进行数据的读取和显示以及分析。全国计划布置158部新一代天气雷达，图1为其中的126部的站点分布图，到2005年5月份全国已经布设80余部新一代天气雷达。
图1 多普勒站点分布
2、 IDL读取雷达数据
CINRAD/CC型天气雷达体数据是以二进制进行存储， IDL中可以使用函数OPENR、READU快速读取二进制文件。首先读取的是存储在二进制文件中的头文件，获取CINRAD/CC型天气雷达体数据的描述信息，例如雷达所在经纬度、观测起始时间、回波类型、天线仰角、是否订正（dBZ）等。
可以获取任意文件头信息，举例如下，红色为IDL获取信息。
Ÿ char cFileType[16]; //3830数据标识(CINRADC)
Ÿ char cCountry[30]; //国家名 中国
Ÿ char cRadarType[20]; //雷达型 CINRAD/CC
Ÿ char cLongitude[16]; //天线所在经度
Ÿ char cLatitude[16]; //天线所在纬
3、 坐标转换（极坐标-屏幕坐标）
雷达扫描数据是以极坐标进行存储，因此需要进行坐标转换，即将极坐标转换为屏幕坐标，这里是将雷达扫描结果转换为分辨率为300KM的图片。
4、 回波强度（Z）可视化
读取的雷达数据中，-32768为无回波状态，读取的数据除以10即为最终数据值。这里将27个图层数据读取到数组，对其中的9个回波强度（Z）数据进行可视化（图2-图10），其他两个产品径向速度（V）、速度谱宽(W)类似，这里不做展示。
图2 第一层0.5°仰角扫描
图3 第二层1.5°仰角扫描
图4 第三层 2.4°仰角扫描
图5 第四层0.84°仰角扫描
图6 第5层1.74°仰角扫描
图7 第6层0.88°仰角扫描
图8 第7层2.21°仰角扫描
图9 第8层1.8°仰角扫描
图10 第9层1.58°仰角扫描
5、 雷达扫描方式显示（圆锥）
雷达天线以一定仰角进行扫描，扫描形状为圆锥体，图11为IDL中对雷达扫描形状（圆锥）和扫描结果（0.5°回波强度）可视化。
图11 雷达扫描方式（圆锥）及平面结果
6、 单个PPI的曲面显示
IDL中可以很轻松的进行曲面的可视化和分析，这里以体扫数据第一层即0.5°仰角的回波强度为例进行展示，。这里可以轻松的对曲面进行旋转、放大缩小、查看某一点的数值（图12）、以及设置数据显示范围（图13）。
图12 PPI曲面显示
图13 PPI曲面显示2
7、 体数据可视化及切片处理
IDL中读取9层回波强度，然后进行三维插值，则获得了CINRAD/CC型天气雷达体数据，IDL中包涵对体数据的显示和分析函数。IDL中对获取的体数据显示（图14）和Z轴切片分析（图15）。
图14 雷达三维体数据显示
图15 三维体数据切片分析
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101cedc.html
新一代天气雷达系统建设是我国20世纪末，21世纪初的一项跨世纪的气象现代化工程。我国新一代天气雷达业务组网的建设目标是：在我国东部和中部地区，装备先进的新一代S频段（10cm）和C频段（5cm）多普勒天气雷达系统，对强对流、热带气旋和暴雨等重要天气系统进行有效的监测和预警，并对降水量进行估测。
CINRAD/CC型天气雷达（也称3830）是中国气象局用于国内气象业务组网探测的新一代C波段全相参多普勒天气雷达。该雷达能够监测400km范围内的热带气旋、暴雨等大范围强降水目标，有效监测和识别距离大于200km的龙卷、雹云、冰雹等中小尺度强天气现象，径向风速测量的范围达到±36m/s。
CINRAD/CC型天气雷达体扫数据在5分钟之内9个仰角上完成9次扫描，每一层包涵三个产品即回波强度（Z）、径向速度（V）、速度谱宽(W)，雷达每一层扫描就有512个径向，每一个径向存储500个Z、500个V、500个W。因此一个体扫数据总共包涵27个图层。该雷达扫描方式为圆锥式扫描，下面会对雷达扫描方式进行可视化。
公开的CINRAD/CC型天气雷达数据头文件说明不是太完善，因此目前读取CINRAD/CC型天气雷达体数据的软件很少，且是基于C++或C编写。IDL作为第四代可视化语言，能够简单快速的进行数据的读取和显示以及分析。全国计划布置158部新一代天气雷达，图1为其中的126部的站点分布图，到2005年5月份全国已经布设80余部新一代天气雷达。
图1 多普勒站点分布
2、 IDL读取雷达数据
CINRAD/CC型天气雷达体数据是以二进制进行存储， IDL中可以使用函数OPENR、READU快速读取二进制文件。首先读取的是存储在二进制文件中的头文件，获取CINRAD/CC型天气雷达体数据的描述信息，例如雷达所在经纬度、观测起始时间、回波类型、天线仰角、是否订正（dBZ）等。
可以获取任意文件头信息，举例如下，红色为IDL获取信息。
Ÿ char cFileType[16]; //3830数据标识(CINRADC)
Ÿ char cCountry[30]; //国家名 中国
Ÿ char cRadarType[20]; //雷达型 CINRAD/CC
Ÿ char cLongitude[16]; //天线所在经度
Ÿ char cLatitude[16]; //天线所在纬
3、 坐标转换（极坐标-屏幕坐标）
雷达扫描数据是以极坐标进行存储，因此需要进行坐标转换，即将极坐标转换为屏幕坐标，这里是将雷达扫描结果转换为分辨率为300KM的图片。
4、 回波强度（Z）可视化
读取的雷达数据中，-32768为无回波状态，读取的数据除以10即为最终数据值。这里将27个图层数据读取到数组，对其中的9个回波强度（Z）数据进行可视化（图2-图10），其他两个产品径向速度（V）、速度谱宽(W)类似，这里不做展示。
图2 第一层0.5°仰角扫描
图3 第二层1.5°仰角扫描
图4 第三层 2.4°仰角扫描
图5 第四层0.84°仰角扫描
图6 第5层1.74°仰角扫描
图7 第6层0.88°仰角扫描
图8 第7层2.21°仰角扫描
图9 第8层1.8°仰角扫描
图10 第9层1.58°仰角扫描
5、 雷达扫描方式显示（圆锥）
雷达天线以一定仰角进行扫描，扫描形状为圆锥体，图11为IDL中对雷达扫描形状（圆锥）和扫描结果（0.5°回波强度）可视化。
图11 雷达扫描方式（圆锥）及平面结果
6、 单个PPI的曲面显示
IDL中可以很轻松的进行曲面的可视化和分析，这里以体扫数据第一层即0.5°仰角的回波强度为例进行展示，。这里可以轻松的对曲面进行旋转、放大缩小、查看某一点的数值（图12）、以及设置数据显示范围（图13）。
图12 PPI曲面显示
图13 PPI曲面显示2
7、 体数据可视化及切片处理
IDL中读取9层回波强度，然后进行三维插值，则获得了CINRAD/CC型天气雷达体数据，IDL中包涵对体数据的显示和分析函数。IDL中对获取的体数据显示（图14）和Z轴切片分析（图15）。
图14 雷达三维体数据显示
图15 三维体数据切片分析
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101cedc.html
