FORSKNINGSVERKTØY: NEXRAD

FORSKNING TIL OPERASJONER

NSSL-forskere hjalp til med å utvikle Weather Surveillance Radar – 1988 Doppler (WSR-88D) radarer, også kjent som NESTE generasjon RADar (NEXRAD). Siden den første Doppler-værradaren ble operativ i Norman i 1974, har NSSL arbeidet for å utvide funksjonaliteten og effektiviteten, og beviste for NOAA National Weather Service (NWS) at Doppler værradar var et viktig prognoserverktøy. NWS har nå et nettverk av 158 NEXRAD-er.

NSSL fortsetter å utvikle og forbedre algoritmer som oppdager og varsler spådommer om hagl, alvorlige tordenvær, tornadiske sirkulasjoner, nedbrudd og vindkastfronter. Forskning til driftsaktiviteter inkluderer også utvikling og forbedring av signalbehandlingsteknikker.

RENGJØR AP

Beskrivelse av arbeidet som skal utføres: Utnytte arbeidet som er gjort for MPAR-prosjektet, utvikle teknikker for avbøtning av bakken for den dobbeltpolarimetriske WSR-88D RDA. For stasjonær bakke rot (f.eks. Terreng, bygninger), vi foreslår å kombinere deteksjon og filtrering til en enkelt algoritme (CLEAN-AP) som er godkjent av TAC fordi den overgår dagens WSR ‑ 88D filtrering (GMAP) og deteksjon (CMD) ordninger. Ved å utnytte den dobbeltpolarimetriske oppgraderingen for WSR-88D-flåten, foreslår vi også å utforske bruken av polarimetriske spektraltettheter som et middel til å diskriminere meteorologiske og ikke-meteorologiske avkastninger, inkludert biologiske mål.

Mål: Radar kommer tilbake fra bakken, kjent som bakke rot, kan forurense værsignaler, ofte føre til alvorlig partiske meteorologiske estimater. Et bakke rotfilter implementeres på WSR-88D (GMAP) med mål om å eliminere bakke rotreturer og gi objektive meteorologiske estimater. Imidlertid fortsetter WSR-88D-flåten å ha problemer med datakvalitet med begrensning av bakken rot ved bruk av gjeldende ordning. Hvis de ikke fjernes effektivt, blåser disse forurensningene kunstig opp kvantitative nedbørestimater (QPE) og tilslører Doppler-hastighetsunderskrifter av vær.

RANGE AND VELOCITY AMBIGUITY RESOLUTION

Beskrivelse av arbeidet som skal utføres: En komplett tvetydighetsreduserende løsning for WSR-88D, som involverer utforming av skannestrategier som utnytter både den eksisterende fasekodingsalgoritmen (SZ-2) og den foreslåtte forskjøvet PRT, er planlagt for fremtidige forbedringer av WSR-88D RDA. NSSL foreslår å overføre en komplett forskjøvet PRT-algoritme som inkluderer dobbelt polarisering og bakke rotdemping ved bruk av CLEAN-AP-filteret. I tillegg foreslår NSSL å forbedre ytelsen til SZ-2-algoritmen på den polarimetriske WSR-88D-flåten ved å optimalisere algoritmens tilpasningsdyktige parametere.

Mål: En komplett løsning for avstand og hastighet tvetydighetsreduserende løsning vil resultere i mindre tilsløring ( “ lilla dis ” ) og bedre skildring av Doppler-hastighetsfelt. Arbeidet på dette området forventes å kulminere med betydelig forbedret datakvalitet for den polarimetriske WSR-88D-radaren. Den økte datakvaliteten vil resultere i en forbedret evne til å oppdage alvorlig vær, flashflom, vinterstorm og gi luftfartsprognoser.

ONLINE STØYESTIMERING

Beskrivelse av arbeidet som skal utføres: Ved å utnytte arbeidet som er gjort for MPAR-prosjektet, foreslår vi å utvikle en radial-for-radial støykraftsestimeringsteknikk for den dual-polarimetriske WSR-88D RDA.

Mål: Målet med teknikken er å produsere et støyestimat i hver antenneposisjon. Dermed estimeres støy fra prøver som inneholder både signaler av interesse og støy. Ved å gi mer nøyaktig støykraftverdi, vil mer nøyaktige produkter bli produsert i tilfelle svake signaler. Undersøkelser har også vist at i de fleste tilfeller er “ arven ” levert støyverdi høyere enn den faktiske; økning i radardekning er dermed en annen sannsynlig fordel.

SAMMENHENGSBASERT TERSKEL

Beskrivelse av arbeidet som skal utføres: Denne teknikken er utviklet hos NSSL og fordelene er påvist. Algoritmen er allerede implementert i ORDA. Støtte til testing og validering av teknikken vil bli gitt.

Mål: Teknikken er rettet mot å forbedre deteksjonen av svake signaler. Dermed er målet å dempe tapet i følsomhet på grunn av 3,5 SNR-fallet som følge av dobbeltpolariseringsoppgraderingen av WSR-88D-flåten. Det er vist at teknikken er i stand til å nå dette målet.

DP-SIGNALBEHANDLINGSFORBEDRINGER

Beskrivelse av arbeidet som skal utføres: I guiden til NWS og dens entreprenør om hvordan integrere beregninger av doble polarimetriske variabler i arkitekturen til WSR-88D RDA, Dusan Zrnic ga en serie anbefalinger for å følge den første utplasseringen med dobbelt polarisering. Foreslåtte forbedringer inkluderer forbedringer av avbøtning av rekkevidde og hastighets uklarheter, utvinning av tapt følsomhet og effektiv beregning av polarimetriske variabler. Vi foreslår å følge opp anbefalingene som er skissert i denne rapporten og ta opp andre datakvalitetsproblemer som kan oppstå etter den første utplasseringen av dobbeltpolarisering på WSR-88D-flåten.

Mål: For å dempe risikoen ble signalbehandlingsanbefalinger for den første utplasseringen av dobbelt polarisering på WSR-88D-flåten med vilje designet for å involvere minimale endringer med hensyn til arven, enkeltpolariseringsbehandlingsrørledning. Som sådan finnes det mange muligheter for ytterligere forbedringer av datakvalitet. Et område med spesiell bekymring er variansen av estimater med dobbeltpolarisering, som påvirker ytelsen til algoritmer, for eksempel kvantitativ nedbørestimering (QPE) og hydrometeor klassifisering (HCA).

OVERSAMPLING AV REKKEVIDDE

Beskrivelse av arbeidet som skal utføres: Nylig implementerte vi en adaptiv algoritme basert på rekkevidde-oversampling på NWRT PAR som en del av MPAR-prosjektet. Med denne implementeringen kunne vi definere nye skannestrategier som produserer data med lignende kvalitet på halve tiden. Vi foreslår å utvide denne teknikken for operativ implementering på de dobbeltpolariserte WSR-88D radarene.

Mål: I en fersk undersøkelse av ROC indikerte 62% av prognoserne at de ønsker å få meteorologiske data til raskere priser, spesielt for observasjon av raskt utviklende fenomener som tornadoer. Den konvensjonelle avveiningen innebærer å ofre enten romlig dekning eller datapresisjon for å oppnå raskere skanninger. Imidlertid, med rekkevidde-oversampling, er det mulig å legge til en ny dimensjon til denne avveiningen: signalbehandling. Det vil si at med rekkevidde er det mulig å skaffe data med lav varians uten å ofre oppdateringstid eller romlig dekning. Dette er spesielt viktig for de polarimetriske variablene, som er nødvendige med høyere presisjon enn det som er mulig ved bruk av gamle, enkeltpolariseringstider.