16、气象雷达极化测量的应用与数据处理

气象雷达极化测量的应用与数据处理

1. 信号处理与数据获取

1.1 STEP 算法

STEP 是一种先进的信号处理框架，它充分利用了杂波检测、滤波和矩估计方面的最新进展。该算法的主要特点是结合了时域和频域的信号处理，能有效减轻杂波和噪声对矩估计的影响。不过，其性能依赖于极化雷达系统参数和气象条件，需要自适应调整以获得高质量的极化雷达数据（PRD）。对于处理矩数据的情况，可通过斑点滤波、移动平均以及非气象回波识别和去除等方法进行质量控制，简单的做法是先进行滑动中值滤波，再进行滑动平均以获得平滑图像。

1.2 最优谱参数估计的代价函数推导

在相关公式推导中，由于先验概率 $P(S_m)$ 未知，在无其他信息时假设其在 $[P_n/2v_N + ∞]$ 范围内均匀分布，从而对公式进行改写。通过一系列代入和推导，得出搜索 $S_m$ 等价于搜索能使 $p(S_m|\hat{S} m)$ 最大化的参数集 ${P_w, V {rw}, \sigma_{vw}, P_c, v_{rc}, \sigma_{vc}}$。最终，最大后验（MAP）估计就是最小化代价函数 $J_{MAP}=\sum_{m = 1}^{M} \ln(\frac{\hat{S}_m}{S_m})$。

1.3 NEXRAD 雷达数据访问

NEXRAD 数据可从 NOAA 的国家环境信息中心（NCEI）下载，该中心的存档包含基础数据（Level II 数据）和衍生产品（Level III 数据）。Level II 产品包括雷达反射率（$Z_H$）、差分反射率（$Z_{DR}$）、同极化互相关系数（$\rho_{hv}$）、差分相位（$