新一代天氣雷達(dá)PUP地圖的拓展應(yīng)用

龔麗軍 劉志雄 ?？? 唐海云 邱東云 查艷霞 俸志武

摘 要：作為新一代天氣雷達(dá)的使用平臺，PUP系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于氣象臺站，但PUP系統(tǒng)自身配套的地圖文件只能精細(xì)化到縣（區(qū)）一級，不能滿足人工增雨防雹和短時臨近天氣預(yù)警預(yù)報服務(wù)等工作需求，通過解析PUP的default.map地圖數(shù)據(jù)，將鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、重點(diǎn)服務(wù)對象、人影作業(yè)點(diǎn)等地理信息數(shù)據(jù)與原雷達(dá)底圖疊加顯示，疊加后的雷達(dá)產(chǎn)品豐富了地理信息的同時，還具有縮放、定位準(zhǔn)確、圖形性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，提升了短時臨近天氣預(yù)警預(yù)報服務(wù)和人工增雨防雹作業(yè)精度，有效填補(bǔ)了PUP系統(tǒng)地理信息的不足。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)；PUP地圖；氣候變化

中圖分類號：P412.25 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：2095–3305（2024）02–0-03

全球氣候變化背景下，我國的極端降水事件變化的區(qū)域特征十分顯著，極端降水等氣候事件頻發(fā)[1-5]。近年來，隨著新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)的建設(shè)，雷達(dá)資料在暴雨、大風(fēng)、冰雹等極端強(qiáng)天氣過程和人工增雨防雹作業(yè)得到較好應(yīng)用，天氣雷達(dá)已成為氣象監(jiān)測和防災(zāi)救災(zāi)的利劍。臨滄市距最大的暖池孟加拉灣600余km，

孟加拉灣為其提供了充沛的水汽來源，多年平均降雨量達(dá)1 258.8 mm，其中，85.3%的降雨量集中在雨季（5—10月）。臨滄市雨季強(qiáng)降雨頻發(fā)易誘發(fā)洪澇、泥石流、滑坡等災(zāi)害，旱季雖降雨較少，但進(jìn)入2月后隨著大氣環(huán)流的轉(zhuǎn)變，南亞季風(fēng)開始活躍，臨滄市乃至整個云南及周邊地區(qū)溫濕條件得到改善，雷暴大風(fēng)、冰雹和閃電活動明顯。

天氣雷達(dá)作為短時臨近預(yù)報的主要觀測設(shè)備，無論從預(yù)報角度還是監(jiān)測角度已成為氣象工作者使用的主要工具之一，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展，對災(zāi)害性天氣的監(jiān)測要求越來越高，中國氣象局從20世紀(jì)末開始進(jìn)行全國新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)建設(shè)。臨滄C波段新一代天氣雷達(dá)站址位于臨滄市五老山國家森林公園內(nèi)，雷達(dá)站年平均氣溫為17.2 ℃，年降雨量為1 164 mm，

相對濕度為72%。該項(xiàng)目于2015年3月開工建設(shè)，同年10月完成土建工程，2016年1月完成雷達(dá)設(shè)備安裝、調(diào)試并投入使用，同年9月10日通過中國氣象局和云南省氣象局現(xiàn)場驗(yàn)收并投入業(yè)務(wù)試運(yùn)行。該雷達(dá)是云南省第一部CINRAD/CA型號雷達(dá)，最大探測距離為400 km。目前，臨滄市現(xiàn)已建成1部C波段天氣雷達(dá)，2部X波段天氣雷達(dá)，并于2016年開始陸續(xù)投入使用，雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，最大限度地保護(hù)了人民生命和財產(chǎn)安全，在防災(zāi)減災(zāi)和人工影響增雨作業(yè)中發(fā)揮著重要作用。但隨著雷達(dá)PUP系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在各級氣象臺站，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)配套的主地圖文件default.map所含地理信息比較粗略，空間行政區(qū)域僅展示縣（區(qū)）及以上行政名，無法準(zhǔn)確地定位雷達(dá)回波位置，這就導(dǎo)致難以滿足防災(zāi)減災(zāi)和人工影響增雨防雹作業(yè)時精準(zhǔn)定位的精細(xì)化服務(wù)需求。

在PUP地圖拓展應(yīng)用中，主要為雷達(dá)產(chǎn)品與GIS軟件結(jié)合得較多（如ARC-GIS、MAPX等）[6-7]。如張延秀等[8-9]通過修改UserMap.dat文件并結(jié)合PUP的自定義地圖編輯功能實(shí)現(xiàn)了PUP地圖的細(xì)化工作，通過解析PUP的default.map地圖數(shù)據(jù)格式，添加了鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、重點(diǎn)服務(wù)對象、人影作業(yè)點(diǎn)等地理信息，有效填補(bǔ)了主地圖顯示地理信息的不足，實(shí)現(xiàn)了PUP所提供主地圖信息基礎(chǔ)上的本地化拓展應(yīng)用。能對天氣系統(tǒng)進(jìn)行更充分、更完整、更全面的跟蹤和定位監(jiān)測，提高臨滄市短時臨近天氣預(yù)警預(yù)報服務(wù)能力。能夠精準(zhǔn)指導(dǎo)指揮人工增雨、防雹作業(yè)，不斷提高作業(yè)成功率，能有效緩解旱情和森林火情，增加大中型水庫和重要河流水源區(qū)庫塘蓄水，為臨滄市推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、打好大氣污染防治藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)、涵養(yǎng)水源、水土保持、植被恢復(fù)、生物多樣性保護(hù)等方面發(fā)揮積極作用。

1 PUP地圖文件

新一代天氣雷達(dá)PUP軟件提供的地圖文件保存在PUP系統(tǒng)的/opt/pup/config/maps目錄中。

2 地圖文件內(nèi)容

地圖文件內(nèi)容分為描述區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)兩大部分。

2.1 描述區(qū)

描述區(qū)包含如下內(nèi)容：（1）CENTER Latitude，Longi-

tude，即地圖文件繪制區(qū)域的中心點(diǎn)經(jīng)緯度。其中，Latitude為地圖繪制區(qū)域的中心點(diǎn)緯度，單位為s；Longitude為地圖繪制區(qū)域的中心點(diǎn)經(jīng)度，單位為s。（2）RANGE RRRRRR，即地圖文件繪制區(qū)域的半徑距離。RRRRRR為地圖文件繪制區(qū)域的半徑距離，單位為m。

（3）RPOJECTION P，即地圖的投影方式。其中，P為1～

3的數(shù)字，代表地圖的投影方式，1代表Mercator，2代表Azimuthal Equidistant，3代表Lambert AEA；默認(rèn)為2。（4）UNDERLAY ZXXXX png，即背景地形圖片名稱。XXXX為地圖中心所在雷達(dá)站的站號。描述區(qū)內(nèi)容雷達(dá)廠家已配置完整，臺站人員不需要更改。

2.2 數(shù)據(jù)區(qū)

數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容以字符“SECTION”為標(biāo)識進(jìn)行分區(qū)，支持以下4種類型：（1）SECTION TEXT，文本數(shù)據(jù)段，包含純文本內(nèi)容。（2）SECTION LINE，線段數(shù)據(jù)段，包含線段或連續(xù)多條線段內(nèi)容。（3）SECTION ICON，圖標(biāo)數(shù)據(jù)段，包含圖標(biāo)信息。（4）SECTION ICON_TEXT，圖標(biāo)文本數(shù)據(jù)段，包括圖標(biāo)+文本的組合信息。

2.2.1 SECTION TEXT文本數(shù)據(jù)段

文本信息段通常為地名數(shù)據(jù)，如城市名稱、機(jī)場名稱、建筑物名稱等，包含的內(nèi)容有：（1）SECTION TEXT（段標(biāo)識）。（2）LAYER Name（Name為本地圖圖層的名稱，名稱內(nèi)容可以是英文字母或數(shù)字，或是字母和數(shù)字的組合，字母區(qū)分大小寫）。（3）SIZE N，N為阿拉伯?dāng)?shù)字，表示這一層字體顯示的大小。（4）POSITION Location，Location表示所顯示地名與其經(jīng)緯度的相對位置，共有4種位置，即LEFT、RIGHT、UP、DOWN。（5）FONT FFFF，F(xiàn)FFF為文字顯示時采用的字體名稱，

需操作系統(tǒng)支持。（6）FONT_COLOR #RRGGBB，#RRGGBB為字體顯示顏色的RGB值。（7）TEXT latitudelongitude

text，latitude、longitude為所顯示的地名的緯度和經(jīng)度，

單位為s，text為地名。

2.2.2 SECTION LINE線段數(shù)據(jù)段

線段數(shù)據(jù)信息段包含的信息通常為省市縣邊界、河流流域、高速公路、機(jī)場跑道等，包含的內(nèi)容有：（1）SECTION LINE（段標(biāo)識）。（2）LAYER name，name為此

數(shù)據(jù)層的名字。（3）LINE_COLOR #RRGGBB，#RRGGBB為線段顯示顏色的RGB值。（4）POINT latitudelongitude，

latitude、longitude為線段上當(dāng)前數(shù)據(jù)點(diǎn)的緯度和經(jīng)度，單位為s。（5）GAP，每組線段數(shù)據(jù)間的分割符。

2.2.3 SECTION ICON圖標(biāo)數(shù)據(jù)段

圖標(biāo)數(shù)據(jù)信息段包含的信息通常為機(jī)場、建筑物等，包含的內(nèi)容有：（1）LAYER name，name為此數(shù)據(jù)層的名字。（2）SIZE N，N為阿拉伯?dāng)?shù)字，表示圖標(biāo)顯示的大小。（3）ICON_NAME file name，file name為圖標(biāo)文件的名稱。（4）ICON latitude longitude，latitude、longitude分別為圖標(biāo)顯示位置的緯度和經(jīng)度，單位為s。

2.2.4 SECTION ICON_TEXT圖標(biāo)文本數(shù)據(jù)段

圖標(biāo)文本數(shù)據(jù)段是文本部分與圖標(biāo)部分的組合。

包含的內(nèi)容有：（1）SECTION ICON_TEXT（段標(biāo)識）。（2）LAYER Name，Name為本地圖圖層的名稱，名稱內(nèi)容可以是英文字母或數(shù)字，或是字母和數(shù)字的組合，字母區(qū)分大小寫。（3）SIZE N，N為阿拉伯?dāng)?shù)字，表示這一層字體顯示的大小。（4）ICON_NAME file name，file name為圖標(biāo)文件的文件名稱。（5）POSITION Location，Location表示所顯示地名與其經(jīng)緯度的相對位置，共有4種位置，即LEFT、RIGHT、UP、DOWN。

（6）FONT FFFF，F(xiàn)FFF為文字顯示時采用的字體名稱，

需操作系統(tǒng)支持。（7）FONT_COLOR #RRGGBB，#RRGGBB

為字體顯示顏色的RGB值。（8）ICON latitudelongitude，latitude、longitude分別為圖標(biāo)顯示位置的緯度和經(jīng)度，

單位為s。（9）TEXT latitude longitude text，latitude、longi-

tude分別為所顯示的地名的緯度和經(jīng)度，單位為s，text為地名。

3 地圖文件制作

將收集好的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)區(qū)格式要求整理后，打開PUP系統(tǒng)/opt/pup/config/maps中的default.map文件，在文件末尾添加相關(guān)數(shù)據(jù)，添加完成后需要重啟PUP軟件加載新的地圖文件，然后回到PUP系統(tǒng)設(shè)置→地圖設(shè)置→將相應(yīng)的圖層進(jìn)行打“√”，點(diǎn)擊“全部產(chǎn)品”即可。目前，已對臨滄天氣雷達(dá)PUP地圖鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）邊界、人影作業(yè)點(diǎn)、重點(diǎn)服務(wù)對象等區(qū)域的地理信息數(shù)據(jù)疊加（圖1和圖2）。

4 服務(wù)案例

臨滄天氣雷達(dá)PUP地圖優(yōu)化后得到了較好的應(yīng)用，尤其是在單點(diǎn)性、局地性氣象災(zāi)害服務(wù)中十分明顯。例如，2022年10月7—8日，臨滄市雙江縣忙糯鄉(xiāng)出現(xiàn)特大暴雨，7日22：00—8日06：00 8 h雨量達(dá)235.9 mm，

日雨量達(dá)250.2 mm，突破臨滄市12 h和日雨量最大紀(jì)錄。此次降雨突發(fā)性強(qiáng)，雨勢迅猛，峰值出現(xiàn)在深夜，極端強(qiáng)降雨引發(fā)的山洪超過河道防洪能力，共造成直接經(jīng)濟(jì)損失2億多元。由于預(yù)報員在遞進(jìn)式氣象服務(wù)服務(wù)過程中，使用地圖細(xì)化后的PUP軟件查看、分析雷達(dá)回波圖，并準(zhǔn)確定位降水回波的位置、移動方向、移動速度、強(qiáng)度變化等信息（圖3、圖4、圖5），通過精準(zhǔn)預(yù)報，預(yù)警提前，叫應(yīng)及時成功組織120戶495人轉(zhuǎn)移避險，其中，18戶73人轉(zhuǎn)移后房屋被沖毀，無一人員傷亡，此次氣象服務(wù)過程受到云南省防辦通報表揚(yáng)，同時入選云南省優(yōu)秀案例。

5 結(jié)論

（1）通過收集臨滄市鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）邊界、人影作業(yè)點(diǎn)、重點(diǎn)服務(wù)對象等區(qū)域的地理信息數(shù)據(jù)，按照PUP地圖文件格式要求，將相關(guān)信息與原雷達(dá)地圖疊加顯示，疊加后的雷達(dá)產(chǎn)品豐富了地理信息的同時，具有縮放、定位準(zhǔn)確、圖形性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。通過疊加使地理信息更加豐富，雷達(dá)產(chǎn)品的可視性更加良好，對預(yù)報員具有較好的指導(dǎo)作用。

（2）通過對臨滄天氣雷達(dá)系統(tǒng)地圖拓展應(yīng)用，能對天氣系統(tǒng)進(jìn)行更充分、更完整、更全面的跟蹤和定位監(jiān)測，極大地提高了臨滄市短時臨近天氣預(yù)警預(yù)報服務(wù)能力。

（3）通過對雷達(dá)回波的精準(zhǔn)定位，結(jié)合回波的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)特征、移動方向、移動速度和發(fā)展趨勢等信息，精準(zhǔn)指導(dǎo)指揮人工增雨、防雹作業(yè)，極大地提高了作業(yè)成功率，有效緩解了旱情和森林火情，增加了大中型水庫和重要河流水源區(qū)庫塘蓄水，在臨滄市推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、打好大氣污染防治藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)、涵養(yǎng)水源、水土保持、植被恢復(fù)、生物多樣性保護(hù)等方面發(fā)揮了積極作用。

（4）通過對鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、重點(diǎn)服務(wù)對象、人影作業(yè)點(diǎn)等地理信息添加介紹，為需要疊加地理信息的氣象臺站起到指導(dǎo)和借鑒作用。同時，在今后的工作中，將不斷探索、不斷優(yōu)化地圖文件，讓新一代天氣雷達(dá)在氣象防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮更大的優(yōu)勢。

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