CMA雷达基数据读取及PPI和CVS图形绘制

气象雷达是气象观测的重要设备，特别是在突发性、灾害性的监测、预报和警报中具有极为重要的作用，是用于小尺度天气系统（如台风和暴雨云系）的主要探测工具之一。目前中国气象局业务上用的是新一代多普勒天气雷达。

新一代多普勒天气雷达单个体扫数据以.bz2格式压缩存储，解压后得到.bin格式二进制文件，此文件记录了基数据格式规范中的所有体扫参数，包括儒略时间、体扫模式、反射率因子、径向速度、谱宽等。在多普勒天气雷达工作过程中，规定正北方为0°方位角，正东方为90°方位角，天线与水平面平行为0°仰角，与水平面垂直时为90°仰角。业务中雷达的常规扫描方式是VPPI，扫描时雷达天线自体扫模式中最低仰角启动，并以固定仰角从零度方位角开始沿顺时针方向转动天线，逐方位角完成单层仰角的扫描，在不断发射和接收电磁波的同时记录反射率因子、径向多普勒速度、谱宽等生成基本雷达产品所必需的要素。完成单层仰角扫描之后，雷达天线抬升至对应体扫模式中的下一仰角继续重复上述过程，直到完成所有规定仰角的扫描。

基数据可分为公共数据块和径向数据块两部分，其中：公共数据块用于提供数据站点信息、任务配置等公共信息。径向数据块用于存储天气雷达的探测资料，包括 3 个子块：径向头、径向数据头以及径向数据。在实际数据中每个仰角扫描层中的径向数据数目、径向数据库长数目都不相同，处理成规则的多维数组比较困难。MeteoInfo软件中为了将每个要素变量设置为多维数组采取了一些策略，比如将反射率（dBZ）变量设置为三维数组（scan, radial, gateR）。scan 是雷达扫描的层数，radial 是雷达扫描的水平角度数。变量分为两组，dBZ为代表的一组，V, W为代表的一组，gateR和gateV维分别对应上述两组变量。这样以来对于变量的读取就比较简单了。前面说过每个扫描层的雷达水平角度数可能都不一样，因此选取最大的水平角度数作为 radial 维的长度，数据读取时可能会有无效值（nan）。gate 维也是类似处理。

在MeteoInfoLab中使用 addfile 函数读取雷达基数据文件形成雷达数据文件对象 f。

查看数据信息如下：

站点名称、经纬度、高度等信息在Global Attributes里，可以读取出来以备后面的分析使用。

读取PPI单层数据（这里以dBZ为例），给定扫描层即可，同时需要把该层的azimuth, distance和elevation变量值读取出来。

dataset包里有RadarUtil模块已经进行了预加载，可以使用该模块将雷达坐标转为笛卡尔坐标或者地理坐标。

如果是笛卡尔坐标 （x, y, z），其实就是每个雷达扫描值距雷达中心点的位置（以米为单位）。要将其绘制到地图上需要给地图设置投影（azimuth equidistant projection），然后再创建地图坐标系（注意要设置上述投影），用pcolor函数绘制dBZ数据即可（绘图语句设置proj参数）。

生成的图形：

如果使用地理坐标系，由于已经计算出数据的经纬度，直接创建不带投影信息的地图坐标系（等经纬度投影），后续的语句类似。

对于雷达垂直剖面图，需要用到雷达数据文件的 get_vcs_data 函数获取垂直剖面数据，函数中的参数分别为变量名、剖面起始点和终点坐标（笛卡尔），然后通过循环每一扫描层来绘制图形。

生成的图形：

单层PPI数据是有仰角的，三维来看是一个圆锥面，通过叠加地形起伏，可以从三维视角看某一层或多层PPI数据的分布，还可以通过最底层PPI图形看到地形遮挡的具体情况。