[發(fā)明專利]X波段多普勒雷達(dá)降水估測方法

有效

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• 申請日: 2012-02-16
• 公開（公告）號: CN102662162A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧勇;劉曉陽
• 申請（專利權(quán)）人: 鄧勇;劉曉陽
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01S13/95
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11360
• 代理人: 張肖琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大氣科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種X波段多普勒雷達(dá)的衰減訂正方法和降水估測方法。

背景技術(shù)

X波段多普勒雷達(dá)體積小、重量輕，探測范圍一般在60公里半徑，廣泛應(yīng)用于中小尺度災(zāi)害性天氣預(yù)警和局地山洪、城市內(nèi)澇的應(yīng)急預(yù)警。

X波段的雷達(dá)相對于S波段和C波段的雷達(dá)，波長較短，大氣中的降水(雨、雪、雹等)粒子對雷達(dá)波的衰減不容忽視，尤其是在出現(xiàn)局地強天氣時，大粒子的衰減可能影響雷達(dá)的正常探測。

通常，常規(guī)雷達(dá)的衰減訂正采用經(jīng)驗關(guān)系式k＝c*Z^d，其中，Z為雷達(dá)測量的降水粒子的反射率因子，k為衰減系數(shù)，c和d為常數(shù)，在假定雨滴譜為Gamma分布的基礎(chǔ)上，理論上，可以計算c和d的近似值。

然而，在實際應(yīng)用中，由于缺乏雨滴譜數(shù)據(jù)，一般雷達(dá)都避免使用衰減波段的雷達(dá)測量降水，而是使用如S波段或C波段雷達(dá)，或者使用雙極化或雙波長雷達(dá)來測量降水，衰減訂正成為制約X波段多普勒雷達(dá)應(yīng)用的重要因素。

雷達(dá)之所以能用于降水估測是因為雷達(dá)測量的反射率因子Z和雨滴譜有關(guān)，而降水也取決于雨滴譜，在一定的假定下，兩者之間可以建立簡單的關(guān)系式Z＝A*R^b，其中，R為雨強，A和b為系數(shù)。由于雷達(dá)的波束在大氣中傳播，而降水是落到地面的雨滴，雨滴從空中到地面的過程中，受到風(fēng)、溫、濕、壓的影響，可能增大、縮小、合并、破碎，因此，地面降水和空中降水存在時間、空間和強度上的差異，這在降水估測中需要特別關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種降水估測方法，以解決X波段多普勒雷達(dá)的衰減訂正問題，從而擴大X波段多普勒雷達(dá)在降水方面的應(yīng)用范圍。

本發(fā)明的目的在于提出一種X波段多普勒雷達(dá)的降水估測方法。

X波段多普勒雷達(dá)用于降水估測，首先要解決X波段多普勒雷達(dá)的衰減訂正，本發(fā)明的衰減訂正方法包括以下步驟：

1)X波段多普勒雷達(dá)垂直指向探測降水區(qū)，測量降水粒子的反射率因子和多普勒速度譜廓線；

2)由降水粒子的多普勒速度譜廓線計算降水粒子的滴譜廓線；

3)根據(jù)滴譜廓線計算米散射下的衰減系數(shù)廓線和降水粒子的反射率因子廓線；

4)根據(jù)計算得到的衰減系數(shù)廓線和降水粒子的反射率因子廓線建立衰減系數(shù)k和反射率因子Z之間的關(guān)系，擬合確定系數(shù)c和d，從而確定衰減訂正的關(guān)系式k＝c*Z^d。

利用多普勒雷達(dá)的快速傅里葉變換FFT信號處理器，可以得到降水粒子在下落時的多普勒速度譜廓線，從而導(dǎo)出降水粒子的滴譜廓線，并計算降水粒子的衰減系數(shù)廓線和反射率因子廓線，就可以進(jìn)一步建立衰減系數(shù)和反射率因子之間的關(guān)系，并將這一關(guān)系應(yīng)用于30公里范圍內(nèi)的降水，從而解決X波段多普勒雷達(dá)的衰減訂正問題。

利用一部X波段多普勒雷達(dá)和周邊1臺以上雨滴譜儀聯(lián)合估測雷達(dá)有效探測范圍內(nèi)的降水場，本發(fā)明的X波段多普勒雷達(dá)的降水估測方法包括以下步驟：

1)用無地物的最低仰角作平面位置掃描，得到雷達(dá)測量的反射率因子場；

2)X波段多普勒雷達(dá)作垂直指向探測降水區(qū)，判斷本站即雷達(dá)處是否有降水，

(i)當(dāng)本站有降水時，測量降水粒子的反射率因子和多普勒速度譜廓線，并由降水粒子的多普勒速度譜廓線計算降水粒子的滴譜廓線，轉(zhuǎn)步驟3)；

(ii)當(dāng)本站沒有降水而某個雨滴譜儀處有降水時，雨滴譜儀得到雨滴譜，轉(zhuǎn)步驟3)；

(iii)當(dāng)本站和雨滴譜儀所在位置都沒有降水時，用缺省的系數(shù)c和d，進(jìn)行衰減訂正，并用缺省的系數(shù)A和b進(jìn)行降水估測，轉(zhuǎn)步驟6)；

3)計算降水區(qū)的衰減系數(shù)k、降水粒子的反射率因子Z和雨強R；

4)根據(jù)衰減系數(shù)k和反射率因子Z，擬合k＝c*Z^d確定系數(shù)c和d，將此關(guān)系應(yīng)用于降水區(qū)域，實現(xiàn)雷達(dá)測量的反射率因子的衰減訂正，并根據(jù)反射率因子Z和雨強R，擬合Z＝A*R^b確定系數(shù)A和b；

5)根據(jù)衰減訂正以及將A和b應(yīng)用于經(jīng)過系統(tǒng)性偏差修正的雷達(dá)測量的反射率因子，估測雷達(dá)探測范圍內(nèi)的降水；

6)降水估測結(jié)束。

本發(fā)明的優(yōu)點：