[發明專利]一種三維風場的氣象探測方法及系統

在審

• 申請號: 201710833759.1
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107741587A
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 孔龍時;魏艷強;王志銳;馮凱
• 申請（專利權）人: 北京無線電測量研究所
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95;G01W1/00
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明屬于天氣雷達探測領域，尤其涉及一種三維風場的氣象探測方法及系統。

背景技術

天氣雷達是一種能有效觀測各種強天氣現象的有效工具，但傳統天氣雷達存在如下不足：①由于地球曲率的影響，天氣雷達在較遠距離觀測時對近地層云雨目標的觀測受到限制，同時，仰角30度以上沒有探測資料，且近距離存在大量探測空白區；②現有雷達采用機械旋轉掃描，波束掃描速度較慢，完成一次體掃的時間在6分鐘左右，時間分辨率低，難以捕獲快速生成和發展的小尺度天氣現象(如龍卷和下擊氣象等)；③目前多普勒天氣雷達雖然有獲取徑向速度的能力，但徑向速度只是云雨粒子運動速度在雷達電磁波傳播方向上的一個分量，沒有完整的三維速度信息；④多普勒天氣雷達組成的探測網，3個相鄰雷達共同重疊探測區域約為5％，重疊區域的雷達探測采樣體積不大，并且同一空間位置不同雷達獲取資料時間相差數分鐘，用這種資料合成的速度矢量可信度很低。

因此，現有的觀測方法損失了空間上的氣象目標信息，尤其對于快速變化的風場、微下擊氣象等氣象目標，無法及時地獲取觀測范圍內完整空間的氣象目標信息，造成氣象數據獲取率降低，數據質量下降，不能充分滿足氣象研究、氣象保障等應用需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：現有的觀測方法損失了空間上的氣象目標信息，尤其對于快速變化的風場、微下擊氣象等氣象目標，無法及時地獲取觀測范圍內完整空間的氣象目標信息，造成氣象數據獲取率降低，數據質量下降，不能充分滿足氣象研究、氣象保障等應用需求。

為解決上面的技術問題，本發明提供了一種三維風場的氣象探測方法，該氣象探測方法包括：

S1，安置在等邊三角形的探測區域的三個頂點處的每部相控陣天氣雷達根據接收的模式探測指令同時對所述等邊三角形的探測區域進行掃描；

S2，每部所述相控陣天氣雷達將掃描獲取強度數據和速度數據發送給控制處理中心；

S3，所述控制處理中心將三部天氣雷達的所述強度數據進行融合，得到反射率因子，同時將所述速度數據進行矢量合成，得到速度矢量場；

S4，根據所述反射率因子和所述速度矢量場，確定三維風場；

S5，根據速度風場的突變屬性，在所述三維風場中探測出發生微下擊暴流的位置。

本發明的有益效果：通過上述的方法，利用3部相控陣天氣雷達對等邊三角形探測區域進行協同探測獲取數據，實現了對觀測空間范圍內的全空域氣象目標的精細探測，生成更加精確的三維風場，可有效地獲取觀測范圍內全空域的三維風場信息，同時在該三維風場中可以有效地監測微下擊暴流現象，大幅提高現有氣象觀測水平，并且滿足氣象研究、氣象保障等應用需求。

進一步地，所述模式探測指令包括：強回波三維探測模式和三維探測模式。

進一步地，步驟S1中包括：當接收的是強回波三維探測模式指令時，每部所述相控陣天氣雷達在垂直方向上同時采用14個接收波束掃描方式和在水平方向上采用機械掃描方式對所述等邊三角形的探測區域進行掃描；其中，每部所述天氣雷達在所述垂直方向上每次覆蓋22.4度仰角，分4次完成89.6度仰角掃描，每部所述相控陣天氣雷達在所述水平方向上以天線旋轉速度40度/秒，完成60度方位掃描。

進一步地，步驟S1中包括：當接收的是三維探測模式時，每部所述相控陣天氣雷達在垂直方向上同時采用5個接收波束掃描方式和在水平方向上采用機械掃描方式對所述等邊三角形的探測區域進行掃描；其中，每部所述相控陣天氣雷達在所述垂直方向上是每次覆蓋8度仰角，分11次完成88度仰角掃描，每部所述天氣雷達在所述水平方向上以天線旋轉速度10度/秒，完成60度方位掃描。

進一步地，所述S3中所述控制處理中心將所述強度數據進行融合，得到反射率因子具體為：所述控制處理中心取三部相控陣天氣雷達的所述強度數據的平均值，將所述平均值作為所述反射率因子。

本發明還涉及一種三維風場的氣象探測系統，該氣象探測系統包括：三部相控陣天氣雷達、控制處理中心；其中所述三部相控陣天氣雷達分別安置在一個等邊三角形的探測區域的三角形頂點處；

所述相控陣天氣雷達，采用相控陣、數字多波束體制，用于根據接收的模式探測指令，同時對所述等邊三角形的探測區域進行快速掃描；且將掃描獲取的強度數據和速度數據發送給所述控制處理中心；