[發明專利]一種非降水條件下大氣邊界層高度探測方法和系統

有效

• 申請號: 201711237955.9
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108256546B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 艾未華;戈書睿;陳冠宇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/00;G06F17/14
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;張倩倩

本發明公開一種非降水條件下風廓線雷達對大氣邊界層高度的探測方法，方法包括：利用支持向量機技術，基于多組時空匹配的風廓線雷達探測數據與毫米波測云雷達的探測數據，得到云識別分類器；選擇最優小波基；基于多組時空匹配的風廓線雷達探測數據和探空數據，利用最小二乘法計算最優尺度因子，并擬合最優尺度因子與風廓線雷達探測數據中信噪比SNR數據之間的函數關系，從而實現對實際風廓線雷達探測數據進行小波變換時的尺度因子自適應；利用云識別分類器，將小波變換得到的不唯一的信噪比突變點高度進行有云或無云的識別，將識別結果為無云的信噪比突變點對應的高度作為大氣邊界層高度。本發明優化了風廓線雷達在大氣邊界層高度探測時的反演方法，支持向量機的應用提高了探測精度，可大大減少誤判。

技術領域

本發明涉及遙感技術中非降水條件下大氣邊界層高度探測技術領域，特別是一種基于小波變換與支持向量機的非降水條件下風廓線雷達對大氣邊界層高度的探測方法和系統。

背景技術

在非降水條件下，大氣邊界層高度是研究大氣邊界層的主要參數，是空氣污染物擴散、邊界層結構、大氣動力學等研究必須考慮的重要物理量。大氣邊界層的高度更是污染物擴散模式、氣候模式、大氣模式的一個重要輸入參數，其準確性對于模式的結果至關重要。傳統大氣邊界層高度檢測手段主要包括無線電探空儀、氣象觀測塔、系留氣球、飛機觀測等，但這些方法存在難以連續不間斷測量、時間分辨率差、人工依賴性和高成本等缺點。目前，利用激光雷達數據可反演獲取大氣邊界層高度，但是由于激光波長短，在有云和降水等情況下難以進行大氣邊界層高度的探測。

風廓線雷達是一種無球高空氣象探測設備，可無人值守，連續提供水平風場、垂直速度等氣象要素隨高度的分布情況，其探測資料具有時空分辨率高、連續性和實時性好的特點。國外從20世紀80年代開始風廓線雷達大氣邊界層高度探測技術的研究，利用風廓線雷達探測資料采用梯度法和小波分析等方法得到了大氣邊界層高度，并進行了比對試驗工作，參考說明書附圖圖2所示的比對結果。近年來，國內風廓線雷達技術性能有了質的飛躍，多項技術指標已經達到了國際先進水平，對風廓線雷達大氣邊界層高度探測也開展了一些研究工作，但仍有許多關鍵技術和科學問題需要深入研究：(1)在現有基于小波的風廓線雷達大氣邊界層高度探測技術基礎上如何優化反演方法，研究最優小波基選擇和自適應尺度因子確定方法，提高反演精度和穩定性，滿足業務化運用需求。(2)目前國內外研究成果都是晴空條件下風廓線雷達探測大氣邊界層高度，對有云條件下的邊界層高度探測研究很少。由于云頂附近存在與大氣邊界層頂附近相似的大氣濕度顯著變化的特征，在有云條件下風廓線雷達同時接收云中粒子散射回波和湍流散射回波，檢測大氣邊界層高度時，難以利用濕度突變的特征判定是云頂還是邊界層頂，嚴重影響了探測精度，甚至出現誤判。因此，需要尋找一種非降水條件下風廓線雷達對大氣邊界層高度的探測方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：研究在非降水條件下利用風廓線雷達對大氣邊界層高度進行探測的方法，結合小波變化方法和支持向量機技術，優化反演方法，提高反演精度和穩定性，從而達到提高探測精度的目的。

本發明采取的技術方案具體為：一種非降水條件下大氣邊界層高度探測方法，包括：

S1，獲取多組時空匹配的風廓線雷達探測數據與毫米波測云雷達的探測數據，作為支持向量機的訓練樣本數據；

S2，選擇支持向量機的核函數，以樣本數據中風廓線雷達探測數據作為支持向量機的輸入，毫米波測云雷達的探測數據作為訓練參考值，進行訓練，得到云識別分類器；

S3，獲取多組時空匹配的風廓線雷達的探測數據與探空數據，將風廓線雷達探測數據中的信噪比SNR數據與時空匹配的探空數據H₀，作為樣本集合；

S4，選擇小波變換時的小波函數，設定小波變換時尺度因子的變化范圍以及變化步長，基于S3樣本集合的各樣本中信噪比SNR數據和小波函數，利用小波變換反演得到對應變化范圍內各尺度因子的、各樣本對應的反演高度數據；