[發(fā)明專利]NRIET X 波段雷達(dá)協(xié)同組網(wǎng)分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810260040.8
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108693534A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐立理
• 申請（專利權(quán)）人: 南京恩瑞特實業(yè)有限公司
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 高嬌陽

本發(fā)明公開了一種NRIET X波段雷達(dá)協(xié)同組網(wǎng)分析方法，包括：數(shù)據(jù)收集。數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。利用距離權(quán)重插值技術(shù)，采用三維cressman插值方法，對雷達(dá)回波，徑向風(fēng)以及各偏振量進(jìn)行格點插值。三維數(shù)據(jù)組網(wǎng)。對于雙多普勒雷達(dá)反演的三維風(fēng)場，利用質(zhì)量連續(xù)方程約束反演風(fēng)場，通過反復(fù)迭代求解方程獲取三維風(fēng)場；垂直速度w由設(shè)定上邊界向下積分分的質(zhì)量連續(xù)方程求得，并采用微量邊界條件調(diào)整垂直運動場。基于雷達(dá)產(chǎn)品反射率算法生成組合反射率拼圖產(chǎn)品、回波頂高拼圖產(chǎn)品；通過Z?R關(guān)系，進(jìn)行定量降水估計，得出雨強產(chǎn)品；使用紋理分類方法，識別降水層云對流區(qū)域；利用模糊邏輯算法，對降水過程中不同階段，各個區(qū)域降水粒子相態(tài)識別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雷達(dá)插值組網(wǎng)、風(fēng)場反演以及天氣識別方法，尤其涉及一種NRIETX波段雷達(dá)協(xié)同組網(wǎng)分析方法。

背景技術(shù)

監(jiān)測、預(yù)報和研究中尺度天氣系統(tǒng)一直是天氣預(yù)報的重要任務(wù)，也一直是大氣科學(xué)的一大難題，主要困難是我們對空間尺度為幾百公里乃至幾十公里的強對流系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)、發(fā)生發(fā)展的機理，甚至在強對流中的微物理過程都了解甚少。在探測大氣的各種手段中，天氣雷達(dá)以其高時空分辨率、及時準(zhǔn)確的遙感探測能力成為災(zāi)害性天氣，特別是中尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測和短時天氣預(yù)報等方面極為有效的工具。天氣雷達(dá)的運用，極大地加深了對下?lián)舯┝鳎埦沓墕误w、冰雹、颮線和中尺度對流系統(tǒng)等天氣現(xiàn)象的理解和認(rèn)識，提高了對災(zāi)害性天氣的預(yù)警能力。

我國自1998年以來開始不舍新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)，對突發(fā)暴雨、沿海臺風(fēng)和強降水等災(zāi)害性天氣的短時預(yù)報準(zhǔn)確率比原來提高了不少，時效提前了幾十分鐘到數(shù)小時，。但是，新一代雷達(dá)有其自身的局限性：由于掃描策略(雷達(dá)只能在0.5～19.5°仰角范圍內(nèi)以一定的間隔進(jìn)行掃描)以及地球曲率等的影響，即使在雷達(dá)的有效探測半徑內(nèi)，也有很過區(qū)域不能被雷達(dá)觀測到，例如，靜錐區(qū)、最低掃描仰角以下的資料空白區(qū)、相鄰仰角間隔之間的資料空白區(qū)、地形對雷達(dá)波束阻擋的區(qū)域的等。現(xiàn)階段我國1km以雷達(dá)覆蓋區(qū)僅達(dá)17％，這些缺陷阻礙了我們對災(zāi)害性天氣系統(tǒng)完整細(xì)致的跟蹤觀測，從而降低了我們隊這些天氣系統(tǒng)的監(jiān)測和預(yù)報能力；也阻礙了我們進(jìn)一步揭示與這些天氣系統(tǒng)相關(guān)的大氣運動的各種規(guī)律以及各種尺度之間的相互作用，使得我們無法對這些系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展機理做出全面、客觀、細(xì)致的研究。

現(xiàn)有的組網(wǎng)插值算法主要有：雙線性插值法、Barnes插值法和錐面后垂直內(nèi)插的方法。但是雙線性插值法受到缺測的影響較大，對于大范圍缺測的情況，插值會有困難。而雷達(dá)觀測過程中，距雷達(dá)較遠(yuǎn)的地方，兩個觀測點距離較大，但徑向速度是一個矢量，間隔過大不適宜插值。Barnes插值法主要是加權(quán)平均的算法，計算簡單，可以濾除部分噪音，但是插值結(jié)果和周圍觀測點的均勻程度和影響半徑關(guān)系較大；先錐面后垂直內(nèi)插的方法，在插值過程宏中，如果垂直內(nèi)插時資料艱巨過大會不此案不連續(xù)的現(xiàn)象，產(chǎn)生誤差較大。

新一代天氣雷達(dá)為S波段氣象雷達(dá)，對于龍卷、雷暴、強降水等中小尺度強對流的觀測，時空分辨率精度不夠。然而，中小尺度強對流，包括短時強降水、雷電、冰雹、雷暴大風(fēng)等，是我國主要氣象災(zāi)害類型之一。強對流天氣來臨時，經(jīng)常伴隨著電閃雷鳴、風(fēng)大雨急等惡劣天氣，這種天氣破壞力很強，是僅次于熱帶氣旋、地震、洪澇之后第四位具有殺傷性的災(zāi)害性天氣。同時，中小尺度強對流生命時較短，變化較快。目前，在氣象觀測業(yè)務(wù)上，監(jiān)測中小尺度強對流主要依靠新一代多普勒天氣雷達(dá)，結(jié)合地面觀測、風(fēng)廓線雷達(dá)、氣象衛(wèi)星等資料。然而，受制于觀測時空分辨率較低、觀測要素種類較為單一等原因，尚不能連續(xù)監(jiān)測、追蹤中小尺度強對流的發(fā)生、發(fā)展，對中小尺度強對流災(zāi)害性天氣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、演變情況了解不清，這些都制約了中小尺度強對流的預(yù)報預(yù)警水平。

我國現(xiàn)有的業(yè)務(wù)雷達(dá)組網(wǎng)只是用反射率的一個高度的CAPPI或低仰角的PPI產(chǎn)品或者組合反射率等雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行的二維拼圖，并且國內(nèi)的這些拼圖對單站雷達(dá)資料的質(zhì)量分析和控制很少，這些二維組網(wǎng)拼圖產(chǎn)品只能對天氣過程定性分析，不適合再分析應(yīng)用。對于強對流天氣系統(tǒng)的判斷主要還是需要預(yù)報員的主觀分析，大大降低了預(yù)報效率；同時雷達(dá)觀測的徑向風(fēng)僅顯示天氣系統(tǒng)相對雷達(dá)的移動方向和風(fēng)速沒有三維風(fēng)場產(chǎn)品，缺少對強降水過程的動力結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。