[發明專利]基于雙偏振參數特征庫匹配的雷達動態定量估測降水方法

有效

• 申請號: 201810546214.7
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN109001701B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 黃鈴光;陳彬;柯小青;郭曉君;許軍;吳涵;易弢;王健
• 申請（專利權）人: 國網福建省電力有限公司電力科學研究院;國網福建省電力有限公司;福建省氣象服務中心
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/95
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

本發明公開了一種基于雙偏振參數特征庫匹配的雷達動態定量估測降水方法，該方法通過建立雙偏振參數特征庫，將實際觀測的雙偏振參數與建立的雙偏振參數特征庫進行匹配，搜索最優匹配的雷達估測降水并動態訂正，從而提高雷達定量估測降水準確性。

技術領域

本發明屬于大氣科學領域，特別涉及一種基于雙偏振參數特征庫匹配的雷達動態定量估測降水方法。

背景技術

傳統多普勒雷達定量估測降水是基于Z-I關系，Z-I關系(Z＝AI^b)中A、b系數的選擇直接決定估測降水的準確率。國內外學者們通過分析地面雨量計資料與雷達反射率數據，得到了多種特定的Z-I關系，有按分類，如區域(具體某省或某市)、季節(夏季或冬季)、云類(對流云或層狀云)或降水類型(大陸強對流型或熱帶降水)等，也有根據數學統計，如動態Z-I關系或回波分段Z-I關系等。

在實際天氣過程中，每個體掃的雷達回波都是不可復制的，隨著季節、區域、天氣條件的不同，加上雨滴的碰并、蒸發、凝結等微物理過程，降水的雨滴譜分布特征隨時間和空間的變化而不同，雨滴譜特征的變化決定了Z-I關系中參數A、b的不確定性。盡管部分業務軟件中Z-I關系的參數A、b可調，但在每次降水發生前，無論人工或者機器自動確定合適的參數都是非常困難的。

與傳統多普勒雷達的Z-I關系相比，雙偏振雷達除使用基本反射率子Z_H估測降水外，還可使用差分反射率因子Z_DR、比差分傳播相移Kdp等來估測降水。由于降水反射率因子Z與有效照射體積內粒子直徑的6次方成正比，因此傳統Z-I關系對降水粒子尺寸變化敏感，大雨滴對反射率因子Z的貢獻要遠遠高于小雨滴。而雙偏振量Z_DR及Kdp受雨滴譜變化小，從雨滴譜上分析，Z_DR與粒子數濃度N₀無關，它只與不同降水粒子的形狀有關，降水粒子下降時接近扁橢球形，其偏心率隨等效滴尺度的增大而增加，并且雨滴下落時對稱軸是沿垂直方向具有優勢定向度的,所以隨著雨滴尺度的增大，它的水平和垂直偏振的后向散射截面出現差異；Kdp與N₀成正比，且與不同大小雨滴的比例有關。Z_DR和Kdp從兩個不同方面反映了降水粒子的形狀、空間取向和相態的變化，其中Z_DR能指示大水滴的聚集區，Kdp對大水滴的數密度很敏感，也就是說能反映云體中的液態水含量。因此，綜合水平反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR和比差分傳播相移Kdp這三個因子可反映降水粒子在單位體積內的濃度、形狀、大小以及相態的變化。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種基于雙偏振參數特征庫匹配的雷達動態定量估測降水方法，該方法通過建立雙偏振參數特征庫，將實際觀測的雙偏振參數與建立的雙偏振參數特征庫進行匹配，利用水平反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR和比差分傳播相移Kdp這三個因子描述降水粒子的變化，動態計算并訂正雷達降水估測結果，從而提高雷達定量估測降水準確性。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種基于雙偏振參數特征庫匹配的雷達動態定量估測降水方法，包括以下步驟：

步驟S1：合成混合體掃數據

首先使用最低四層的反射率因子形成混合體掃，以保證取得的數據最接近地面降水的反射率因子，在距雷達0-20Km范圍內使用3.4°仰角，20-35Km采用2.4°仰角，35-50Km采用1.5°仰角，50-230Km采用0.5°仰角；雙偏振參數Z_DR和Kdp用同樣的方法獲得混合體掃數據；

步驟S2：構建雙偏振參數特征數據庫

提取歷史雙偏振雷達資料的水平反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR和比差分傳播相移Kdp這三個因子以及對應的雨量計實測G構建雙偏振參數特征數據庫；