[發(fā)明專利]基于多普勒天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)的高空風(fēng)反演方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810826385.5
• 申請(qǐng)日: 2018-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN109100723B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王興;卞浩瑄;朱彬;楊勝朋;苗春生;王軍;徐經(jīng)緯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/95
• 分類號(hào): G01S13/95
• 代理公司: 南京匯盛專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

1.一種基于多普勒天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)的高空風(fēng)反演方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：假設(shè)準(zhǔn)備反演某一時(shí)刻t的高空風(fēng)，首先選定一部雷達(dá)，利用該部雷達(dá)t時(shí)刻及之前最接近t時(shí)刻的N次雷達(dá)數(shù)據(jù)，采用外推算法得到雷達(dá)數(shù)據(jù)所表征的風(fēng)暴體在各探測(cè)點(diǎn)的位移特征矢量，任一探測(cè)點(diǎn)的位移特征矢量記為其中，N取2＜N≤10的整數(shù)；表示雷達(dá)體掃的某一仰角面，γ表示雷達(dá)探測(cè)點(diǎn)與雷達(dá)中心點(diǎn)之間的距離庫(kù)，ω表示雷達(dá)體掃的方位角，t表示所處理的雷達(dá)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)時(shí)間；

步驟2：將上步中位移特征矢量根據(jù)雷達(dá)體掃的時(shí)間周期T_it，單位距離庫(kù)對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度L_u，按下式換算成移動(dòng)速度矢量

作為矢量，表征速度的數(shù)值和方向的信息，定義所指的方向與正北方向的夾角為θ，當(dāng)指向正北方向時(shí)，θ＝0，沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，θ逐步增大；

步驟3：將上步中移動(dòng)速度矢量分解為U、V兩個(gè)分量，其中，U分量與當(dāng)前徑向垂直，V分量與當(dāng)前徑向重合，假設(shè)表示在U軸的分量；表示在V軸的分量；

步驟4：假設(shè)在雷達(dá)數(shù)據(jù)中任一探測(cè)點(diǎn)位置的雷達(dá)平均徑向速度為當(dāng)時(shí)，表示該速度的方向是沿著徑向指向圓心；反之，當(dāng)時(shí)，表示該速度的方向是沿著徑向背離圓心；將作為基準(zhǔn)速度，計(jì)算與的倍率，并以此倍率放大或縮小的數(shù)值，得到計(jì)算公式如下：

步驟5：將U方向的分量與V方向的分量按下式進(jìn)行合并，計(jì)算得到修正后的移動(dòng)速度矢量，記為

步驟6：按照步驟2～步驟5，對(duì)雷達(dá)每一個(gè)探測(cè)點(diǎn)的位移特征矢量逐一進(jìn)行計(jì)算，得到t時(shí)刻在雷達(dá)體掃的各個(gè)仰角面、各個(gè)距離庫(kù)、各個(gè)方位角的修正后的移動(dòng)速度矢量，即

步驟7：對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)中任一探測(cè)點(diǎn)查找與其地理位置最相近的一個(gè)探空?qǐng)?bào)站點(diǎn)，讀取該探空?qǐng)?bào)站點(diǎn)中探測(cè)時(shí)間最接近t時(shí)刻的探空?qǐng)?bào)站點(diǎn)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)記錄了地球上某一經(jīng)緯度位置，垂直向上多個(gè)高度層或多個(gè)氣壓層標(biāo)準(zhǔn)層次的風(fēng)向和風(fēng)速；得到與每個(gè)探測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的探空?qǐng)?bào)站點(diǎn)數(shù)據(jù)，記錄為V_h(lot，lat，alt)；其中，lot表示經(jīng)度，lat表示緯度，alt表示海拔高度；

步驟8：以上步探空?qǐng)?bào)站點(diǎn)數(shù)據(jù)V_h(lot，lat，alt)中的每個(gè)alt為基準(zhǔn)高度，將雷達(dá)各個(gè)仰角面的修正后移動(dòng)速度矢量利用空間插值算法，轉(zhuǎn)換為在各個(gè)alt所對(duì)應(yīng)高度的移動(dòng)速度矢量，記為γ′表示在水平方向上探測(cè)點(diǎn)與雷達(dá)中心點(diǎn)之間的距離，γ′的取值由γ、和L_u通過三角幾何方法求得；

步驟9：定義一個(gè)影響半徑r和一個(gè)最大影響半徑R_if，滿足0＜r＜R_if，r表示V_ip(alt，γ′，ω，t)中任一點(diǎn)與探空?qǐng)?bào)站點(diǎn)之間的空間距離，該距離可由探空?qǐng)?bào)站點(diǎn)的經(jīng)度、緯度和V_ip(alt，γ′，ω，t)中的點(diǎn)的經(jīng)、緯度通過幾何方法計(jì)算得到；V_ip(alt，γ′，ω，t)每個(gè)點(diǎn)的經(jīng)度和經(jīng)度通過該部雷達(dá)所在的地理位置以及γ′計(jì)算得到；

構(gòu)造一個(gè)影響權(quán)重函數(shù)W_if(r)，該函數(shù)為須滿足以下條件的遞減函數(shù)：0＜W_if(r)＜1；根據(jù)探空?qǐng)?bào)站點(diǎn)數(shù)據(jù)V_h(lot，lat，alt)，對(duì)步驟8中的V_ip(alt，γ′，ω，t)通過下式進(jìn)行偏差訂正：

V_bs(alt，γ′，ω，t)＝(1-W_if(r))×V_ip(alt，γ′，ω，t)+W_if(r)×V_h(lot，lat，alt)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多普勒天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)的高空風(fēng)反演方法，步驟1中，所述N次雷達(dá)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)形式為基本反射率數(shù)據(jù)和平均徑向速度數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于多普勒天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)的高空風(fēng)反演方法，步驟1中，所述外推算法采用最大相關(guān)法或交叉相關(guān)法。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于多普勒天氣雷達(dá)數(shù)據(jù)的高空風(fēng)反演方法，步驟7中，如果該探空?qǐng)?bào)站點(diǎn)數(shù)據(jù)的記錄只有大氣壓信息，沒有距離地面的高度信息，通過壓高公式氣象學(xué)方法換算得到。