[發明專利]一種零度層亮帶的識別方法和系統

有效

• 申請號: 201910082327.0
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109828275B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 馬建立;胡志群;仰美霖;李思騰;陳明軒;吳劍坤;秦睿
• 申請（專利權）人: 北京城市氣象研究院
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

一種零度層亮帶的識別方法和系統，其中，該方法包括：獲取偏振雷達的觀測數據，觀測數據至少包括反射率、差分反射率和相關系數；將觀測數據分離為亮帶區域數據和非亮帶區域數據；分別計算亮帶區域數據和非亮帶區域數據的反射率、差分反射率和相關系數的概率密度函數分布；基于亮帶區域數據和非亮帶區域數據的反射率、差分反射率和相關系數的概率密度函數分布，分別計算得到觀測數據屬于亮帶區域數據的概率，以及屬于非亮帶區域數據的概率；如果觀測數據屬于亮帶區域數據的概率大于其屬于非亮帶區域數據的概率，則認為觀測數據屬于亮帶區域數據。從而能夠提高零度層的識別準確率。

技術領域

本發明屬于雷達探測領域，尤其涉及一種零度層亮帶的識別方法和系統。

背景技術

“零度層亮帶”對天氣雷達降水估測、降水粒子相態識別等具有重要影響，是緩慢降落的冰晶和雪花在零度層附近發生表面融化，導致天氣雷達反射率增大的結果，在亮帶下面，粒子融化成雨滴，下落速度增大，粒子濃度減小，反射率降低。根據雷達觀測到的零度層亮帶，可估計出0℃層的高度和厚度。天氣雷達通常在層狀云或積層混合云降水天氣過程中觀測到“零度層亮帶”。

偏振多普勒天氣雷達(以下簡稱偏振雷達)是我國全國布網的新一代多普勒天氣雷達(以下簡稱多普勒雷達)的升級版。偏振雷達探測參量包括反射率Z，徑向速度V，速度譜寬W，差分反射率Z_DR，相關系數CC，差分傳播相移φ_DP和差分傳播相移率K_DP；多普勒雷達探測參量相對來說較少，包括Z，V和W。

多普勒雷達對零度層亮帶識別主要利用雷達觀測的反射率因子Z，其技術要點是利用亮帶反射率因子的統計特征曲線或是反射率因子Z垂直廓線(Vertical Profile ofReflectivity，VPR)方法開展亮帶識別，核心是抓住亮帶區域數據內Z會先增大后減小這一特性，請參見圖1。多普勒雷達亮帶識別方法主要是利用雷達觀測的反射率因子Z開展亮帶識別。該方法存在問題：只用了反射率Z一個雷達觀測參量進行亮帶識別，準確度低，當雷達觀測的零度層反射率和零度層之上和之下反射率接近時，該方法就會失效。

偏振雷達出現后，零度層亮帶識別通常都采用美國布網的WSR-88D偏振多普勒天氣雷達基于3個偏振參量(反射率Z，差分反射率Z_DR，相關系數CC)的零度層亮帶識別方法(Melting Layer Detection Algorithm，MLDA)，該方法根據經驗值先約定零度層亮帶Z、Z_DR、CC值的范圍，然后找雷達觀測的所有數據中哪些點的值落在零度層亮帶約定的Z、Z_DR、CC值范圍內，并把滿足條件的點都視為零度層亮帶點(Melting Layer，ML)，將360個方位的ML點以方位-高度的形式畫出，見圖2，然后每個方位所有的ML點，以20％的位置作為該方位零度層底高，以80％的位置作為零度層頂高，可參見圖2中的實線。偏振雷達識別零度層亮帶MLDA方法，該方法容易受地物雜波的影響，地物雜波Z、Z_DR、CC的值有可能在預先設定的零度層亮帶Z、Z_DR、CC值的范圍內，導致識別的零度層亮帶底高易受地物影響，使得識別的零度層亮帶底高偏低；即使不受地物影響，按20％和80％的位置來確定亮帶底高和頂高，也會使得識別的零度層底高偏高，零度層頂高偏低。

我國偏振雷達的應用剛起步，全國布網的多普勒雷達一共有200多部，目前只有廣東省8部雷達升級為偏振雷達。此外我國很多省市建設X波段偏振多普勒天氣雷達(簡稱：X波段偏振雷達)來彌補多普勒雷達的探測不足，比如在北京、佛山、上海等地建設有X波段偏振雷達網，初步估計全國X波段偏振雷達數量有300部左右。目前我國偏振雷達(包括S、C、X波段)亮帶識別算法都采用反射率因子來識別，還沒有利用偏振參量開展零度層亮帶識別。因此本發明市場需求廣闊。

發明內容

(一)發明目的

本發明實施例的目的是提供一種準確率較高的基于偏振雷達的偏振參量進行零度層亮帶識別的方法和系統。