[發明專利]一種自適應的水凝物反演方法

有效

• 申請號: 201910367225.3
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110704804B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 陳耀登;陳海琴;孫濤;高玉芳;王元兵;孟德明
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G01W1/10
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮;吳揚帆

本發明自適應的水凝物反演方法根據輸入反射率觀測，判斷其所對應模式層及反射率區間，找到對應的根據模式背景場統計出的各水凝物權重系數，將反射率分配至各水凝物，再根據反演公式反演出水凝物混合比。有益效果：通過統計分析得到研究區域及實際天氣形勢下，不同高度、不同反射率區間內各水凝物的類型及其貢獻，實現隨天氣形勢實時變化的水凝物自適應反演。

技術領域

本發明涉及大氣科學技術領域，尤其涉及一種自適應的水凝物反演方法。

背景技術

雨水、雪和霰等水凝物是描述積云尺度大氣狀態的關鍵要素之一，它們之間的互相轉化、成云致雨過程及其相應的熱、動力效應對于對流尺度天氣預報來說非常重要。多普勒天氣雷達時空分辨率高，能夠及時監測對流的發生及位置，觀測到對流單體的三維結構和演變過程，包含了豐富的水凝物信息。大量研究表明，通過雷達反射率反演得到云微物理量進而對模式初始場進行調整，可以有效地提高模式對流性天氣的短臨預報水平。

但反射率是多種水凝物的函數，從一個量(反射率)反演多個量(多種水凝物)的解是不唯一的，因此存在較大困難。目前，大多數水凝物反演方法是首先基于反射率和背景溫度判斷水凝物主要類型，然后將總反射率按照一定比例分離至各水凝物，再根據Z-q公式計算出其混合比。但首先水凝物類型難以識別，其中用于分類的反射率和溫度閾值的經驗設定沒有一個統一的標準值。很多學者對判定條件進行了補充，但最終還是依賴于經驗給定的閾值進行判斷，加上目前中國業務上的氣象雷達大部分還不是雙偏振雷達，這使得水凝物的區分更加困難。其次，當多種水凝物共存時，反射率中各水凝物的貢獻也是經驗給定的，這意味著復雜多變的天氣形勢下各水凝物的比例固定不變，這顯然是不夠合理的。

發明內容

本發明目的在于克服上述現有技術的不足，提供了一種自適應的水凝物反演方法：從背景天氣場出發，通過統計分析得到研究區域及實際天氣形勢下，不同高度、不同反射率區間內水凝物的組成及其貢獻，最終實現隨天氣形勢實時變化的反射率自適應反演,具體由以下技術方案實現：

所述自適應的水凝物反演方法，包括如下步驟：

步驟1)準備背景場，提取其中的三維溫度、雨水混合比、雪混合比、霰混合比及空氣密度變量；

步驟2)根據公式(1)計算各模式層各反射率區間所有網格點的空氣密度和各水凝物混合比的平均值；

式中，ref_i為背景場中按反射率劃分的i個區間，區間設定方式如下：15dBZ以下為ref₁，15-25dBZ為ref₂，25-35dBZ為ref₃，35-45dBZ為ref₄，45dBZ以上為 ref₅；分別為模式第k層在ref_i區間的所有網格點的平均空氣密度、平均雨水混合比、平均雪混合比、平均霰混合比，N 為第k層ref_i區間的所有網格點個數；

步驟3)根據公式(2)求取各模式層上各反射率區間三種水凝物的平均反射率，并將三種水凝物的反射率相加得到平均總反射率；

式中，為模式第k層上ref_i區間的平均雨水、干雪、濕雪、霰的反射率，為第k層上ref_i區間的平均總反射率；

步驟4)由公式(3)計算得到各模式層各反射率區間中各水凝物的反射率在總反射率中的貢獻，并將此作為一個查找表；

式中分別為第k層ref_i區間內雨水、干雪、濕雪、霰在總反射率中的貢獻；