[發明專利]一種雷達回波零度層亮帶智能識別預警方法

有效

• 申請號: 201910560579.X
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110515081B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 王興;卞浩瑄;朱彬;王璐瑤;水泱;苗春生;周可
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學;南京信大氣象科學技術研究院有限公司
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95;G01S13/89
• 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

本發明公開一種雷達回波零度層亮帶智能識別預警方法，該方法以天氣雷達資料為主要數據源，對雷達回波零度層亮帶進行智能識別和預警，通過3個判定公式以及一系列計算流程，將以往需要由氣象業務人員主觀分析、判定的業務流程自動化、標準化，對雷達回波零度層亮帶的各種潛在特征進行客觀且定量地分析，提高了相關業務的實時性和預警的時效性，為相關業務的自動化、智能化開展提供一種新的技術手段。本發明的一種雷達回波零度層亮帶智能識別預警方法，利用上一時刻的雷達基數據文件和常規探空觀測資料、數值模式資料，對“疑似”或“確定”存在零度層亮帶進行細化分區，提高了對雷達回波零度層亮帶識別的客觀性和準確性。

技術領域：

本發明屬于地球科學領域，涉及一種對天氣雷達回波所表征出的“零度層亮帶”現象進行智能識別、預警的方法，尤其涉及一種雷達回波零度層亮帶智能識別預警方法。

背景技術：

“零度層亮帶”是天氣雷達進行探測時，在雷達回波圖像上呈現出的明顯的環狀或圓弧狀圖像，該形狀區域的回波強度往往高于該區域以外的相鄰區域。構成零度層亮帶的物理機制主要是：大氣中的冰晶、雪花等水凝物在下降過程中穿越0℃高度層時，隨著環境溫度的上升，水凝物的表面逐步融化，雪花、冰晶等粒子發生碰并的機率增加，粒子逐漸增大，散射作用增強，使得雷達探測到的基本反射率因子陡然上升。當冰晶、雪花等水凝物進一步下降，融化、碰并成水滴，其下降速度進一步增加，而水凝物在空間分布的密度逐步降低，散射作用又迅速減弱，進而在雷達回波圖像上表現出亮帶特征。

零度層亮帶是現代氣象學上利用天氣雷達進行層狀云降水分析的重要依據之一，亮帶的出現往往可為大氣中不存在強烈對流或湍流活動提供判據，在航空氣象監測、預警等應用中具有實踐指導意義。同時，亮帶也是影響雷達探測數據質量的一個重要因素，由于雷達定量降水估測、定量降水預報，以及利用雷達回波圖像進行天氣特征的識別、追蹤、外推和預報等業務的水平都依賴于雷達基本反射率等數據的準確程度，而零度層亮帶附近區域的基本反射率比實際高出很多，如果不做有效處理，由此數據得到的降水量往往會被高估，進而影響了降水等預報的準確性。

在以往的業務中，對于零度層亮帶的判別主要依靠氣象業務人員的主觀分析，分析的方法和指標主要包括基本反射率垂直廓線特征、探空資料中的溫、濕、風數值，以及結合雷達徑向速度和譜寬等數值的綜合分析等。但隨著氣象觀測資料及產品種類的不斷豐富，可用的氣象數據信息量爆炸式增長，業務人員在有限的時間內已然難以關注到所有的氣象產品。因此，由計算機智能高效地識別出雷達回波中的零度層亮帶等特征，生成0℃層的空間位置、強度等產品，將具有非常重要的實踐意義和應用價值。

發明內容：

為了實現雷達回波零度層亮帶的智能識別和預警，本發明提出一種基于雷達基本反射率空間特征分析的判別方法，本發明所采用的具體技術方案如下：

一種雷達回波零度層亮帶智能識別預警方法，包括如下具體步驟：

步驟1：讀取一個雷達基數據文件，從該文件中提取基本反射率信息，記為其中，表示雷達探測的仰角，γ[j]∈{γ_min,…,γ_max}表示雷達探測點到雷達中心點的距離，ω[k]∈{ω_min,…,ω_max}表示雷達探測點的方位角；

步驟2：定義一個集合H，將雷達探測區間按垂直高度劃分為若干等份，每份垂直高度定義為Alt_N，集合H表示為：

H∈{Alt_min,Alt_min+Alt_N,Alt_min+Alt_N×2,…,Alt_max}

其中，Alt_min和Alt_max分別表示雷達探測的最小垂直高度和最大垂直高度；Alt_N為經驗閾值，Alt_N為整數，取值范圍為[5,20]；

步驟3)定義數組VA[i]，依次記錄與探測點具有相同方位角且位于同一垂線上的探測點的基本反射率數據，其具體步驟為：

步驟3.1)定義數組VA[i]，令中i＝0，j＝0，k＝0，將存儲到VA[i]，記為VA[0]；