[發明專利]雹云單體發展過程中雹胚形成及冰雹增長的預報方法

有效

• 申請號: 202010529069.9
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111694000B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 周筠珺;周峰
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95;G01W1/10
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 許馳

1.一種雹云單體發展過程中雹胚形成及冰雹增長的預報方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、采集相關數據，包括偏振雷達涉及的偏振相關數據，包括：反射率Z_H、差分傳播相移φ_DP，差分反射率Z_DR、差分傳播相移率K_DP、零滯后互相關系數ρ_HV；以及WRF模式模擬數據相關提取量，包括風暴相對螺旋度SRH、風暴最大上升速度W_max、霰粒子、冰晶粒子和雪晶粒子以及過冷云水的質量混合比；

S2、對經過步驟S1提取的偏振相關數據進行質量控制，通過偏振相關數據與模式模擬數據進行對比驗證，獲取可靠的模擬數據；

S3、對經過步驟S2對比驗證后的模式模擬數據的相關輸出量進行技術提取，對已經獲取的偏振相關數據利用模糊邏輯粒子相態識別算法進行相態識別；步驟S3包括以下步驟：

S31、選取反射率Z_H≥45dBZ的三維對流空間范圍內進行提取WRF模式相關輸出量，并獲取關鍵粒子權重，通過權重加權公式得出雹胚形成閾值指數及降雹閾值指數，公式中，其中：M為權重0.1、0.25、0.25、0.4，T_is為符合限定條件的各水成物粒子最值范圍；步驟S31包括：從選定區域內部獲取低層[0-3]km范圍內，區間在[90，150]km范圍內部的風暴相對螺旋度的最大值SRHmax，獲取單體內部區間值在[9，Wmax]上升速度值中最大速度Wmax，并保證在滿足條件①90≤SRH≤SRHmax及滿足條件②9≤W≤Wmax，獲取模式輸出量中冰晶的質量混合比最大值CRmax、最小值CRmin，獲取雪晶質量混合比最大值AGmax、最小值AGmin，獲取在0℃層上方的過冷云水質量混合比最大值RAmax、最小值RAmin，獲取霰粒子質量混合比最大值GRmax、最小值GRmin；最終得到各水成物粒子區間：CR[CRmin，CRmax]、AG[AGmin，AGmax]、RA[RAmin，RAmax]、GR[GRmin，GRmax]；所選取的CR、AG、RA、GR的質量混合比值應當符合各對應最值區間范圍；

S32、觀測利用模糊邏輯粒子相態識別算法，采用不對稱梯形函數作為隸屬函數對雹胚及冰雹進行識別，輸入參量為偏振相關量Z_H、Z_DR、K_DP、ρ_HV以及環境溫度參量T；

其中，x1、x2、x3、x4為閾值參數，x為變量值；

S321、通過模糊邏輯算法,根據公式其中M_is為各偏振相關量權重，A_i為最終獲得粒子識別結果即庫數值；

冰雹HA的權重對應Z_H、Z_DR、K_DP、ρ_HV分別為0.4、0.3、0.2、0.1；

低密度霰LDG的權重對應Z_H、Z_DR、K_DP、ρ_HV、T分別為0.3、0.2、0.1、0.1、0.3

高密度霰HDG的權重對應Z_H、Z_DR、K_DP、ρ_HV、T分別為0.3、0.2、0.1、0.1、0.3

對應加權得到HA、LDG、HDG具體值；

S322、獲取m時段內，低密度霰形成速率S_LDG、高密度霰形成速率S_HDG；

其中，_LDGt是t時刻時低密度霰粒子所占的庫數；_LDGt+m是經過m時間段后低密度霰粒子所占庫數；_HDGt是t時刻高密度霰粒子所占的庫數；_HDGt+m是經過m時間段后高密度霰粒子所占庫數；

S4、對經過步驟S1、S2、S3后得到相態識別結果以及模式輸出量進行計算，最終得到雹胚形成指數及降雹指數從而確定雹胚形成階段及降雹階段，并獲取相應雹胚增長速率和成雹速率；在步驟S4中，包括：

S41、雹胚增長速率確定；通過公式確定雹胚增長速率S_GR，其中，M為權重，設置為0.5、0.5；S_it為S_LDG和S_HDG在m時段內的庫數變化率，即低密度霰LDG和高密度霰HDG兩種雹胚各自的形成速率,進行權重加權后設定為雹胚增長速率S_GR；

S42、冰雹形成速率確定；獲取m時段內，冰雹形成速率S_HA；

其中，_HAt是t時刻冰雹粒子所占庫數；_HAt+m是經過m時間段后冰雹粒子所占庫數；

S43、雹胚的形成階段和降雹階段確定；公式中，當1.5≤HF＜3時為雹胚的形成階段；當HF≥3時為降雹階段。

2.根據權利要求1所述的一種雹云單體發展過程中雹胚形成及冰雹增長的預報方法，其特征在于，步驟S2包括：

S21、質量控制；步驟S21包括步驟S211和S212；

S211，差分相移退折疊；即對前后徑向差分傳播相移φ_DP進行連續性檢查，保證可測量范圍被限制在180°間隔范圍內；

S212，濾波；即對退折疊后的差分傳播相移φ_DP進行綜合小波去噪；步驟S212包括步驟S2121和步驟S2122；步驟S2121為資料識別：利用模糊邏輯算法對φ_DP進行識別；步驟S2122為逐步訂正：將超出±2°的φ_DP限制在±2°范圍內，對反射率Z_H及差分反射率Z_DR通過自適應約束算法進行衰減訂正；

S22、初步篩選出偏振相關數據及模式模擬中反射率Z_H≥45dBZ的個例；

S23、偏振相關數據中冰晶粒子CR的最低海拔高度及最高海拔高度差值為HOCR；偏振相關數據中雪晶粒子AG的最低海拔高度及最高海拔高度差值為HOAG；偏振相關數據中過冷云水RA的最低海拔高度及最高海拔高度差值為HORA；模式模擬中冰晶粒子CR的最低海拔高度及最高海拔高度差值為HSCR；模式模擬中雪晶粒子AG的最低海拔高度及最高海拔高度差值為HSAG；模式模擬中過冷云水RA的最低海拔高度及最高海拔高度差值為HSRA；

S231、偏振相關數據及模式模擬結果中冰晶粒子CR的對應高度差值為HSCR-HOCR；偏振相關數據及模式模擬結果中雪晶粒子AG的對應高度差值為HSAG-HOAG；偏振相關數據及模式模擬結果中過冷云水RA的對應高度差值為HSRA-HORA；

S232、對HSCR-HOCR、HSAG-HOAG、HSRA-HORA分別賦予0.2,0.4,0.4的權重進行加權，將滿足此絕對值|0.2(HSCR-HOCR)+0.4(HSAG-HOAG)+0.4(HSRA-HORA)|≥0.5的閾值條件判定為偏振相關數據與模式模擬結果相符合的結果。