[發明專利]適用不同氣候態降雨的雙偏振氣象雷達雨滴譜反演方法

有效

• 申請號: 202110630979.0
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113341420B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 鮑旭煒;張帥
• 申請（專利權）人: 中國氣象局上海臺風研究所（上海市氣象科學研究所）
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95
• 代理公司: 重慶律知誠專利代理事務所(普通合伙) 50281
• 代理人: 柘濤

本發明涉及氣象預測技術領域，具體涉及一種適用不同氣候態降雨的雙偏振氣象雷達雨滴譜反演方法，根據自然界中的氣候態降雨滴譜特征對降雨進行分類，并依據不同氣候態降雨的“形狀?斜率”關系，分別對應不同的“水平反射率與差分反射率”關系，最終調取不同的公式進行實時的雙偏振雷達的雨滴譜反演，進而得到實際氣候降雨情況，解決了傳統的雙偏振雷達雨滴譜反演方法每次只能固定的使用一種氣候態降雨的“形狀?斜率”關系，若要應用于另一種氣候態降雨，需要手動更改與之對應的“形狀?斜率”關系。若兩種氣候態降雨類型之間存在轉換期，傳統反演方法將無法及時調用各自對應的“形狀?斜率”關系的問題。

技術領域

本發明涉及氣象預測技術領域，具體涉及一種適用不同氣候態降雨的雙偏振氣象雷達雨滴譜反演方法。

背景技術

相比于傳統氣象雷達，雙偏振氣象雷達既能發射和接收水平偏振波又能發射和接收垂直偏振波的雷達，因此雙偏振雷達可用于降雨滴譜的反演。Zhang等人(2001)提出雨滴譜關系式中的形狀參數μ和斜率參數Λ之間存在特定關系(“形狀-斜率(μ-Λ)”關系)，并可以通過雙偏振雷達監測量-差分反射ZDR獲得形狀參數μ及斜率參數Λ，以及截距參數N0，最終獲得完整的降雨滴譜分布特征。這就是當前被廣泛應用于雙偏振氣象雷達反演降雨滴譜的約束伽馬模型(constrained?gamma?model，簡稱C-G模型)。由此可知，準確的“形狀-斜率”關系式是C-G模型反演的核心，它可以直接決定著反演結果的精度。因此傳統的C-G模型反演方法也存在一定的缺點：該反演方法具有因氣候或季節降雨背景差異的應用局限性，即反演方法中使用的降雨特征(“形狀-斜率”關系)，會因所處氣候或季節不同對應不同的“形狀-斜率”關系。如圖1所示，三種不同氣候降雨對應三個不同的“形狀-斜率(μ-Λ)”關系：

μ＝0.0411Λ²+1.4933Λ-1.4450?????????????????????(1)

μ＝-0.0434Λ²+1.4020Λ-1.5322????????????????????(2)

μ＝-0.0330Λ²+1.1738Λ-1.7280????????????????????(3)

公式(1)表示的降雨特點是雨滴直徑大但濃度低，反之，公式(3)代表的是雨滴直徑小但濃度高，公式(2)正好處于兩者之間。盡管降雨發生后，我們可以得到以上三種不同氣候降雨特征的“形狀-斜率”關系，但在實際的雙偏振氣象雷達應用中，對正在發生或還將持續的降雨，事先并不知道降雨特征情況，也不知道該調用哪種“形狀-斜率”關系用于雙偏振雷達的雨滴譜反演。舉個簡單的例子：如果我國華東地區春季降雨類型符合公式(2)，夏季降雨符合公式(1)，或許可以通過人工調用不同季節降雨對應的“形狀-斜率”關系，但若發生在春夏交替期，既可出現春季類型降雨也可出現夏季類型降雨，又該如何準確調用哪種“形狀-斜率”關系呢？因此，是否存在一種可自動調節的“形狀-斜率”關系用于雙偏振氣象雷達的雨滴譜反演呢？

為了克服因不同氣候降雨特征差異導致不同的降雨“形狀-斜率”關系，并影響雙偏振氣象雷達的雨滴譜反演，本專利將利用“形狀-斜率”關系與雙偏振雷達實時監測量“水平反射率-差分反射率”關系之間的內在聯系，建立一種可適用于不同氣候降雨且能自動調節的雙偏振氣象雷達反演雨滴譜方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明公開了一種適用不同氣候態降雨的雙偏振氣象雷達雨滴譜反演方法，用于解決傳統的雙偏振雷達雨滴譜反演方法每次只能固定的使用一種氣候態降雨的“形狀-斜率”關系，若要應用于另一種氣候態降雨，需要手動更改與之對應的“形狀-斜率”關系。其最大缺點在于，若兩種氣候態降雨類型之間存在轉換期，傳統反演方法將無法及時調用各自對應的“形狀-斜率”關系的問題。

本發明通過以下技術方案予以實現：