[發明專利]一種基于多普勒雷達數據的短時強降水識別方法

在審

• 申請號: 202110648016.3
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113447931A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 張軍;宗露露;王萍;王琮
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95;G01W1/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

本發明公開了一種基于多普勒雷達數據的短時強降水識別方法，包括：收集短時強降水實況信息以及與之相匹配的雷達數據，將雷達數據轉換為三維格點數據；識別出所有時刻的對流單體，與相應的實況信息進行匹配并標記；將標記完成的強降水對流單體記為正樣本，非強降水單體記為負樣本，提取所有單體的特征，通過統計學t檢驗選擇有效特征；將數據集分為訓練集和測試集，根據訓練集正負樣本的有效特征，訓練一個分類器模型，應用該分類器模型進行短時強降水對流單體的識別。本發明實現了短時強降水對流單體和非強降水單體的分類，能夠識別出產生短時強降水的對流單體，并通過實驗驗證了本方法的有效性。

技術領域

本發明涉及氣象學以及機器學習領域，特別涉及一種利用多普勒天氣雷達數據對產生短時強降水的對流單體進行識別的方法。

背景技術

短時強降水是指1h雨量大于等于20mm或3h雨量大于等于50mm的降水事件^[1]，具有突發性強、小時雨強大、致災性強等特點。短時強降水在短時間內可形成暴洪，造成城市內澇、農田淹沒，甚至可能引發山洪、泥石流等地質災害，對當地造成重大經濟損失和人員傷亡^[2]，因此加強對短時強降水的識別方法研究以及臨近監測預警具有重要意義。

隨著多普勒天氣雷達技術的快速發展和業務應用的不斷擴展，目前氣象雷達已經成為主流的氣象研究工具之一，我國新一代多普勒天氣雷達自布設至今始終為強對流天氣監測和預警發揮著重要作用。一些學者通過分析短時強降水的雷達特征，如雷達回波強度、中小尺度風速切變、氣旋輻合等探討強短時降水發生的機理，為短時強降水的識別提供理論基礎。也有學者使用多普勒天氣雷達數據分析冰雹對流單體的一些特征，如雷達回波形態結構、單體核高度、反射率強度等，為提高冰雹單體的識別率、降低空報率，一種有效的辦法是以冰雹為正例、短時強降水為反例，利用上述特征訓練分類器來識別冰雹對流單體和強降水對流單體^[3][4]。

發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在以下缺點和不足：

目前短時強降水的識別方法中往往是以冰雹作為對比，主要利用冰雹的雷達特征，將短時強降水作為冰雹的反例進行識別，沒有考慮短時強降水對流單體本身的特性以及短時強降水與非強對流天氣之間的區別，因此，對于輸入的對流單體經冰雹-短時強降水識別模型識別為非冰雹的單體中會混有非強降水單體類型，故基于多普勒天氣雷達的短時強降水識別方法有改進的空間。

[參考文獻]

[1]俞小鼎.短時強降水臨近預報的思路與方法[J].暴雨災害,2013,32(03):202-209.

[2]郝瑩,姚葉青,鄭媛媛,魯俊.短時強降水的多尺度分析及臨近預警[J].氣象,2012,38(08):903-912.

[3]王萍,潘躍.基于顯著性特征的大冰雹識別模型[J].物理學報,2013,62(06):515-524.

[4]石君志.基于天氣雷達的冰雹暴雨智能化臨近預報方法研究[D].天津大學，2020.

發明內容

為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種基于多普勒天氣雷達數據的短時強降水識別方法，解決現有技術中主要利用冰雹的雷達特征，將短時強降水作為冰雹的反例進行識別，沒有考慮短時強降水對流單體本身的特性以及短時強降水與非強對流天氣之間的區別，因此，對于輸入的對流單體經冰雹-短時強降水識別模型識別為非冰雹的單體中會混有非強降水單體類型的問題。本發明方法利用多普勒天氣雷達數據和機器學習算法能夠實現檢測出非冰雹單體中產生短時強降水的對流單體，對災害進行及時的預警。本發明的技術方案詳見下文描述：

本發明提出的一種基于多普勒雷達數據的短時強降水識別方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、收集短時強降水實況信息以及與之相匹配的多普勒天氣雷達數據，將雷達數據轉換為三維格點數據；