[發明專利]一種基于S波段雙偏振天氣雷達降水估測方法

有效

• 申請號: 202110949908.7
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113740934B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 陳昊;汪章維;盧興來;王晗
• 申請（專利權）人: 浙江省大氣探測技術保障中心
• 主分類號: G01W1/10
• 分類號: G01W1/10;G01W1/14;G01S13/95
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 王曉燕

本發明公開了一種基于S波段雙偏振天氣雷達降水估測方法，涉及降水估測領域。目前基于雙偏振雷達的降水估測方法，主要建立基于偏振量的不同組合與降水率之間的關系方法，使用小時雨量計進行訂正，時間尺度較大，影響最后的訂正效果。本方法使用雷達有效覆蓋范圍內的實時分鐘雨量計數據，并且在進行液態降水估測時采用雙閾值，選擇不同的降水估測算法計算，對雙偏振雷達的逐體掃降水率產品進行實時校準訂正。其訂正時間尺度更小，訂正后的逐體掃雨強產品的精度更高，使用訂正后的雨強產品累計得到的小時降水量產品更準確，且長期穩定性更好。

技術領域

本發明涉及降水估測領域，尤其涉及一種基于S波段雙偏振天氣雷達降水估測方法。

背景技術

天氣雷達是大氣探測、云降水物理研究的重要手段，被廣泛應用于氣象監測預警和氣象科學研究。天氣雷達不僅可以為中小尺度天氣過程提供準確的觀測資料，還能夠通過降水產品反映空間降水的不均勻性。雷達定量降水估測業務是現代天氣業務體系的重要組成部分，也是定量降水預報、強降水短臨預警的基礎，對山洪地質災害和中小河流洪水精細化預報起重要支撐作用，因此提高雷達降水估測精度具有十分重要的意義。

隨著雙偏振多普勒天氣雷達的快速發展及在云降水領域的廣泛應用，雙偏振雷達的多偏振量極大提高了降水估測及水凝物分類識別的能力。國內外學者對于S波段雙偏振天氣雷達在降水估測方面的算法做了大量研究，目前基于雙偏振雷達的降水估測方法，主要建立基于偏振量(ZH、ZDR、KDP)的不同組合與降水率之間的關系方法，即選擇組合關系法，如JPOLE算法，CSU-ICE算法，CSU-HIDRO算法等。這些主流方法的思路大致分為三類，第一類是基于反射率與降水率之間的簡單關系(R(ZH))計算出降水率強度來選擇不同的降水估測關系，即采用R(ZH)關系對降水強度進行簡單分型，然后將降水強度劃分為幾個不同的強度范圍，如小雨(R2.5mm/h)，中雨(2.5mm/hR8.0mm/h)，大雨(8mm/hR16mm/h)，暴雨(R16mm/h)等降水類型，最后，根據粗算的降水率R所對應的同降水強度類型，采用不同的降水率與偏振量的組合關系進行二次精確計算。第二類是根據偏振量(ZH、ZDRv、KDP)閾值來選擇不同參數組合計算降水強度。第三類算法將水凝物的相態識別加入到降水估測中，首先使用模糊邏輯法對水凝物進行分類(如：地物，冰晶，小雨，大雨，大雨滴等)，再根據ZH、ZDR和KDP的閾值來選擇降水估測的關系式。

現有S波段雙偏振天氣雷達的降水估測方法主要有以下幾個缺點：第一：使用提前劃分好的降水強度類型選擇不同的偏振量與降水率之間的關系組合的做法太過于簡單化，估測精度會大大受到粗略計算的降水強度的影響，如冰晶粒子粗略計算的降水率會偏大，最終精確計算得到的降水率較高，但實際卻沒有液態降水。第二，降水率與偏振量之間的組合方法中大量使用了偏振量差分反射率因子(ZDR)。但是差分反射率因子由于存在標定不及時將出現較大的偏差，在弱降水時對降水估測結果產生較大的影響，使得計算結果不準確。第三，目前雙偏振雷達降水估測方法由于受到觀測參量標定等影響，其估測精度的穩定性較難保證，難以提供長期穩定、準確的降水場估測資料。第四：目前也存在使用雨量計對雷達降水估測進行校準訂正的方法，但是基本都是使用小時雨量計進行訂正，時間尺度較大，影響最后的訂正效果。

發明內容

本發明要解決的技術問題和提出的技術任務是對現有技術方案進行完善與改進，提供一種基于S波段雙偏振天氣雷達降水估測方法，以提升S波段雙偏振天氣雷達對降水強度的估計準確度為目的。為此，本發明采取以下技術方案。

一種基于S波段雙偏振天氣雷達降水估測方法，包括以下步驟：

1)獲取S波段雙偏振雷達體掃基數據；

2)對S波段雙偏振雷達體掃基數據進行質量控制；

3)使用基于模糊邏輯的雙偏振雷達定量降水估測算法計算雷達降水估測數據；

4)獲取S波段雷達覆蓋范圍內自動站分鐘級雨量計數據；