[發明專利]一種基于X波段雙偏振天氣雷達粒子相態識別方法

在審

• 申請號: 202310849884.7
• 申請日: 2023-07-12
• 公開（公告）號: CN116559820A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 謝承華;王海龍;羅繼成;王志強
• 申請（專利權）人: 成都遠望科技有限責任公司
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/95
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 王會改

本發明公開了一種基于X波段雙偏振天氣雷達粒子相態識別方法，其包括：對雷達變量進行預處理，基于預處理得到的雷達變量，計算其可信概率；根據雷達變量，計算融化層高度；分別計算所有預處理得到的雷達變量對應的聚合值；基于聚合值，對雷達回波進行分類。本發明在糊邏輯原理的基礎上，添加可信概率和硬閾值，提高了X波段雙偏振天氣雷達粒子相態識別的準確度。

技術領域

本發明涉及天氣雷達技術領域，特別是一種基于X波段雙偏振天氣雷達粒子相態識別方法。

背景技術

中國的多普勒氣象雷達正在升級更新，逐步具有了雙偏振的功能。升級后的多普勒雷達可以提供有關水凝物的形狀、組成和相位等信息，有利于進一步了解、量化和預測天氣。單極化多普勒雷達只能測量反射率因子Z、徑向速度V和速度譜寬SW。多普勒雷達測量的徑向速度V和SW分別表示散射體徑向速度的平均值和標準偏差。反射率因子Z雖然直接提供了微觀物理學信息，但是這測量的信息顯然不能夠完全表征復雜的云和降水微觀物理學，因此人們努力和嘗試著增加雷達測量的次數，以通過頻率、波長、偏振分集來更好地了解和表征天氣狀況。升級后的雙偏振雷達還有以下產品：差分反射率、互相關系數、差分相移、差分相移率等，這些雷達數據尚未被充分利用。若是這些雷達數據可以對水凝物進行較為準確地分類，則可以較大程度地改善惡劣的天氣檢測和預警以及定量降水估計和預報。

在國內，隨著雷達協同組網技術的發展，X波段雙偏振雷達逐步投入到業務應用中，X波段雙偏振雷達在定量降水估測、粒子相態識別等方面的作用越來越大。如何對水凝物進行較為準確地分類，國內外學者提出了很多解決辦法，其中模糊邏輯原理構成了粒子相態識別算法的基礎。在粒子相態識別算法應用中，由于雷達測量中可能存在的誤差以及較長距離處的天線波束展寬，導致粒子相態識別結果不準確。

發明內容

鑒于此，本發明提供一種基于X波段雙偏振天氣雷達粒子相態識別方法，以解決上述技術問題。

本發明公開了包括：

步驟1：對雷達變量進行預處理，基于預處理得到的雷達變量，計算其可信概率；

步驟2：根據雷達變量，計算融化層高度；

步驟3：分別計算所有預處理得到的雷達變量對應的聚合值；

步驟4：基于聚合值，對雷達回波進行分類。

進一步地，所述雷達變量包括：水平極化反射率因子Z、差分反射率、互相關系數、差分相移、差分相移率、徑向速度V；水平極化反射率因子Z表征單位體積中降水粒子直徑6次方的總和；差分反射率表征粒子的空間取向和長短軸之比；互相關系數表示在一個脈沖體內水平與垂直偏振脈沖相似度的度量；差分相移表示同樣運動狀態的降水區對于水平偏振波和垂直偏振波引起的相位變化；差分相移率表示水平和垂直脈沖差分相移的徑向導數；徑向速度V表示粒子與雷達同一方向的速度，朝向雷達的方向為負，遠離雷達方向為正；

所述對雷達變量進行預處理，包括：

通過水平極化反射率因子Z和差分相移，計算水平極化反射率因子標準偏差SD(Z)和差分相移標準偏差SD()；

將差分相移率轉換為對數表示形式，即得到；

對水平極化反射率因子Z、差分反射率、差分相移和互相關系數進行徑向平滑處理得到、、和；表示徑向平滑處理的水平極化反射率因子，表示徑向平滑處理的差分反射率，表示徑向平滑處理的差分相移，表示徑向平滑處理的互相關系數；

對平滑后的水平極化反射率因子和差分反射率進行衰減訂正，得到衰減訂正后的水平極化反射率因子和差分反射率，訂正量由平滑處理后的來確定。

進一步地，所述水平極化反射率因子標準偏差SD(Z)和差分相移標準偏差SD()的計算公式分別為：

其中，為在徑向上的計算范圍，和分別是2*徑向距離范圍內水平極化反射率因子Z和差分相移的均值。

進一步地，表示為：