基于多普勒天气雷达的短临外推预报流场构建方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111208517A(43)申请公布日2020.05.29(21)申请号202010039652.1(22)申请日2020.01.15(71)申请人成都信息工程大学地址610225四川省成都市西南航空港经济开发区学府路一段24号(72)发明人唐晓文刘高平关良(74)专利代理机构北京金蓄专利代理有限公司11544代理人乔贺(51)Int.Cl.G01S13/95(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称基于多普勒天气雷达的短临外推预报流场构建方法(57)摘要本发明涉及基于多普勒天气雷达的短临外推预报流场构建方法，包括以下主要步骤：使用天气雷达的反射率数据和光流法生成预报区域的初始外推流场；使用天气雷达的径向速度数据反演单站平均风场；将初始外推流场中对应反射率低于某一阈值的数据点替换为单站平均风场并形成融合外推流场；最后对融合外推流场应用无辐散和平滑约束得到最终外推流场。本发明充分利用了业务多普勒天气雷达多要素观测的特性，克服了传统外推流场构建过程中数据不完整和不连续的问题，可提高对流系统外推预报的时长和准确性。CN111208517ACN111208517A权利要求书1/1页1.基于多普勒天气雷达的短临外推预报流场构建方法,其特征在于包括以下步骤：1)使用传统光流法从两个相继时刻的多普勒天气雷达反射率数据计算初始外推流场u0和v0；2)使用单站多普勒天气雷达径向速度数据反演单站平均风场u1和v1；3)将初始外推流场u0和v0中反射率低于设定阈值的数据点替换为单站平均风场u1和v1，形成融合外推流场u2和v2；4)对融合外推流场u2和v2应用无辐散和平滑约束得到最终外推流场u和v。2.如权利要求1所述的基于多普勒天气雷达的短临外推预报流场构建方法，其特征在于：所述初始外推流场u0和v0通过求解泛函获得，其中通过Z1和Z0的时间差分计算，和分别通过Z1的空间差分计算，Z0和Z1分别为前一时刻和当前时刻雷达体扫数据1到3公里任意高度上的二维等高面反射率场，α为平滑约束的经验权重系数。3.如权利要求1所述的基于多普勒天气雷达的短临外推预报流场构建方法，其特征在于：所述平均风场分量u1和v1通过求解下列线性方程组获得：…其中Vd为当前时刻多普勒雷达数据中与反射率场Z1高度相同的径向速度，字母n表示第n个径向速度观测点，x，y和r分别表示第n个径向速度观测点距离雷达中心的东西、南北和直线距离，u、v关于x、y的偏导数以下标形式表示。4.如权利要求1所述的基于多普勒天气雷达的短临外推预报流场构建方法，其特征在于：初始外推流场u0和v0替换为单站平均风场u1和v1的数据点对应的阈值为15到30dBZ之间的任意数值。5.如权利要求1所述的基于多普勒天气雷达的短临外推预报流场构建方法，其特征在于：所述最终外推流场u和v通过求解获得，其中α和β分别为散度和平滑约束的经验权重系数。2CN111208517A说明书1/3页基于多普勒天气雷达的短临外推预报流场构建方法技术领域[0001]本发明涉及短临外推预报流场构建方法，尤其涉及基于多普勒天气雷达的短临外推预报流场构建方法，属于大气科学中强对流临近预报研究领域。背景技术[0002]外推预报是短时临近预报中的常用方法，外推预报流场构建是改进传统灾害性强对流天气短时临近预报方法的关键技术环节。[0003]在外推预报涉及的各项技术环节中，构造准确的外推流场是保证外推预报准确性的关键因素。现有的外推流场构建方法主要包括回波相关分析(TREC)和光流法(Opticalflow)两大类。这两类方法都基于前后两个时刻的雷达反射率资料来构建外推流场，在实际应用中存在两个关键的缺陷：1)由于天气雷达仅能观测到一定强度以上的降水回波，因此前述两类方法得到的外推流场通常存在较大范围的缺测区域(即无反演结果的区域，如图1所示)，当雷达反射率外推至无外推流场的区域时，结果变得不可信；2)由于以上传统反演算法在降水边缘区域的平滑作用，导致不真实的速度变化区。这些区域包含较强的辐合辐散，对于外推预报有不利影响。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有外推流场构建方法存在的数据缺测和边缘不连续两大缺点，提出一种新的外推流场构建方法。[0005]为了解决上述技术问题，本发明的基于多普勒天气雷达的短临外推预报流场构建方法，包括如下步骤：[0006]1.使用传统光流法从两个相继时刻的多普勒天气雷达反射率数据计算初始外推流场u0和v0。[0007]2.使用单站多普勒天气雷达径向速度数据反演单站平均风场u1和v1。[0008]3.将初始外推流场u0和v0中反射率低于设定阈值的数据点替换为单站平均风场u1和v1，形成融合外推流场u2和