基于多普勒天气雷达数据的高空风反演方法.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CN109100723A(43)申请公布日2018.12.28(21)申请号201810826385.5(22)申请日2018.07.25(71)申请人南京信息工程大学地址210044江苏省南京市江北新区宁六路219号(72)发明人王兴卞浩瑄朱彬杨胜朋苗春生王军徐经纬(74)专利代理机构南京汇盛专利商标事务所(普通合伙)32238代理人张立荣(51)Int.Cl.G01S13/95(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称基于多普勒天气雷达数据的高空风反演方法(57)摘要本发明提出一种基于多普勒天气雷达数据的高空风反演方法，该方法利用多普勒天气雷达的外推产品和径向速度产品，以及探空报资料进行多层次高空风场融合。本发明利用雷达回波图像的外推结果，将各个仰角面的平均径向速度场转化为具有U、V分量的速度矢量场，提高高空风场主观分析的可读性。利用探空资料对雷达风场进行适当修正，修正的力度随雷达网格点与探空站之间距离的增加而递减，使得风场具有较好的整体性和连续性，且更加符合实际大气风场的状况。本发明相较一些多元资料融合的方法，本发明算法的运算复杂度适中，可提高雷达二次风场输出的时效性。CN109100723ACN109100723A权利要求书1/2页1.一种基于多普勒天气雷达数据的高空风反演方法，该方法包括以下步骤：步骤1：假设准备反演某一时刻t的高空风，首先选定一部雷达，利用该部雷达t时刻及之前最接近t时刻的N次雷达数据，采用外推算法得到雷达数据所表征的风暴体在各探测点的位移特征矢量，任一探测点的位移特征矢量记为其中，N取2<N≤10的整数；表示雷达体扫的某一仰角面，γ表示雷达探测点与雷达中心点之间的距离库，ω表示雷达体扫的方位角，t表示所处理的雷达数据对应时间；步骤2：将上步中位移特征矢量根据雷达体扫的时间周期Tit，单位距离库对应的长度Lu，按下式换算成移动速度矢量作为矢量，表征速度的数值和方向的信息，定义所指的方向与正北方向的夹角为θ，当指向正北方向时，θ＝0，沿顺时针方向旋转，θ逐步增大；步骤3：将上步中移动速度矢量分解为U、V两个分量，其中，U分量与当前径向垂直，V分量与当前径向重合，假设表示在U轴的分量；表示在V轴的分量；步骤4：假设在雷达数据中任一探测点位置的雷达平均径向速度为当时，表示该速度的方向是沿着径向指向圆心；反之，当时，表示该速度的方向是沿着径向背离圆心；将作为基准速度，计算与的倍率，并以此倍率放大或缩小的数值，得到计算公式如下：步骤5：将U方向的分量与V方向的分量按下式进行合并，计算得到修正后的移动速度矢量，记为步骤6：按照步骤2～步骤5，对雷达每一个探测点的位移特征矢量逐一进行计算，得到t时刻在雷达体扫的各个仰角面、各个距离库、各个方位角的修正后的移动速度矢量，即步骤7：对雷达数据中任一探测点查找与其地理位置最相近的一个探空报站点，读取该探空报站点中探测时间最接近t时刻的探空报站点数据，该数据记录了地球上某一经纬度位置，垂直向上多个高度层或多个气压层标准层次的风向和风速；得到与每个探测点对应的探空报站点数据，记录为Vh(lot,lat,alt)；步骤8：以上步探空报站点数据Vh(lot,lat,alt)中的每个alt为基准高度，将雷达各个仰角面的修正后移动速度矢量利用空间插值算法，转换为在各个alt所对应高度的移动速度矢量，记为Vip(alt,γ′,ω,t)；γ′表示在水平方向上探测点与雷达中心点之2CN109100723A权利要求书2/2页间的距离，γ′的取值由γ、和Lu通过三角几何方法求得；步骤9：定义一个影响半径r和一个最大影响半径Rif，满足0<r<Rif，r表示Vip(alt,γ′,ω,t)中任一点与探空报站点之间的空间距离，该距离可由探空报站点的经度、纬度和Vip(alt,γ′,ω,t)中的点的经、纬度通过几何方法计算得到；Vip(alt,γ′,ω,t)每个点的经度和经度通过该部雷达所在的地理位置以及γ′计算得到；构造一个影响权重函数Wif(r)，该函数为须满足以下条件的递减函数：0<Wif(r)<1；根据探空报站点数据Vh(lot,lat,alt)，对步骤8中的Vip(alt,γ′,ω,t)通过下式进行偏差订正：Vbs(alt,γ′,ω,t)＝(1-Wif(r))×Vip(alt,γ′,ω,t)+Wif(r)×Vh(lot,lat,alt)。2.根据权利要求1所述基于多普勒天气雷达数据的高空风反演方法，步骤1中，所述N次雷达数据的数据形式为基本反射率数据和平均径向速度数据。3.根据权利要求2所述基于多普勒天气雷达数据的高空风反演方法，步骤1中，所述外推算法采用最大相关法或交叉相关法。4.根据权利要