一种基于X波段多普勒雷达降水估测系统及方法.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CN106383349A(43)申请公布日2017.02.08(21)申请号201610791349.0(22)申请日2016.08.31(71)申请人贵州省江口县气象局地址554400贵州省江口县双江镇河滨西路32号(72)发明人方标李勇严小冬张逸茅海祥何历洪白琴琴(74)专利代理机构北京国坤专利代理事务所(普通合伙)11491代理人姜彦(51)Int.Cl.G01S13/95(2006.01)权利要求书6页说明书13页附图3页(54)发明名称一种基于X波段多普勒雷达降水估测系统及方法(57)摘要本发明提供一种基于X波段多普勒雷达降水估测系统及方法，系统包括X波段多普勒雷达、雨滴谱仪、监控主机和显示系统，所述X波段多普勒雷达包括外机和内机两个部分。本发明通过X波段多普勒雷达垂直指向探测降水区，测量得到多普勒速度谱廓线，导出降水粒子的滴谱廓线，从而能够计算降水粒子的衰减系数廓线和反射率因子廓线，就可以建立衰减系数k和反射率因子Z之间的关系k＝c*Zd，并将关系应用于60公里范围内的降水，解决X波段多普勒雷达的衰减订正问题，扩大了X波段多普勒雷达在降水方面的应用范围。CN106383349ACN106383349A权利要求书1/6页1.一种基于X波段多普勒雷达的降水估测方法，其特征在于，所述基于X波段多普勒雷达的降水估测方法包括以下步骤：1)、用无地物的最低仰角作平面位置扫描，得到雷达测量的反射率因子场；最低仰角≤18°；2)、X波段多普勒雷达作垂直指向探测降水区，判断探测降水区即雷达处是否有降水；3)当探测降水区有降水时，测量降水粒子的反射率因子和多普勒速度谱廓线，并由降水粒子的多普勒速度谱廓线计算降水粒子的滴谱廓线，转步骤4)；4)当探测降水区没有降水而某个雨滴谱仪处有降水时，雨滴谱仪得到雨滴谱，转步骤3)；5)当探测降水区和雨滴谱仪所在位置都没有降水时，用缺省的系数c和d，进行衰减订正，并用缺省的系数A和b进行降水估测，转步骤6)；通过最小二乘法拟合确定系数c和d；所述系统性偏差修正为在雨滴谱仪所在格点周边，计算雨滴谱得到的反射率因子与雷达测量得到的反射率因子的差值，视最小的差值为最佳匹配，这样，每个雨滴谱仪都有一个最小差值，计算这些最小差值的平均值，视此平均值为雷达测量的反射率因子的系统性偏差，并对雷达测量的反射率因子进行订正；6)计算降水区的衰减系数k、降水粒子的反射率因子Z和雨强R；7)根据衰减系数k和反射率因子Z，拟合k＝c*Zd确定系数c和d，将此关系应用于降水区域，实现雷达测量的反射率因子的衰减订正，并根据反射率因子Z和雨强R，拟合Z＝A*Rb确定系数A和b；8)根据衰减订正以及将A和b应用于经过系统性偏差修正的雷达测量的反射率因子，估测雷达探测范围内的降水；所述的衰减订正方法建立的关系式k＝c*Zd应用于60公里范围内的降水；所述的X波段多普勒雷达的衰减订正方法包括以下步骤：a)、X波段多普勒雷达垂直指向探测降水区，测量降水粒子的反射率因子和多普勒速度谱廓线；多普勒速度谱廓线还包括强度谱廓线和谱宽，以及根据速度谱廓线、强度谱廓线导出的二次产品，如回波顶高、回波底高、反射率因子、径向速度、谱宽、反射率因子剖面、径向速度剖面、谱宽剖面、组合反射率、垂直液态水含量、1小时累计含水量、3小时累计含水量、最大反射率、雨强因子，综合分析以上因子得出可能出现的降水量级；b)、由降水粒子的多普勒速度谱廓线计算降水粒子的滴谱廓线；c)、根据滴谱廓线计算米散射下的衰减系数廓线和降水粒子的反射率因子廓线；d)、根据计算得到的衰减系数廓线和降水粒子的反射率因子廓线建立衰减系数k和反射率因子Z之间的关系，拟合确定系数c和d，从而确定衰减订正的关系式k＝c*Zd；9)降水估测结束；所述的基于X波段多普勒雷达降水估测方法的系统，包括X波段多普勒雷达、雨滴谱仪、监控主机和显示系统，所述X波段多普勒雷达包括外机和内机两个部分，所述的外机部分包括天线伺服分系统、发射分系统、接收分系统、监控标校分系统和配电系统；所述的内机部分包括信号处理器和用户分系统。2.如权利要求1所述的基于X波段多普勒雷达的降水估测方法，其特征在于，所述监控主机设置有同步正交跳频信号盲源分离模块，所述步正交跳频信号盲源分离的信号处理方法包括：2CN106383349A权利要求书2/6页步骤一，利用含有M个阵元的阵列天线接收来自多个同步正交跳频电台的跳频信号，对每一路接收信号进行采样，得到采样后的M路离散时域混合信号采集阵列天线节点间不同时间片的交互次数，根据得到的数据建立时间序列，通过三次指数平滑法来预测节点间下一个时间片的交互次数，将交互次数预测值与实际值的相对误差作为节点的直接信任值；直接信任值的