雷達降水因子判別雲與降水的方法
2023-05-21 09:09:41 3
雷達降水因子判別雲與降水的方法
【專利摘要】本發明公開了一種雷達降水因子判別雲與降水的方法。本發明是把都卜勒雷達探測得到的逐庫的雷達譜密度函數在正速度區的積分或求和定義為雷達降水因子，根據雷達降水因子的值把未產生降水的雲回波和正在以及將要產生降水的回波區分開來。本發明在不改變都卜勒雷達的系統設計、不增加雷達硬體成本的條件下，通過探測得到逐庫的雷達譜密度函數，經計算就可區分出未產生降水的雲回波與正在或將要產生的降水回波，從而解決都卜勒雷達探測雲與降水不分的問題，提高都卜勒雷達預警的準確性。
【專利說明】雷達降水因子判別雲與降水的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於大氣科學領域，具體涉及一種雷達降水因子判別雲與降水的方法。
【背景技術】
[0002]都卜勒雷達是中小尺度災害性天氣預警，局地山洪、城市內澇預警，降水引發滑坡、泥石流的應急預警，航空、航海等交通保障服務最主要的工具之一，目前僅國內就有200多部都卜勒雷達廣泛應用於民航、氣象、水文、軍事等領域。
[0003]都卜勒雷達探測得到的主要參數有雷達反射率因子Z、都卜勒速度V和速度譜寬W。至今為止，上述應急預警和服務主要基於Z、V、W及衍生參數建立概念模型和物理模型，並沒有把雲和降水區分開來，因此常常造成預警偏差甚至失敗。當在相同Z值條件下，如果把雲回波當降水處理，就會造成虛警；如果把降水回波當雲處理，就會造成漏警。
[0004]然而，在實際應用中，特別是局地山洪、城市內澇、滑坡、泥石流的應急預警中，對準確判別潛在產生災害上空的降水具有強烈的要求，因此，天上飄著的雲與正在或將要產生的降水的可靠區分需要特別關注。
【發明內容】
[0005]針對以上現有技術中都卜勒雷達探測雲與降水不分的技術問題，本發明提出一種用雷達降水因子判別雲與降水的方法，以解決都卜勒雷達探測雲與降水不分的問題，從而提高都卜勒雷達預警的準確性。
[0006]本發明的目的在於提出一種雷達降水因子判別雲與降水的方法。
[0007]本發明是把都卜勒雷達探測得到的逐庫的雷達譜密度函數F (V)在正速度區的積分或求和定義為雷達降水因子Yv，根據Yv值把未產生降水的雲回波和正在以及將要產生降水的回波區分開來；雷達降水因子判別雲與降水的方法主要包括以下步驟:
[0008]I)用都卜勒雷達對對流層的進行探測，根據雷達的庫長L和總庫數n，得到逐庫的
雷達譜密度函數Fi (V)，其中，i為自下而上的庫數，i=l......n，n為自然數，V為都卜勒
速度(m/s),定義朝向雷達方向為正；
[0009]2)對每個庫的雷達密度函數Fi (V)積分或求和，得到逐庫的雷達降水因子Yvi ；
[0010]3)然後從第I庫開始自下而上查詢Yvi，當第I個Yvi=O時，則第i庫對應的高度Hi定義為降水高度H。；
[0011]4)高於Htl的雷達回波判別為雲回波，低於和等於Htl的回波判別為正在和將要產生降水的回波；
[0012]5)判別雲與降水結束。
[0013]其中，在步驟I)中，從地面以上，每距離L為一庫，庫長為L，總庫數為n，第i庫所對應的高度為Hi。庫長L和總庫數n由雷達的處理能力決定，庫長L在10?1000m之間，n為在100?1000之間的自然數。
[0014]本發明的都卜勒雷達包括K、X、C和S波段的都卜勒雷達。[0015]雷達譜密度函數Fi (V)包括:雷達後向散射功率譜；雷達反射率譜；雷達空中含水量譜；以及雷達反射率因子譜。雷達降水因子Yiv為雷達譜密度函數Fi (V)在正速度區域的積分或求和，相應地為:雷達後向散射功率譜對都卜勒速度的積分；雷達反射率譜對都卜勒速度的積分；雷達空中含水量譜對都卜勒速度的積分；雷達反射率因子譜和平均都卜勒速度的乘積；雷達後向散射功率與平均都卜勒速度的乘積；以及雷達反射率因子譜都卜勒速度的積分。
[0016]都卜勒速度包括單部垂直指向探測得到的垂直速度或速度譜，以及多部都卜勒雷達反演的垂直速度。
[0017]本發明的優點:
[0018]本發明在不改變都卜勒雷達的系統設計、不增加雷達硬體成本的條件下，通過探測得到逐庫的雷達譜密度函數，經計算就可區分出未產生降水的雲回波與正在或將要產生的降水回波，從而解決都卜勒雷達探測雲與降水不分的問題，提高都卜勒雷達預警的準確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的雷達降水因子判別雲與降水的方法的流程圖；
[0020]圖2為本發明的雷達降水因子判別雲與降水的方法的一個實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面結合附圖，通過實施例詳細描述本發明的實施方式。
[0022]圖1為本發明的雷達降水因子判別雲與降水的方法的流程圖。
[0023]降水粒子包括雨、雪、雹等下落水成物。
[0024]在本實施例中，雷達譜密度函數Fi (V)採用雷達反射率因子譜Zi (V);從地面以上，每垂直距離30m為一庫，庫長L為30m，總庫數n為500。在本實施例中，都卜勒雷達從地面向上進行垂直探測，第i庫所對應的高度Hi=LXi ;若都卜勒雷達的探測仰角為0，則第i庫所對應的高度Hi=LX i X sin 0。
[0025]如圖2所示，本實施例的雷達降水因子判別雲與降水的方法包括以下步驟:
[0026]I)都卜勒雷達對對流層進行垂直探測，獲取降水粒子後向散射信息，經快速傅立葉變換FFT或其他方式，得到每個垂直距離的庫的雷達反射率因子譜Zi (V)和都卜勒速度譜；
[0027]2)根據每個庫的雷達反射率因子譜Zi (V)從零到正無窮積分，得到逐庫的雷達降水因子 Yvi (mm6/m3):
[0028]yvi=√0zi（v）dv；
[0029]3)從第I庫開始自下而上查詢Yvi，當第I個Yvi=O時，則第i庫對應的高度Hi定義為降水高度H0;
[0030]4)高於Htl的雷達回波判別為雲回波，低於和等於Hi的回波判別為正在和將要產生降水的回波；
[0031]5)判別雲與降水結束。[0032]最後需要注意的是，公布實施方式的目的在於幫助進一步理解本發明，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本發明及所附的權利要求的精神和範圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發明不應局限於實施例所公開的內容，本發明要求保護的範圍以權利要求書界定的範圍為準。
【權利要求】
1.一種雷達降水因子判別雲與降水的方法，其特徵在於，包括所述判別雲與降水的方法以下步驟: 1)用都卜勒雷達對對流層進行探測，根據雷達的庫長L和總庫數n，得到逐庫的雷達譜密度函數Fi (V)，其中，i為自下而上的庫數，i=l......n，n為自然數，V為都卜勒速度(m/s),定義朝向雷達方向為正；2)對每個庫的雷達譜密度函數Fi(V)積分或求和，得到逐庫的雷達降水因子Yvi ； 3)然後從第I庫開始自下而上查詢Yvi，當第I個Yvi=O時，則第i庫對應的高度Hi定義為降水高度H0; 4)高於Htl的雷達回波判別為雲回波，低於和等於H0的回波判別為正在和將要產生降水的回波； 5)判別雲與降水結束。
2.如權利要求1所述的判別雲與降水的方法，其特徵在於，所述的都卜勒雷達包括K、X、C和S波段的都卜勒雷達。
3.如權利要求1所述的判別雲與降水的方法，其特徵在於，所述雷達譜密度函數Fi(V)包括:雷達後向散射功率譜；雷達反射率譜；雷達空中含水量譜；以及雷達反射率因子譜。
4.如權利要求1所述的判別雲與降水的方法，其特徵在於，所述都卜勒速度包括單部垂直指向探測得到的垂直速度或速度譜，或多部都卜勒雷達反演的垂直速度。
5.如權利要求1所述的判別雲與降水的方法，其特徵在於，所述庫長L和總庫數n由雷達的處理能力決定，庫長L在10?IOOOm之間，n為在100?1000之間的自然數。
【文檔編號】G01S7/41GK103499813SQ201310472650
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】鄧勇, 韓薇 申請人:鄧勇, 韓薇