[发明专利]一种修正多普勒天气雷达回波衰减的方法

说明书

技术领域

本发明涉及对不同天气环境中的雷达回波进行修正的技术，尤其涉及一种修正多普勒天气雷达回波衰减的方法。

背景技术

多普勒天气雷达(以下简称为雷达)所发射出的电磁波，在遇到空气分子、气溶胶、云滴、雨滴和冰晶等悬浮粒子时会发生散射和折射，从而使电磁波减弱。随着电磁波沿传播路径距离的增加，这种减弱效应会越来越明显，进而造成雷达检测到的回波发生失真，最终影响到基于雷达探测数据的各种应用，例如，会影响临近天气预报的准确性。但由于电磁波在传播路径上的衰减过程受大气中多种因素的综合影响，且当前缺乏可大规模业务化应用的大气成分探测设备，因此，对于这种衰减的精确修正非常困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术之缺陷，提供一种对多普勒天气雷达回波衰减进行精确修正的方法，该方法具体步骤如下：

(1)设雷达A为需进行回波衰减修正的多普勒天气雷达，选取与雷达A地理位置相邻且型号相同的雷达B，并随机选取这两部雷达在有强对流天气(强对流天气指：由于在没有强对流天气过程，特别是晴空时，大气中没有足够的水汽、冰晶等反射粒子，此时雷达接收到的回波很弱，甚至没有回波。因而也不存在明显的回波衰减。)过程时同一时刻的雷达基数据文件；

(2)对雷达A基数据文件中回波强度数据(也称为基本反射率数据)通过公式(2)和公式(3)由极坐标系转换为平面直角坐标系形式，其中，公式(3)表示极坐标系下任一点(θ,r)与平面直角坐标系下(x,y)之间的坐标对应关系，(公式(2)中左边第一个等号表示P’_(x,y)与P’_(θ,r)的坐标位置等价，第二个等号表示(x,y)点的值是由(θ，r)点及其位置相邻的若干点的基数据回波强度值计算得出)；再将由公式(2)计算得到的回波强度值按公式(1)进行修正，公式(1)中两个可变参数h和a分别按各自的步长递增取值，得到多组随h和a参数值变化而变化的修正回波强度值P_(x,y)；

其中各公式如下：

回波强度值修正公式为

平面直角坐标系下任一点的回波强度值计算公式为

极坐标系与平面直角坐标系转换关系为

式中，点(θ，r)为上述雷达A基数据文件中的某一仰角下的任意一点，θ表示该点的方位角，r为该点与雷达A中心点之间的距离，方位角θ∈[0,360]且以正北方向为0度，(在雷达基数据中r即为径向上该点反射率的距离库数，因此r小于或等于雷达探测的最大有效半径。)点(x，y)为点(θ，r)对应在平面直角坐标系中的坐标；P_(x,y)和P_(θ,r)表示该点修正后的回波强度值，前者是平面直角坐标系，后者是极坐标系；P’_(x,y)和P’_(θ,r)表示采用公式(2)计算出的该点处的回波强度值，前者是平面直角坐标系，后者是极坐标系，(其中(x,y)与(θ,r)的对应关系由公式(3)转换得到)；h和a为可变参数，h∈[1×10^-7,1×10^-6]，步长为1×10^-7；a∈[0.5,1.5]，步长为0.1；表示当前仰角下点以为方位角，距离雷达i处的点的回波强度值，该值也由雷达A的基数据文件中得到，(在公式(2)中，取值为θ-1、θ、θ+1，i取值为r-1、r和r+1)；P_(θ,j)表示当前仰角下与点(θ,r)同一径向上距离雷达j处的回波强度值，(该值由雷达A的基数据文件中得到)，j作为计算中的变量，在公式(1)中j取值为[1,r]；在X₀，Y₀是平面直角坐标系下雷达A中心点坐标；

按上述方法，对雷达A的基数据文件中9个仰角分别进行修正，再随机选取一个等高面，采用通用的插值算法(如双线性插值，或反距离权重插值)，利用上述求得的9个仰角的所有结果，计算出雷达A在该等高面上的修正后的回波强度PA，如图3所示，左侧纵坐标表示距离雷达中心点上方的高度，单位为km，右侧纵坐标表示雷达探测的仰角，横坐标表示水平方向上与雷达中心点的距离，单位为km，最粗的黑线表示所求的等高面(3km高度)，该面上各点的回波强度值是由同一横坐标上各个仰角的回波强度插值计算得出；

(3)对雷达B基数据进行相同的处理，得到雷达B与步骤(2)中相同等高面的修正后的回波强度PB；