[发明专利]一种三维风场的气象探测方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于天气雷达探测领域，尤其涉及一种三维风场的气象探测方法及系统。

背景技术

天气雷达是一种能有效观测各种强天气现象的有效工具，但传统天气雷达存在如下不足：①由于地球曲率的影响，天气雷达在较远距离观测时对近地层云雨目标的观测受到限制，同时，仰角30度以上没有探测资料，且近距离存在大量探测空白区；②现有雷达采用机械旋转扫描，波束扫描速度较慢，完成一次体扫的时间在6分钟左右，时间分辨率低，难以捕获快速生成和发展的小尺度天气现象(如龙卷和下击气象等)；③目前多普勒天气雷达虽然有获取径向速度的能力，但径向速度只是云雨粒子运动速度在雷达电磁波传播方向上的一个分量，没有完整的三维速度信息；④多普勒天气雷达组成的探测网，3个相邻雷达共同重叠探测区域约为5％，重叠区域的雷达探测采样体积不大，并且同一空间位置不同雷达获取资料时间相差数分钟，用这种资料合成的速度矢量可信度很低。

因此，现有的观测方法损失了空间上的气象目标信息，尤其对于快速变化的风场、微下击气象等气象目标，无法及时地获取观测范围内完整空间的气象目标信息，造成气象数据获取率降低，数据质量下降，不能充分满足气象研究、气象保障等应用需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的观测方法损失了空间上的气象目标信息，尤其对于快速变化的风场、微下击气象等气象目标，无法及时地获取观测范围内完整空间的气象目标信息，造成气象数据获取率降低，数据质量下降，不能充分满足气象研究、气象保障等应用需求。

为解决上面的技术问题，本发明提供了一种三维风场的气象探测方法，该气象探测方法包括：

S1，安置在等边三角形的探测区域的三个顶点处的每部相控阵天气雷达根据接收的模式探测指令同时对所述等边三角形的探测区域进行扫描；

S2，每部所述相控阵天气雷达将扫描获取强度数据和速度数据发送给控制处理中心；

S3，所述控制处理中心将三部天气雷达的所述强度数据进行融合，得到反射率因子，同时将所述速度数据进行矢量合成，得到速度矢量场；

S4，根据所述反射率因子和所述速度矢量场，确定三维风场；

S5，根据速度风场的突变属性，在所述三维风场中探测出发生微下击暴流的位置。

本发明的有益效果：通过上述的方法，利用3部相控阵天气雷达对等边三角形探测区域进行协同探测获取数据，实现了对观测空间范围内的全空域气象目标的精细探测，生成更加精确的三维风场，可有效地获取观测范围内全空域的三维风场信息，同时在该三维风场中可以有效地监测微下击暴流现象，大幅提高现有气象观测水平，并且满足气象研究、气象保障等应用需求。

进一步地，所述模式探测指令包括：强回波三维探测模式和三维探测模式。

进一步地，步骤S1中包括：当接收的是强回波三维探测模式指令时，每部所述相控阵天气雷达在垂直方向上同时采用14个接收波束扫描方式和在水平方向上采用机械扫描方式对所述等边三角形的探测区域进行扫描；其中，每部所述天气雷达在所述垂直方向上每次覆盖22.4度仰角，分4次完成89.6度仰角扫描，每部所述相控阵天气雷达在所述水平方向上以天线旋转速度40度/秒，完成60度方位扫描。

进一步地，步骤S1中包括：当接收的是三维探测模式时，每部所述相控阵天气雷达在垂直方向上同时采用5个接收波束扫描方式和在水平方向上采用机械扫描方式对所述等边三角形的探测区域进行扫描；其中，每部所述相控阵天气雷达在所述垂直方向上是每次覆盖8度仰角，分11次完成88度仰角扫描，每部所述天气雷达在所述水平方向上以天线旋转速度10度/秒，完成60度方位扫描。

进一步地，所述S3中所述控制处理中心将所述强度数据进行融合，得到反射率因子具体为：所述控制处理中心取三部相控阵天气雷达的所述强度数据的平均值，将所述平均值作为所述反射率因子。

本发明还涉及一种三维风场的气象探测系统，该气象探测系统包括：三部相控阵天气雷达、控制处理中心；其中所述三部相控阵天气雷达分别安置在一个等边三角形的探测区域的三角形顶点处；

所述相控阵天气雷达，采用相控阵、数字多波束体制，用于根据接收的模式探测指令，同时对所述等边三角形的探测区域进行快速扫描；且将扫描获取的强度数据和速度数据发送给所述控制处理中心；