[发明专利]NRIET X 波段雷达协同组网分析方法

说明书

本发明公开了一种NRIET X波段雷达协同组网分析方法，包括：数据收集。数据质量控制。利用距离权重插值技术，采用三维cressman插值方法，对雷达回波，径向风以及各偏振量进行格点插值。三维数据组网。对于双多普勒雷达反演的三维风场，利用质量连续方程约束反演风场，通过反复迭代求解方程获取三维风场；垂直速度w由设定上边界向下积分分的质量连续方程求得，并采用微量边界条件调整垂直运动场。基于雷达产品反射率算法生成组合反射率拼图产品、回波顶高拼图产品；通过Z‑R关系，进行定量降水估计，得出雨强产品；使用纹理分类方法，识别降水层云对流区域；利用模糊逻辑算法，对降水过程中不同阶段，各个区域降水粒子相态识别。

技术领域

本发明涉及一种雷达插值组网、风场反演以及天气识别方法，尤其涉及一种NRIETX波段雷达协同组网分析方法。

背景技术

监测、预报和研究中尺度天气系统一直是天气预报的重要任务，也一直是大气科学的一大难题，主要困难是我们对空间尺度为几百公里乃至几十公里的强对流系统的三维结构、发生发展的机理，甚至在强对流中的微物理过程都了解甚少。在探测大气的各种手段中，天气雷达以其高时空分辨率、及时准确的遥感探测能力成为灾害性天气，特别是中尺度灾害性天气监测和短时天气预报等方面极为有效的工具。天气雷达的运用，极大地加深了对下击暴流，龙卷超级单体、冰雹、飑线和中尺度对流系统等天气现象的理解和认识，提高了对灾害性天气的预警能力。

我国自1998年以来开始不舍新一代天气雷达网，对突发暴雨、沿海台风和强降水等灾害性天气的短时预报准确率比原来提高了不少，时效提前了几十分钟到数小时，。但是，新一代雷达有其自身的局限性：由于扫描策略(雷达只能在0.5～19.5°仰角范围内以一定的间隔进行扫描)以及地球曲率等的影响，即使在雷达的有效探测半径内，也有很过区域不能被雷达观测到，例如，静锥区、最低扫描仰角以下的资料空白区、相邻仰角间隔之间的资料空白区、地形对雷达波束阻挡的区域的等。现阶段我国1km以雷达覆盖区仅达17％，这些缺陷阻碍了我们对灾害性天气系统完整细致的跟踪观测，从而降低了我们队这些天气系统的监测和预报能力；也阻碍了我们进一步揭示与这些天气系统相关的大气运动的各种规律以及各种尺度之间的相互作用，使得我们无法对这些系统的发生发展机理做出全面、客观、细致的研究。

现有的组网插值算法主要有：双线性插值法、Barnes插值法和锥面后垂直内插的方法。但是双线性插值法受到缺测的影响较大，对于大范围缺测的情况，插值会有困难。而雷达观测过程中，距雷达较远的地方，两个观测点距离较大，但径向速度是一个矢量，间隔过大不适宜插值。Barnes插值法主要是加权平均的算法，计算简单，可以滤除部分噪音，但是插值结果和周围观测点的均匀程度和影响半径关系较大；先锥面后垂直内插的方法，在插值过程宏中，如果垂直内插时资料艰巨过大会不此案不连续的现象，产生误差较大。

新一代天气雷达为S波段气象雷达，对于龙卷、雷暴、强降水等中小尺度强对流的观测，时空分辨率精度不够。然而，中小尺度强对流，包括短时强降水、雷电、冰雹、雷暴大风等，是我国主要气象灾害类型之一。强对流天气来临时，经常伴随着电闪雷鸣、风大雨急等恶劣天气，这种天气破坏力很强，是仅次于热带气旋、地震、洪涝之后第四位具有杀伤性的灾害性天气。同时，中小尺度强对流生命时较短，变化较快。目前，在气象观测业务上，监测中小尺度强对流主要依靠新一代多普勒天气雷达，结合地面观测、风廓线雷达、气象卫星等资料。然而，受制于观测时空分辨率较低、观测要素种类较为单一等原因，尚不能连续监测、追踪中小尺度强对流的发生、发展，对中小尺度强对流灾害性天气的内部结构、演变情况了解不清，这些都制约了中小尺度强对流的预报预警水平。

我国现有的业务雷达组网只是用反射率的一个高度的CAPPI或低仰角的PPI产品或者组合反射率等雷达产品进行的二维拼图，并且国内的这些拼图对单站雷达资料的质量分析和控制很少，这些二维组网拼图产品只能对天气过程定性分析，不适合再分析应用。对于强对流天气系统的判断主要还是需要预报员的主观分析，大大降低了预报效率；同时雷达观测的径向风仅显示天气系统相对雷达的移动方向和风速没有三维风场产品，缺少对强降水过程的动力结构的认识。