[发明专利]一种基于多普勒天气雷达数据的冰雹云早期识别方法

摘要

本发明公开了一种用于强天气识别的基于多普勒天气雷达数据的冰雹云早期识别方法，首先，基于多普勒天气雷达的反射率数据，利用双线性差值算法获取三维反射率格点数据；提取描述冰雹云的10个特征，然后，根据主成分分析方法降低特征维数，得到体量综合特征和高度‑梯度综合特征，通过时间序列分析，上述两个综合特征值在冰雹云出现早期呈现出明显的跃增现象；最后，基于冰雹样本两维综合特征的跃增现象，以强降水为负样本，构建一个四维强对流单体描述向量进行冰雹云的早期识别。本发明实现了冰雹云早期的自动识别，可为防雹和消雹提供有利时机，减少经济损失和人员伤亡。同时，为基于气象雷达数据的强对流天气识别提供了新的思路。

主权项

1.一种基于多普勒天气雷达数据的冰雹云早期识别方法，其特征在于，根据连续时刻的多普勒天气雷达基数据，得到不同时刻的多普勒天气雷达的组合反射率图，按照时间顺序进行下述过程，包括：步骤一：提取冰雹云的特征；从对流单体的三维反射率格点数据出现10个像素点以上的40dBZ连通区域开始，提取对流单体当前体扫及之后每一个体扫的10个特征；10个特征包括对流单体的0℃层以上厚度对流单体核厚度CT、对流单体核核心高度CCH、对流单体-10℃层高度以上的组合反射率核区面积对流单体-10℃层高度以上单体核体积对流单体较强反射率区体积对流单体低反射率区体积反射率阈值分别为40dBZ和45dBZ的悬垂体下方弱回波体体积WEV40和WEV45及反射率梯度高值MRGCCH；步骤二：对冰雹云特征数据进行处理得到两个综合特征；2-1)以步骤一获得的10个特征值为基础，进行标准化处理，将对流单体的0℃层以上厚度对流单体核厚度CT、对流单体核核心高度CCH、对流单体-10℃层高度以上的组合反射率核区面积对流单体-10℃层高度以上单体核体积对流单体较强反射率区体积对流单体低反射率区体积反射率阈值分别为40dBZ和45dBZ的悬垂体下方弱回波体体积WEV40和WEV45及反射率梯度高值MRGCCH记为：F＝(F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8,F9,F10)，利用公式进行标准化处理得到特征记为其中：2-2)对上述得到的特征进行主成分分析处理，得到10个主成分，记为pw＝(pw1,pw2,pw3,pw4,pw5,pw6,pw7,pw8,pw9,pw10)；2-3)根据10个主成分信息贡献率的差异，保留前两维主成分，得到新的两维特征：并分别记为体量综合特征VMCF和高度-梯度综合特征HGCF；步骤三：进行冰雹云的早期识别；根据冰雹云体量综合特征VMCF和高度-梯度综合特征HGCF在早期表现出的跃增现象，构建一个四维强对流单体描述向量△1为相邻体扫的体量综合特征VMCF的差值，△2为相邻体扫的高度-梯度综合特征HGCF的差值，为同一体扫体量综合特征VMCF和高度-梯度综合特征HGCF的差值，为同一体扫体量综合特征VMCF和高度-梯度综合特征HGCF的和，n表示当前体扫，n-1表示前一体扫，△i＝pwi(n)-pwi(n-1),i＝1,2 Δ 12 ± = pw 1 ( n ) ± pw 2 ( n ) ]]>有下述情形之一，该对流单体为冰雹单体，则认为此刻为冰雹云早期，(1)△1≥1.24；(2)△2≥1.50；(3)(4)记录此时的体扫数及时间；否则，认为该对流单体不是冰雹单体，返回步骤一，进行下一时刻的过程处理，直至完成对所有时刻雷达基数据的判断。