本发明公布了一种基于频谱稀疏重构(Sparse Signal Reconstruction)的气象信号谱矩估计方法。该发明首先采用稀疏重构技术获得各距离单元的多普勒稀疏谱;为进一步抑制噪声干扰,对多普勒稀疏谱进行阈值检测处理,降低噪声对后续谱矩估计的影响;最后通过稀疏域谱估计算法完成对气象信号多普勒速度和谱宽的估计。气象雷达实测数据验证了本发明的有效性,其估计精度比工程常用的脉冲对法算法估计的径向速度和谱宽分别提高9.85%和16.96%。本方法通过采用稀疏技术提高了气象信号在多普勒域的分辨率,适用于低信噪比场景下。