[发明专利]一种非降水条件下大气边界层高度探测方法和系统

说明书

本发明公开一种非降水条件下风廓线雷达对大气边界层高度的探测方法，方法包括：利用支持向量机技术，基于多组时空匹配的风廓线雷达探测数据与毫米波测云雷达的探测数据，得到云识别分类器；选择最优小波基；基于多组时空匹配的风廓线雷达探测数据和探空数据，利用最小二乘法计算最优尺度因子，并拟合最优尺度因子与风廓线雷达探测数据中信噪比SNR数据之间的函数关系，从而实现对实际风廓线雷达探测数据进行小波变换时的尺度因子自适应；利用云识别分类器，将小波变换得到的不唯一的信噪比突变点高度进行有云或无云的识别，将识别结果为无云的信噪比突变点对应的高度作为大气边界层高度。本发明优化了风廓线雷达在大气边界层高度探测时的反演方法，支持向量机的应用提高了探测精度，可大大减少误判。

技术领域

本发明涉及遥感技术中非降水条件下大气边界层高度探测技术领域，特别是一种基于小波变换与支持向量机的非降水条件下风廓线雷达对大气边界层高度的探测方法和系统。

背景技术

在非降水条件下，大气边界层高度是研究大气边界层的主要参数，是空气污染物扩散、边界层结构、大气动力学等研究必须考虑的重要物理量。大气边界层的高度更是污染物扩散模式、气候模式、大气模式的一个重要输入参数，其准确性对于模式的结果至关重要。传统大气边界层高度检测手段主要包括无线电探空仪、气象观测塔、系留气球、飞机观测等，但这些方法存在难以连续不间断测量、时间分辨率差、人工依赖性和高成本等缺点。目前，利用激光雷达数据可反演获取大气边界层高度，但是由于激光波长短，在有云和降水等情况下难以进行大气边界层高度的探测。

风廓线雷达是一种无球高空气象探测设备，可无人值守，连续提供水平风场、垂直速度等气象要素随高度的分布情况，其探测资料具有时空分辨率高、连续性和实时性好的特点。国外从20世纪80年代开始风廓线雷达大气边界层高度探测技术的研究，利用风廓线雷达探测资料采用梯度法和小波分析等方法得到了大气边界层高度，并进行了比对试验工作，参考说明书附图图2所示的比对结果。近年来，国内风廓线雷达技术性能有了质的飞跃，多项技术指标已经达到了国际先进水平，对风廓线雷达大气边界层高度探测也开展了一些研究工作，但仍有许多关键技术和科学问题需要深入研究：(1)在现有基于小波的风廓线雷达大气边界层高度探测技术基础上如何优化反演方法，研究最优小波基选择和自适应尺度因子确定方法，提高反演精度和稳定性，满足业务化运用需求。(2)目前国内外研究成果都是晴空条件下风廓线雷达探测大气边界层高度，对有云条件下的边界层高度探测研究很少。由于云顶附近存在与大气边界层顶附近相似的大气湿度显著变化的特征，在有云条件下风廓线雷达同时接收云中粒子散射回波和湍流散射回波，检测大气边界层高度时，难以利用湿度突变的特征判定是云顶还是边界层顶，严重影响了探测精度，甚至出现误判。因此，需要寻找一种非降水条件下风廓线雷达对大气边界层高度的探测方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：研究在非降水条件下利用风廓线雷达对大气边界层高度进行探测的方法，结合小波变化方法和支持向量机技术，优化反演方法，提高反演精度和稳定性，从而达到提高探测精度的目的。

本发明采取的技术方案具体为：一种非降水条件下大气边界层高度探测方法，包括：

S1，获取多组时空匹配的风廓线雷达探测数据与毫米波测云雷达的探测数据，作为支持向量机的训练样本数据；

S2，选择支持向量机的核函数，以样本数据中风廓线雷达探测数据作为支持向量机的输入，毫米波测云雷达的探测数据作为训练参考值，进行训练，得到云识别分类器；

S3，获取多组时空匹配的风廓线雷达的探测数据与探空数据，将风廓线雷达探测数据中的信噪比SNR数据与时空匹配的探空数据H₀，作为样本集合；

S4，选择小波变换时的小波函数，设定小波变换时尺度因子的变化范围以及变化步长，基于S3样本集合的各样本中信噪比SNR数据和小波函数，利用小波变换反演得到对应变化范围内各尺度因子的、各样本对应的反演高度数据；