[发明专利]基于地基微波辐射计反演云中水汽相变过程的方法和装置

说明书

一种基于地基微波辐射计反演云中水汽相变过程的方法和装置，方法包括获取地基微波辐射计垂直探测目标区的实测数据，完成数据一致性检查；利用实测数据和云阈值识别混合相态云区和计算出气压廓线；利用实测数据结合计算出的气压廓线，计算出云中各个水汽压廓线；利用水汽相变模型，反演云中水汽相变过程。本发明弥补了目前双偏振雷达因信噪比低难以准确识别粒子相态和卫星只能识别云顶水云和冰云相态的问题，能有效得出目标区混合相态云中水汽随时间和空间的一个相变过程，反映出云中水汽的固态、液态和气态之间平衡收支的动态变化趋势，特别适用于降水相态预测预报、分析云微物理演变特征以及确定人工增雨(防雹)播云部位和选择合适的作业时机。

技术领域

本发明涉及一种反演云中水汽相变过程的方法，具体是一种基于地基微波辐射计反演云中水汽相变过程的方法，本发明还涉及反演云中水汽相变过程所用的装置，具体是一种基于地基微波辐射计反演云中水汽相变过程用的装置。本发明属于大气物理和气象领域。

背景技术

水汽相变过程描绘了空中云和降水形成、发展和演化趋势。混合态降水常常引发恶劣天气，例如：暴雨、冰雹、雷雨大风等强对流天气和暴雪、冻雨引发的路面积水、结冰和低能见度事件对汽车、火车和飞机等交通运输行业来说是极其危险的，因此，对它们的临近预报和预警显得非常重要。在高水平比赛项目如夏季和冬季奥运会、世界足球比赛等，由混合态降水引发的恶劣天气时常会影响比赛结果。经过大量的飞机观测资料分析发现在温度从0℃到-20℃，大约40％的时间都有混合相(固态和液态)云粒子存在的。但是具体来观测这种变化是非常困难，需要仪器有足够高的灵敏度，在云粒子尺度下每隔几分钟进行采样观测。如果在实验室里，通常是建立关于云中水汽相变的种种概念假设，在受控环境中进行复杂的实验。然而在自然云，因为无线电探空仪、机载设备和气象雷达本身的局限性，都不足以对这些概念假设提供可靠的实证证据。

目前还没有发现用观测资料反演云中水汽相变过程的方法，但发现有人利用双偏振雷达探测的多个参数来识别回波中粒子相态，存在目前双偏振雷达因质量不高导致信噪比低难以准确识别回波中粒子相态，还有人利用卫星识别云顶相态，只可以区分出云顶的水云和冰云，不过没有看到云中水汽的固态、液态和气态之间平衡收支的动态变化趋势，不能充分反映出混合相态云中水汽相变过程。

发明人在研究中发现，利用微波辐射计有利于分析灾害性天气过程中对流层快速变化的热力学信息，且能通过其微小尺度(中尺度)现象的温湿度变化能反演出云中水汽相态变化趋势，连同获得从对流层低层到高层的风数据(如风廓线雷达)，将大大有利于混合态降水引发灾害性天气的临近预报和预警服务。

发明人检索到以下相关专利文献：CN103792538A公开了一种基于地基高光谱微波辐射计的大气廓线反演方法，属于微波遥感技术领域。本方法包括以下步骤：设置地基微波辐射计的系统参数；获取背景参数以及背景场误差；建立辐射传输模型，确定大气辐射传输亮温；利用变分方法的迭代过程反演大气廓线。利用它可以通过地基高光谱微波辐射计得到精确反演的大气廓线，特别适用于多通道辐射计和先验数据不足的探测情况，能够完整地利用高光谱辐射计提供的大量频段信息，具有较强的适用性和较小的探测误差。CN103278479A公开了一种大气辐射传输修正系统及修正方法，包括有温度湿度廓线探测系统、气溶胶廓线探测系统、地面大气参数测量系统、总控计算机，温度湿度廓线探测系统包括有地基微波辐射计，地基微波辐射计的信号输出端连接有计算机一；气溶胶廓线探测系统包括有微脉冲激光雷达，微脉冲激光雷达的信号输出端连接有计算机二；地面大气参数测量系统包括有自动气象站、能见度仪、雨量感应器，自动气象站、能见度仪、雨量感应器的信号输出端共同接入计算机三；各计算机分别通过网线连接路由器，总控计算机内安装有大气光学参数控制软件、大气透过率计算软件，计算测量设备所关心的各个波段的平均透过率。

以上技术对于本发明如何能够有效反演云中水汽相变过程，并未给出具体的指导方案。

发明内容