[发明专利]基于辐合面三维重建估算主上升/下沉气流速度的方法

权利要求书

1.一种基于辐合面三维重建估算主上升/下沉气流速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、以多普勒雷达基数据为数据来源进行坐标系转换，并在新坐标系A中各仰角的反射率图上提取高反射率区域，通过高度匹配确定气流场检测范围；步骤如下：

1-1)把各仰角的雷达基数据一一映射到以方位角θ为横坐标、以径向距离r为纵坐标的坐标系A中得到映射后的图像；其中，横坐标以水平向右为正方向，原点处的0°表示正北方向，分辨率为1°，取值范围为0-359°，纵坐标以竖直向下为正方向，表示各点与雷达间的径向距离，原点处的0km表示雷达位置，分辨率为1km，取值范围为0-229km；

1-2)对映射后的图像进行20°的延拓，即把0°～19°区间的数据重用到360°～379°范围内，使最终得到的图像大小为380°×230km；

1-3)在坐标系A下的反射率图中提取反射率高于35dBZ的区域，并从提取区域的边界向外做3～5个像素点的扩充，从而得到各仰角上的高反射率区；

1-4)对不同仰角上的高反射率区域进行匹配，即若不同仰角上的两块高反射率区域的重合面积高于其中小区域面积的60％，则认为两块高反射率区域位于同一气流场；

1-5)将同一气流场的各仰角上的高反射率区域的最大外包矩形作为气流场检测范围，

步骤二、将步骤一中确定的气流场检测范围映射到坐标系A中的径向速度图中，并通过插值得到70张等高的径向速度图，提取正速度区域和负速度区域的公共边界点，并依据方位关系从中提取辐合点，分别绘制主上升气流速度投影图和主下沉气流速度投影图，并记录辐合点的三维坐标；步骤如下：

2-1)将气流场检测范围内的各个仰角的径向速度数据通过线性插值得到高度分辨率为0.25km、水平分辨率为1°×1km的70张等高的径向速度数据图，每张等高的径向速度数据图的高度层信息为h，h＝1,2,...,70；

2-2)在等高的径向速度数据图中，提取所有正速度区域边界和负速度区域边界，从而得到正速度区域和负速度区域的公共边界点，所有的公共边界点中同时满足其上邻域点为正速度且其下邻域点为负速度条件的公共边界点为辐合点；

2-3)在每张等高径向速度图上，将每个辐合点两侧沿径向方向7km范围内的正、负速度的最大值分别沿雷达径向投影到与辐合点对应的方位角上，得到分别携带最大正速度和最大负速度的两条信息带；给信息带赋予高度信息，按照对应的高度投影于二维图中，得到正速度分量最大值的投影图和负速度分量最大值的投影图；

2-4)利用公式(1)计算每个辐合点的三维坐标(x,y,z)；

步骤三、利用步骤二中得到的辐合点的三维坐标(x,y,z)，通过Delaunay三角剖分方法构建三维辐合面；再通过滤波方法平滑所述三维辐合面；

步骤四、计算平滑之后的三维辐合面中每个辐合点位置处的法向量，将每个辐合点处的法向量与z轴单位向量相点乘，得到每个辐合点处的法向量与z轴间夹角，每个辐合点处的辐合面与xoy平面间夹角大小的等于每个辐合点处的法向量与z轴间夹角，从而得到每个辐合点处的辐合面与xoy平面间夹角，即每个辐合点处的辐合面倾角α；

步骤五、将位于同一高度的辐合点计算得到的辐合面倾角进行算数平均计算，以其平均数作为辐合面在该高度处的倾斜角度，将不同高度处的倾斜角度代入公式(2)，

式(2)中，为测量该辐合点处速度信息的雷达射线的仰角，主上升气流速度雷达径向间的夹角及主下沉气流速度与雷达径向间的夹角均为

利用式(2)分别对正速度分量最大值投影图和负速度分量最大值投影图中的速度值v′进行运算，估算出的v即为主上升气流速度和主下沉气流速度。

2.根据权利要求1所述基于辐合面三维重建估算主上升/下沉气流速度的方法，其特征在于，根据得到的主上升气流速度和主下沉气流速度分别绘制主上升气流速度和主下沉气流速度的投影图。