[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

说明书

本发明公开了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，所述方法包括以下步骤：首先，将多普勒雷达基数据进行坐标系转换，在新坐标系A中先通过反射率图确定气流场检测范围并映射到径向速度图中，再插值得到70层等高的径向速度图，从中提取辐合点，绘制主上升、下沉气流速度投影图并计算辐合点的三维坐标；然后，利用Delaunay三角剖分方法构建三维辐合面，利用几何关系计算辐合面上每个辐合点处的辐合面倾角；利用此倾角对主上升、下沉气流速度进行订正。本方法实现了基于辐合面三维重建估算主上升/下沉气流速度，促进了对流天气灾害识别预报的精细化和科学化。

技术领域

本发明涉及气象学领域，特别涉及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。

背景技术

多年来，通过对强雷暴垂直气流的探测与分析，气象学家普遍认为强雷暴结构是以强烈的垂直气流场为主体的，它的生消直接影响着云体的存亡。强雷暴云体一般是由两个相互影响的垂直上升气流和下沉气流系构成，它们都是有组织且连续的，所以可以在一段时间内持续地影响云体^[1]。该垂直气流场的倾斜性特点使得多普勒雷达探测射线能够捕获气流的运动分量，并在多普勒雷达不同仰角的径向速度图中表现为连续的辐合线，连续仰角下的相关辐合线形成辐合面，因此，通过辐合面的三维重建可以初步描绘出气流场中垂直气流的发展阶段，有利于辅助预报员发现更多判据，提高预报准确率，降低预报难度，丰富二维的雷达图像的信息量。

三角剖分是计算几何中的重要研究课题，被广泛地应用于曲面重构、医学可视化、计算机图形图像处理等领域^[2,^3]。它可以将散乱的点云数据剖分为一系列三角形网格，其中最常用的三角剖分技术为Delaunay三角剖分^[4,^5](Delaunay Triangulation,DT)。

[参考文献]

[1]王昂生，徐乃璋.强雷暴垂直气流探测[J].气象，1978(01)：26～29.

[2]周佳文，薛之昕，万施.三角剖分综述[J].计算机与现代化，2010(7):75～78.

[3]周知.三角剖分算法研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2007.

[4]吴莉莉.Delaunay三角剖分的几种算法综述[J].科技信息，2011(28)：119～120.

[5]李丽.三维空间Delaunay三角剖分算法的研究及应用[D].大连：大连海事大学， 2010.

发明内容

本发明提供了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，本方法能依据多普勒雷达基数据重建出强对流系统中的三维辐合面，同时计算辐合面倾角，并以此为基础估算主上升、下沉气流速度，促进对流天气灾害识别预报的精细化和科学化。

为了解决上述技术问题，本发明提出的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，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为横坐标、以径向距离为纵坐标的坐标系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；