[发明专利]基于双偏振参数特征库匹配的雷达动态定量估测降水方法

权利要求书

1.一种基于双偏振参数特征库匹配的雷达动态定量估测降水方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：合成混合体扫数据

首先使用最低四层的反射率因子形成混合体扫，以保证取得的数据最接近地面降水的反射率因子，在距雷达0-20Km范围内使用3.4°仰角，20-35Km采用2.4°仰角，35-50Km采用1.5°仰角，50-230Km采用0.5°仰角；双偏振参数Z_DR和Kdp用同样的方法获得混合体扫数据；

步骤S2：构建双偏振参数特征数据库

提取历史双偏振雷达资料的水平反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR和比差分传播相移Kdp这三个因子以及对应的雨量计实测G构建双偏振参数特征数据库；

步骤S3：计算双偏振参数及雨量偏差

计算数据库中所有相邻体扫的双偏振特征参数差值，以及对应时间段内的雨量计实测G差值，如下，双偏振参数估测偏差值Δ定义为T2时刻体扫与T1时刻体扫的雨量差值：

ΔR_ZH＝R_ZH2-R_ZH1

ΔR_ZDR＝R_ZDR2-R_ZDR1

ΔR_Kdp＝R_Kdp2-R_Kdp1

ΔG＝G₂-G₁

步骤S4：建立数学模型

剔除不符合规范的数据对，然后将雨量偏差ΔG与3个参数偏差值ΔR_ZH、ΔR_ZDR、ΔR_Kdp建立非线性函数数学模型

ΔG＝f(ΔR_ZH，ΔR_ZDR，ΔR_Kdp；a₁，a₂，a₃)+θ

其中，ΔG为因变量，ΔR_ZH、ΔR_ZDR、ΔR_Kdp为自变量，a₁、a₂、a₃为模型参数，θ为扰动项，f()为非线性函数；

步骤S5：统计双偏振参数非线性函数集

对各体扫数据，利用泰勒级数展开式，将模型展开为泰勒级数，进行逐次线性逼近，通过最小二乘法计算得到一组最优参数a_i、b_i、c_i，得到各体扫时间序列的非线性函数集：

{f(ΔR_ZH1，ΔR_ZDR1，ΔR_Kdp1；a₁、b₁、c₁)_t1、f(ΔR_ZH2，ΔR_ZDR2，ΔR_Kdp2；a₂、b₂、c₂)_t2、f(ΔR_ZH3，ΔR_ZDR3，ΔR_Kdp3；a₃、b₃、c₃)_t3…}

步骤S6：统计双偏振参数估测偏差数据集

对雷达扫描范围内所有自动站点，根据非线性函数模型f()，可得到历史各体扫时间序列的估测差数据集{ΔG₁、ΔG₂、ΔG₃...}_t1、{ΔG₁、ΔG₂、ΔG₃...}_t2、{ΔG₁、ΔG₂、ΔG₃...}_t3...，其中t1、t2、t3...表示体扫时间序列，ΔG_i表示一个体扫内自动站点上空的双偏振参数估测偏差值；

步骤S7：特征参数入库

①双偏振雷达水平反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR和比差分传播相移Kdp入库；

②所有雨量计实测G入库；

③双偏振参数非线性函数集入库；

④双偏振参数估测偏差数据集入库；

步骤S8：动态匹配双偏振参数特征库

计算当前体扫与前一个体扫的双偏振参数偏差值ΔR_ZH、ΔR_ZDR、ΔR_Kdp，并与建立的双偏振参数特征库进行匹配，按最佳判别函数CTF，可在特征库中搜索匹配与当前体扫的双偏振参数变化最接近的最优体扫序列；

最佳判别函数CTF：

其国，ΔRxi表示双偏振参数特征库中参数偏差值，ΔRx′表示当前双偏振参数偏差值，N表示体扫个数；

步骤S9：实时估测订正雷达估测降水

根据动态匹配结果，得到最优匹配体扫的雨量计实测资料Gi以及非线性函数f()，通过建立的数据模型求解，得到当前体扫双偏振参数估测偏差数据集{ΔG_i}，则当前体扫的雷达估测降水为

Ri＝Gi+ΔG_i

其中，Ri表示自动站i对应的雷达估测降水。