[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

说明书

本发明公开了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，该方法通过建立双偏振参数特征库，将实际观测的双偏振参数与建立的双偏振参数特征库进行匹配，搜索最优匹配的雷达估测降水并动态订正，从而提高雷达定量估测降水准确性。

技术领域

本发明属于大气科学领域，特别涉及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。

背景技术

传统多普勒雷达定量估测降水是基于Z-I关系，Z-I关系(Z＝AI^b)中A、b系数的选择直接决定估测降水的准确率。国内外学者们通过分析地面雨量计资料与雷达反射率数据，得到了多种特定的Z-I关系，有按分类，如区域(具体某省或某市)、季节(夏季或冬季)、云类(对流云或层状云)或降水类型(大陆强对流型或热带降水)等，也有根据数学统计，如动态Z-I关系或回波分段Z-I关系等。

在实际天气过程中，每个体扫的雷达回波都是不可复制的，随着季节、区域、天气条件的不同，加上雨滴的碰并、蒸发、凝结等微物理过程，降水的雨滴谱分布特征随时间和空间的变化而不同，雨滴谱特征的变化决定了Z-I关系中参数A、b的不确定性。尽管部分业务软件中Z-I关系的参数A、b可调，但在每次降水发生前，无论人工或者机器自动确定合适的参数都是非常困难的。

与传统多普勒雷达的Z-I关系相比，双偏振雷达除使用基本反射率子Z_H估测降水外，还可使用差分反射率因子Z_DR、比差分传播相移Kdp等来估测降水。由于降水反射率因子Z与有效照射体积内粒子直径的6次方成正比，因此传统Z-I关系对降水粒子尺寸变化敏感，大雨滴对反射率因子Z的贡献要远远高于小雨滴。而双偏振量Z_DR及Kdp受雨滴谱变化小，从雨滴谱上分析，Z_DR与粒子数浓度N₀无关，它只与不同降水粒子的形状有关，降水粒子下降时接近扁椭球形，其偏心率随等效滴尺度的增大而增加，并且雨滴下落时对称轴是沿垂直方向具有优势定向度的,所以随着雨滴尺度的增大，它的水平和垂直偏振的后向散射截面出现差异；Kdp与N₀成正比，且与不同大小雨滴的比例有关。Z_DR和Kdp从两个不同方面反映了降水粒子的形状、空间取向和相态的变化，其中Z_DR能指示大水滴的聚集区，Kdp对大水滴的数密度很敏感，也就是说能反映云体中的液态水含量。因此，综合水平反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR和比差分传播相移Kdp这三个因子可反映降水粒子在单位体积内的浓度、形状、大小以及相态的变化。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供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，该方法通过建立双偏振参数特征库，将实际观测的双偏振参数与建立的双偏振参数特征库进行匹配，利用水平反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR和比差分传播相移Kdp这三个因子描述降水粒子的变化，动态计算并订正雷达降水估测结果，从而提高雷达定量估测降水准确性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：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，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；