[发明专利]一种自适应的水凝物反演方法

说明书

本发明自适应的水凝物反演方法根据输入反射率观测，判断其所对应模式层及反射率区间，找到对应的根据模式背景场统计出的各水凝物权重系数，将反射率分配至各水凝物，再根据反演公式反演出水凝物混合比。有益效果：通过统计分析得到研究区域及实际天气形势下，不同高度、不同反射率区间内各水凝物的类型及其贡献，实现随天气形势实时变化的水凝物自适应反演。

技术领域

本发明涉及大气科学技术领域，尤其涉及一种自适应的水凝物反演方法。

背景技术

雨水、雪和霰等水凝物是描述积云尺度大气状态的关键要素之一，它们之间的互相转化、成云致雨过程及其相应的热、动力效应对于对流尺度天气预报来说非常重要。多普勒天气雷达时空分辨率高，能够及时监测对流的发生及位置，观测到对流单体的三维结构和演变过程，包含了丰富的水凝物信息。大量研究表明，通过雷达反射率反演得到云微物理量进而对模式初始场进行调整，可以有效地提高模式对流性天气的短临预报水平。

但反射率是多种水凝物的函数，从一个量(反射率)反演多个量(多种水凝物)的解是不唯一的，因此存在较大困难。目前，大多数水凝物反演方法是首先基于反射率和背景温度判断水凝物主要类型，然后将总反射率按照一定比例分离至各水凝物，再根据Z-q公式计算出其混合比。但首先水凝物类型难以识别，其中用于分类的反射率和温度阈值的经验设定没有一个统一的标准值。很多学者对判定条件进行了补充，但最终还是依赖于经验给定的阈值进行判断，加上目前中国业务上的气象雷达大部分还不是双偏振雷达，这使得水凝物的区分更加困难。其次，当多种水凝物共存时，反射率中各水凝物的贡献也是经验给定的，这意味着复杂多变的天气形势下各水凝物的比例固定不变，这显然是不够合理的。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种自适应的水凝物反演方法：从背景天气场出发，通过统计分析得到研究区域及实际天气形势下，不同高度、不同反射率区间内水凝物的组成及其贡献，最终实现随天气形势实时变化的反射率自适应反演,具体由以下技术方案实现：

所述自适应的水凝物反演方法，包括如下步骤：

步骤1)准备背景场，提取其中的三维温度、雨水混合比、雪混合比、霰混合比及空气密度变量；

步骤2)根据公式(1)计算各模式层各反射率区间所有网格点的空气密度和各水凝物混合比的平均值；

式中，ref_i为背景场中按反射率划分的i个区间，区间设定方式如下：15dBZ以下为ref₁，15-25dBZ为ref₂，25-35dBZ为ref₃，35-45dBZ为ref₄，45dBZ以上为 ref₅；分别为模式第k层在ref_i区间的所有网格点的平均空气密度、平均雨水混合比、平均雪混合比、平均霰混合比，N 为第k层ref_i区间的所有网格点个数；

步骤3)根据公式(2)求取各模式层上各反射率区间三种水凝物的平均反射率，并将三种水凝物的反射率相加得到平均总反射率；

式中，为模式第k层上ref_i区间的平均雨水、干雪、湿雪、霰的反射率，为第k层上ref_i区间的平均总反射率；

步骤4)由公式(3)计算得到各模式层各反射率区间中各水凝物的反射率在总反射率中的贡献，并将此作为一个查找表；

式中分别为第k层ref_i区间内雨水、干雪、湿雪、霰在总反射率中的贡献；