[发明专利]一种雷达回波零度层亮带智能识别预警方法

说明书

本发明公开一种雷达回波零度层亮带智能识别预警方法，该方法以天气雷达资料为主要数据源，对雷达回波零度层亮带进行智能识别和预警，通过3个判定公式以及一系列计算流程，将以往需要由气象业务人员主观分析、判定的业务流程自动化、标准化，对雷达回波零度层亮带的各种潜在特征进行客观且定量地分析，提高了相关业务的实时性和预警的时效性，为相关业务的自动化、智能化开展提供一种新的技术手段。本发明的一种雷达回波零度层亮带智能识别预警方法，利用上一时刻的雷达基数据文件和常规探空观测资料、数值模式资料，对“疑似”或“确定”存在零度层亮带进行细化分区，提高了对雷达回波零度层亮带识别的客观性和准确性。

技术领域：

本发明属于地球科学领域，涉及一种对天气雷达回波所表征出的“零度层亮带”现象进行智能识别、预警的方法，尤其涉及一种雷达回波零度层亮带智能识别预警方法。

背景技术：

“零度层亮带”是天气雷达进行探测时，在雷达回波图像上呈现出的明显的环状或圆弧状图像，该形状区域的回波强度往往高于该区域以外的相邻区域。构成零度层亮带的物理机制主要是：大气中的冰晶、雪花等水凝物在下降过程中穿越0℃高度层时，随着环境温度的上升，水凝物的表面逐步融化，雪花、冰晶等粒子发生碰并的机率增加，粒子逐渐增大，散射作用增强，使得雷达探测到的基本反射率因子陡然上升。当冰晶、雪花等水凝物进一步下降，融化、碰并成水滴，其下降速度进一步增加，而水凝物在空间分布的密度逐步降低，散射作用又迅速减弱，进而在雷达回波图像上表现出亮带特征。

零度层亮带是现代气象学上利用天气雷达进行层状云降水分析的重要依据之一，亮带的出现往往可为大气中不存在强烈对流或湍流活动提供判据，在航空气象监测、预警等应用中具有实践指导意义。同时，亮带也是影响雷达探测数据质量的一个重要因素，由于雷达定量降水估测、定量降水预报，以及利用雷达回波图像进行天气特征的识别、追踪、外推和预报等业务的水平都依赖于雷达基本反射率等数据的准确程度，而零度层亮带附近区域的基本反射率比实际高出很多，如果不做有效处理，由此数据得到的降水量往往会被高估，进而影响了降水等预报的准确性。

在以往的业务中，对于零度层亮带的判别主要依靠气象业务人员的主观分析，分析的方法和指标主要包括基本反射率垂直廓线特征、探空资料中的温、湿、风数值，以及结合雷达径向速度和谱宽等数值的综合分析等。但随着气象观测资料及产品种类的不断丰富，可用的气象数据信息量爆炸式增长，业务人员在有限的时间内已然难以关注到所有的气象产品。因此，由计算机智能高效地识别出雷达回波中的零度层亮带等特征，生成0℃层的空间位置、强度等产品，将具有非常重要的实践意义和应用价值。

发明内容：

为了实现雷达回波零度层亮带的智能识别和预警，本发明提出一种基于雷达基本反射率空间特征分析的判别方法，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种雷达回波零度层亮带智能识别预警方法，包括如下具体步骤：

步骤1：读取一个雷达基数据文件，从该文件中提取基本反射率信息，记为其中，表示雷达探测的仰角，γ[j]∈{γ_min,…,γ_max}表示雷达探测点到雷达中心点的距离，ω[k]∈{ω_min,…,ω_max}表示雷达探测点的方位角；

步骤2：定义一个集合H，将雷达探测区间按垂直高度划分为若干等份，每份垂直高度定义为Alt_N，集合H表示为：

H∈{Alt_min,Alt_min+Alt_N,Alt_min+Alt_N×2,…,Alt_max}

其中，Alt_min和Alt_max分别表示雷达探测的最小垂直高度和最大垂直高度；Alt_N为经验阈值，Alt_N为整数，取值范围为[5,20]；

步骤3)定义数组VA[i]，依次记录与探测点具有相同方位角且位于同一垂线上的探测点的基本反射率数据，其具体步骤为：

步骤3.1)定义数组VA[i]，令中i＝0，j＝0，k＝0，将存储到VA[i]，记为VA[0]；