[发明专利]一种反演雨滴谱的方法及系统

说明书

本发明公开了一种反演雨滴谱的方法及系统，包括：对多普勒谱进行去噪声处理，得到降水信号谱；对所述降水信号谱进行退折叠处理，得到退折叠后的降水信号谱；对所述退折叠后的降水信号谱进行垂直气流订正处理，得到降水速度谱；对所述降水速度谱进行反演，得到雨滴谱。本发明的反演雨滴谱的方法根据实际观测的雨滴谱进行计算得到，不需要事先假设雨滴谱分布函数模型，不依赖于任何经验关系，并且克服MRR只能用于测量垂直气流较小的层状云降雨的情况，提高了MRR反演自然降雨的DSD的准确性。

技术领域

本发明属于大气科学与环境科学技术领域，尤其涉及一种反演雨滴谱的方法及系统。

背景技术

微降水雷达(Micro Rain Radar,简称MRR)是一种垂直指向的调频连续波(FM-CW)多普勒雷达，与脉冲雷达相比，MRR具有更高的灵敏度和时空分辨率。但由于MRR受垂直气流的影响，导致对粒子下落末速度的估计产生偏差，从而影响MRR反演雨滴谱(rain dropsize distribution,简称DSD)的精度，使得MRR在垂直气流较大的对流云降雨中的应用受限。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种反演雨滴谱的方法及系统以解决上述问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种反演雨滴谱的方法，包括：对多普勒谱进行去噪声处理，得到降水信号谱；对所述降水信号谱进行进行退折叠处理，得到退折叠后的降水信号谱；对所述退折叠后的降水信号谱进行垂直气流订正处理，得到降水速度谱；对所述降水速度谱进行反演，得到雨滴谱。

进一步地，所述去噪声处理包括：移除每个距离库内具有最高功率值得的谱，求剩下的谱的平均值(E)的平方和方差(V)的比值r，通过循环递归，直到满足以下条件：

其中，n是原始谱的有效个数；从所述剩下的谱求的平均的值(E)的最大值开始，将呈递减的谱标记为降水信号谱；对呈非递减的谱进行循环递归，直到平均值E比上一次计算的平均值大，标记为降水信号谱。

进一步地，在微降水雷达的10s原始谱中，n取57或58。

进一步地，所述退折叠处理包括：对距离库的谱应用去混叠程序；确定所述距离库的谱的峰值所对应的速度位置；从所述速度位置开始，搜索所述距离库内的谱的起始点；根据所述距离库内的谱的起始点确定所述降水信号谱功率谱的左右端点。

进一步地，对所述退折叠后的降水信号谱进行剔除垂直气流处理包括：确定每个距离库的左右端点，进行所述退折叠处理，得到退折叠后的降水信号谱。

进一步地，所述剔除垂直气流处理包括：根据二维视频雨滴谱仪实测的雨滴谱得到的反射率加权速度为：

其中，vt(D)(m/s)为直径为D(mm)的雨滴的下落末速度，N(D)(mm^-1m^-3)表示单位体积内直径处于D-(D+dD)之间的雨滴个数，σb(D)(mm²)为雨滴的后向散射截面；利用微降水雷达观测的第三个距离库内多普勒速度谱，求解微降水雷达的平均速度：

式中的η(v)是所述退折叠后的降水信号谱的雷达反射率，v为对应的速度档内的平均速度(m/s)；对V_c,MRR与由二维视频雨滴谱仪的V_c,2DVD的速度差超过±0.2m/s的谱进行垂直气流订正，得到降水速度谱。

进一步地，所述反演包括：根据粒子速度和直径关系及雨滴后向散射截面，得到雨滴谱。

根据本发明的另一个方面，提供一种反演雨滴谱的系统，通过采用上述方案任一项所述反演雨滴谱的方法进行雨滴谱反演。