[发明专利]一种基于激光和W波段雷达的海雾有效粒子半径估算方法

说明书

本发明涉及一种基于激光和W波段雷达的海雾有效粒子半径估算方法，属于气象雷达探测技术领域，包括获取探测数据形成第一数据集和第二数据集，根据第二数据集建立估算模型，并对海雾高度范围内的海雾粒子有效半径进行估算，将得到的海雾粒子有效半径作为输入，通过对三种模型设置权重并结合线性插值法得到海雾光学特征参量；将获取的数据作为输入初始数据，结合设置的参数计算得到模拟观测向量并与观测向量对比分析，通过最优估计法估算出海雾粒子有效半径。本发明利用主被动微波辐射计和雷达辐射模型模拟雷达观测，对比分析观测和模拟的差异，对初始值进行调整实现海雾粒子数浓度的估算，通过统计模型和物理模型的反演，使得估算的精度更高。

技术领域

本发明涉及气象雷达探测技术领域，尤其涉及一种基于激光和W波段雷达的海雾有效粒子半径估算方法。

背景技术

海雾是海洋上低层大气中的一种水汽凝结（华）现象，由于水滴或冰晶的大量积聚，使得水平能见度严重降低；海雾所引起的能见度严重下降不仅会对船舶航行、海洋作业造成影响，同时也对沿海地区人民的生活带来诸多不便；据统计海上船舶之间的碰撞事故中80%是因海雾导致的能见度低所引起的，海雾中的盐分对建筑物的侵蚀也是不可忽视的。因此，海雾的观测和预警对海上和沿海地区的交通和渔业十分有意义。值得注意的是，海雾粒子的微物理特性，如粒子浓度、粒子有效半径等对海雾的形成和发展至关重要，故对海雾粒子浓度的反演是海雾准确观测及预警的关键。

目前，对海雾的观测和预警方面，在沿海地区常采用人工目测，即以离测站一定距离的固定参照物为背景，以该物是否能见作为确定能见度的标准，这种观测方式主观影响大，准确度较差。此外，利用海上布设的少量能见度仪也可进行海雾的观测，同时也有利用被动卫星遥感数据来对海雾进行识别与观测，但这两种方法共同的不足为观测的空间分辨率及时间分辨率稍差。因此以上海雾探测技术均无法准确地获取海雾的微物理特征参量。由于激光雷达和毫米波主动雷达对云雾粒子灵敏度高，能够穿透云层、气溶胶等大气目标物，且雷达探测本身具备很好的时空分辨率特性，因此近年来多利用这些主动雷达对海雾进行观测。虽然这些主动雷达能够较准确的探测海雾的水平和垂直回波结构，但对海雾的粒子数浓度和粒子有效半径等微物理特征参量只能依靠反演算法来实现，故反演的效率不高且结果的准确性与设计算法的性能关系密切，从而导致结果的稳定性较差。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于激光和W波段雷达的海雾有效粒子半径估算方法，解决了现有海雾有效粒子半径估算方法的不足。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于激光和W波段雷达的海雾有效粒子半径估算方法，所述估算方法包括：

步骤一、获取GRAPES的大气温度、湿度、风速和海水温度数据形成第一数据集，并根据第一数据集形成第二数据集，将第二数据集作为估算因子逐个输入到线性回归模型中，得到最优估算因子，进而建立估算模型；

步骤二、基于估算模型对海雾高度范围内的海雾粒子有效半径进行估算，将得到的海雾粒子有效半径作为输入，通过对三种模型设置权重并结合线性插值法得到激光和W波段的海雾光学特征参量；

步骤三、将获取的GRAPES的大气温度、湿度、风速、海水温度、海雾粒子有效半径以及海雾光学特征参量作为输入初始数据，结合设置的参数计算得到激光和W波段雷达的模拟观测向量，对比分析观测向量和模拟观测向量的差异，并通过最优估计方法进行多次迭代调整后估算出海雾粒子有效半径。

所述步骤一具体包括以下内容：