一种三维风场的气象探测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种三维风场的气象探测方法及系统，该气象探测方法包括：每部相控阵天气雷达根据接收的模式探测指令同时对所述等边三角形的探测区域进行扫描；将扫描获取的强度数据和速度数据发送给控制处理中心；再将强度数据进行融合，得到反射率因子，同时将速度数据进行矢量合成，得到速度矢量场；根据反射率因子和速度矢量场，确定三维风场；在三维风场中探测出发生微下击暴流的位置。还涉及一种系统，该系统包括：三部相控阵天气雷达、控制处理中心。通过本发明专利技术搭建等边三角形探测区域，天气雷达探测区域进行协同探测获取数据，实现了对观测空间范围内的全空域气象目标的精细探测，生成更加精确的三维风场大幅提高现有气象观测水平。

A method and system for the meteorological detection of a three-dimensional wind field

The invention relates to a three-dimensional wind field meteorological detection method and system, including the meteorological detection method: every phased array weather radar based on the received instruction mode detection to the detection area and the equilateral triangle scan; scanning intensity and speed data acquisition control and processing center to send the fusion strength; the data obtained at the same time, reflectivity, velocity vector data synthesis, velocity vector field; according to the reflectivity and velocity vector field, to determine the three-dimensional wind field; in the three-dimensional wind field to detect occurrence of microburst position. It also involves a system that includes three phased array weather radar and control processing center. The invention builds an equilateral triangle detection area, collaborative data detection of regional weather radar detection and fine detection to achieve full spatial meteorological targets to observation space within the scope of the 3D wind field is more accurate to significantly improve the existing level of meteorological observation.

【技术实现步骤摘要】
一种三维风场的气象探测方法及系统
本专利技术属于天气雷达探测领域，尤其涉及一种三维风场的气象探测方法及系统。
技术介绍
天气雷达是一种能有效观测各种强天气现象的有效工具，但传统天气雷达存在如下不足：①由于地球曲率的影响，天气雷达在较远距离观测时对近地层云雨目标的观测受到限制，同时，仰角30度以上没有探测资料，且近距离存在大量探测空白区；②现有雷达采用机械旋转扫描，波束扫描速度较慢，完成一次体扫的时间在6分钟左右，时间分辨率低，难以捕获快速生成和发展的小尺度天气现象(如龙卷和下击气象等)；③目前多普勒天气雷达虽然有获取径向速度的能力，但径向速度只是云雨粒子运动速度在雷达电磁波传播方向上的一个分量，没有完整的三维速度信息；④多普勒天气雷达组成的探测网，3个相邻雷达共同重叠探测区域约为5％，重叠区域的雷达探测采样体积不大，并且同一空间位置不同雷达获取资料时间相差数分钟，用这种资料合成的速度矢量可信度很低。因此，现有的观测方法损失了空间上的气象目标信息，尤其对于快速变化的风场、微下击气象等气象目标，无法及时地获取观测范围内完整空间的气象目标信息，造成气象数据获取率降低，数据质量下降，不能充分满足气象研究、气象保障等应用需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：现有的观测方法损失了空间上的气象目标信息，尤其对于快速变化的风场、微下击气象等气象目标，无法及时地获取观测范围内完整空间的气象目标信息，造成气象数据获取率降低，数据质量下降，不能充分满足气象研究、气象保障等应用需求。为解决上面的技术问题，本专利技术提供了一种三维风场的气象探测方法，该气象探测方法包括：S1，安置在等边三角形的探测区域的三个顶点处的每部相控阵天气雷达根据接收的模式探测指令同时对所述等边三角形的探测区域进行扫描；S2，每部所述相控阵天气雷达将扫描获取强度数据和速度数据发送给控制处理中心；S3，所述控制处理中心将三部天气雷达的所述强度数据进行融合，得到反射率因子，同时将所述速度数据进行矢量合成，得到速度矢量场；S4，根据所述反射率因子和所述速度矢量场，确定三维风场；S5，根据速度风场的突变属性，在所述三维风场中探测出发生微下击暴流的位置。本专利技术的有益效果：通过上述的方法，利用3部相控阵天气雷达对等边三角形探测区域进行协同探测获取数据，实现了对观测空间范围内的全空域气象目标的精细探测，生成更加精确的三维风场，可有效地获取观测范围内全空域的三维风场信息，同时在该三维风场中可以有效地监测微下击暴流现象，大幅提高现有气象观测水平，并且满足气象研究、气象保障等应用需求。进一步地，所述模式探测指令包括：强回波三维探测模式和三维探测模式。进一步地，步骤S1中包括：当接收的是强回波三维探测模式指令时，每部所述相控阵天气雷达在垂直方向上同时采用14个接收波束扫描方式和在水平方向上采用机械扫描方式对所述等边三角形的探测区域进行扫描；其中，每部所述天气雷达在所述垂直方向上每次覆盖22.4度仰角，分4次完成89.6度仰角扫描，每部所述相控阵天气雷达在所述水平方向上以天线旋转速度40度/秒，完成60度方位扫描。进一步地，步骤S1中包括：当接收的是三维探测模式时，每部所述相控阵天气雷达在垂直方向上同时采用5个接收波束扫描方式和在水平方向上采用机械扫描方式对所述等边三角形的探测区域进行扫描；其中，每部所述相控阵天气雷达在所述垂直方向上是每次覆盖8度仰角，分11次完成88度仰角扫描，每部所述天气雷达在所述水平方向上以天线旋转速度10度/秒，完成60度方位扫描。进一步地，所述S3中所述控制处理中心将所述强度数据进行融合，得到反射率因子具体为：所述控制处理中心取三部相控阵天气雷达的所述强度数据的平均值，将所述平均值作为所述反射率因子。本专利技术还涉及一种三维风场的气象探测系统，该气象探测系统包括：三部相控阵天气雷达、控制处理中心；其中所述三部相控阵天气雷达分别安置在一个等边三角形的探测区域的三角形顶点处；所述相控阵天气雷达，采用相控阵、数字多波束体制，用于根据接收的模式探测指令，同时对所述等边三角形的探测区域进行快速扫描；且将扫描获取的强度数据和速度数据发送给所述控制处理中心；所述控制处理中心，用于给所述相控阵天气雷达发送所述模式探测指令；且还用于将三部相控阵天气雷达的所述强度数据进行融合，得到反射率因子，同时将所述速度数据进行矢量合成，得到速度矢量场；还用于根据所述反射率因子和所述速度矢量场，确定三维风场；还用于根据速度风场的突变属性，在所述三维风场中探测出发生微下击暴流的位置。本专利技术的有益效果：通过上述的系统，利用3部相控阵天气雷达对等边三角形探测区域进行协同探测获取数据，实现了对观测空间范围内的全空域气象目标的精细探测，生成更加精确的三维风场，可有效地获取观测范围内全空域的三维风场信息，同时在该三维风场图中可以有效地监测微下击暴流现象，大幅提高现有气象观测水平，并且满足气象研究、气象保障等应用需求。进一步地，所述模式探测指令包括：强回波三维探测模式和三维探测模式。进一步地，当接收的是强回波三维探测模式指令时，所述相控阵天气雷达，具体用于在垂直方向上同时采用14个接收波束扫描方式和水平方向上采用机械扫描方式对所述等边三角形的探测区域进行扫描；其中，每部所述相控阵天气雷达在所述垂直方向上是每次覆盖22.4度仰角，分4次完成89.6度仰角扫描，每部所述天气雷达在所述水平方向上以天线旋转速度40度/秒，完成60度方位扫描。进一步地，当接收的是三维探测模式时，所述相控阵天气雷达，具体用于在垂直方向上同时采用5个接收波束扫描方式和在水平方向上采用机械扫描方式对所述等边三角形的探测区域进行扫描；其中，每部所述相控阵天气雷达在所述垂直方向上是每次覆盖8度仰角，分11次完成88度仰角扫描，每部所述天气雷达在所述水平方向上以天线旋转速度10度/秒，完成60度方位扫描。进一步地，所述控制处理中心，具体用于取三部相控阵天气雷达的所述强度数据的平均值，将所述平均值作为所述反射率因子。附图说明图1为本专利技术的一种三维风场的气象探测方法的流程图；图2为本专利技术的一种三维风场的气象探测系统的示意图；图3为本专利技术实施例一种三维风场的气象探测方法的示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术实施例中提供的是一种三维风场的气象探测方法，该气象探测方法包括：S1，安置在等边三角形的探测区域的三个顶点处的每部相控阵天气雷达根据接收的模式探测指令同时对所述等边三角形的探测区域进行扫描；S2，每部所述相控阵天气雷达将扫描获取的强度数据和速度数据发送给控制处理中心；S3，所述控制处理中心将三部相控阵天气雷达的所述强度数据进行融合，得到反射率因子，同时将所述速度数据进行矢量合成，得到速度矢量场；S4，根据所述反射率因子和所述速度矢量场，确定三维风场；S5，根据速度风场的突变属性，在所述三维风场中探测出发生微下击暴流的位置。需要说明的是，如图3所示，在本实施例中是先根据需要探测的地方，搭建一个等边三角形的探测区域，在该等边三角形的每个顶点处都安置一部相控阵天气雷达，每部雷达均是X波段相控阵天气雷达，在三个角处即a、b、c，每部雷达采用相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维风场的气象探测方法，其特征在于,该气象探测方法包括：S1，安置在等边三角形的探测区域的三个顶点处的每部相控阵天气雷达根据接收的模式探测指令同时对所述等边三角形的探测区域进行扫描；S2，每部所述相控阵天气雷达将扫描获取的强度数据和速度数据发送给控制处理中心；S3，所述控制处理中心将三部相控阵天气雷达的所述强度数据进行融合，得到反射率因子，同时将所述速度数据进行矢量合成，得到速度矢量场；S4，根据所述反射率因子和所述速度矢量场，确定三维风场；S5，根据速度风场的突变属性，在所述三维风场中探测出发生微下击暴流的位置。

【技术特征摘要】
1.一种三维风场的气象探测方法，其特征在于,该气象探测方法包括：S1，安置在等边三角形的探测区域的三个顶点处的每部相控阵天气雷达根据接收的模式探测指令同时对所述等边三角形的探测区域进行扫描；S2，每部所述相控阵天气雷达将扫描获取的强度数据和速度数据发送给控制处理中心；S3，所述控制处理中心将三部相控阵天气雷达的所述强度数据进行融合，得到反射率因子，同时将所述速度数据进行矢量合成，得到速度矢量场；S4，根据所述反射率因子和所述速度矢量场，确定三维风场；S5，根据速度风场的突变属性，在所述三维风场中探测出发生微下击暴流的位置。2.根据权利要求1所述的气象探测方法，其特征在于，所述模式探测指令包括：强回波三维探测模式和三维探测模式。3.根据权利要求2所述的气象探测方法，其特征在于，步骤S1中包括：当接收的是强回波三维探测模式指令时，每部所述相控阵天气雷达在垂直方向上同时采用14个接收波束扫描方式和在水平方向上采用机械扫描方式对所述等边三角形的探测区域进行扫描；其中，每部所述天气雷达在所述垂直方向上每次覆盖22.4度仰角，分4次完成89.6度仰角扫描，每部所述天气雷达在所述水平方向上以天线旋转速度40度/秒，完成60度方位扫描。4.根据权利要求2所述的气象探测方法，其特征在于，步骤S1中包括：当接收的是三维探测模式时，每部所述相控阵天气雷达在垂直方向上同时采用5个接收波束扫描方式和在水平方向上采用机械扫描方式对所述等边三角形的探测区域进行扫描；其中，每部所述天气雷达在所述垂直方向上是每次覆盖8度仰角，分11次完成88度仰角扫描，每部所述天气雷达在所述水平方向上以天线旋转速度10度/秒，完成60度方位扫描。5.根据权利要求1-4任一所述的气象探测方法，其特征在于，所述S3中所述控制处理中心将所述强度数据进行融合，得到反射率因子具体为：所述控制处理中心取三部天气雷达的所述强度数据的平均值，将所述平均值作为所述反射率因子。6.一种三维风场的气象探测系...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔龙时，魏艳强，王志锐，冯凯，
申请(专利权)人：北京无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11