一种X波段气象雷达与雨量站数据融合方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了X波段气象雷达与雨量站数据融合方法及系统，该方法包括：获取气象雷达整个探测区域所覆盖的雨量站测量的雨量站雨量数据；获取气象雷达生成的雷达回波强度数据，将雷达回波强度数据进行格点化处理，得到格点回波强度数据；将格点回波强度数据反演为格点雨强数据，并通过线性平均累积法获得在整个降雨过程中的原始格点雨量数据；以格点为中心，搜索一定范围内的雨量站，根据该格点与搜索到的雨量站之间的距离计算该格点的距离权重系数；结合距离权重系数，将该格点通过雨量站测量的雨量站雨量数据融合至该格点的原始格点雨量数据中，得到该格点融合后的格点雨量数据。本发明专利技术利用距离权重系数融合方法，提高了区域降水量估测精度。

A data fusion method and system for X band weather radar and rainfall station

The invention discloses a method and system for data fusion of X-band meteorological radar and rainfall station. The method includes acquiring rainfall station data measured by rainfall station covered by the whole detection area of meteorological radar, acquiring radar echo intensity data generated by meteorological radar, gridding radar echo intensity data and obtaining radar echo intensity data. Lattice echo intensity data; invert the lattice echo intensity data into lattice rainfall intensity data, and obtain the original lattice rainfall data in the whole rainfall process through the linear average cumulative method; take the lattice as the center, search a certain range of rainfall stations, and calculate the lattice according to the distance between the lattice and the searched rainfall stations. Combined with distance weight coefficient, the grid point rainfall data measured by the rainfall station is fused to the original grid point rainfall data of the grid point, and the grid point rainfall data after fusion is obtained. The invention improves the accuracy of regional precipitation estimation by using distance weighting coefficient fusion method.

【技术实现步骤摘要】
一种X波段气象雷达与雨量站数据融合方法及系统
本专利技术涉及多气象要素融合处理
，具体涉及一种X波段气象雷达与雨量站数据融合方法。
技术介绍
X波段气象雷达作为气象探测新型主动遥感设备，具有实时估测其探测范围内各点的降水回波强度以及一定区域内降水范围分布的能力，因此可以及时获得空间连续性较好、范围较大的定量降水资料。X波段雷达在探测局地天气过程时，降水信息的空间分辨率和连续性均好于S和C波段天气雷达。因此，对于监测区域内的中小河流洪水、城市内涝、地质灾害等预警预报均有重大意义。雷达在测雨过程时，降雨对电磁波存在着一定的衰减效应，雷达波长越小，其衰减越严重。X波段雷达衰减最大，C波段次之，S波段雷达最小。因此，X波段气象雷达需要进行衰减订正，提高区域降水量精度。以气象雷达天线位置为中心，在气象雷达探测区域内同时分别布设了3台激光雨滴谱仪。天气过程经过雨滴谱仪上空时，雨滴谱仪便实时采集了降水数据，通过逐库法对雷达回波强度进行了衰减订正和Z-R关系拟合。通过雨滴谱仪数据的衰减订正，在一定程度上缓解了衰减造成的低估，但是还存在着一定的系统和局部误差。在特殊情况下，如降水天气过程不经过雨滴谱仪或采集的数据量较少、网络出现故障、雨滴谱仪数据无法传送等；软件采用默认参数的进行衰减订正和Z-R关系拟合。由于降水滴谱类型随时间和空间的变化有很大不同，采用默认参数的雷达回波强度衰减订正和Z-R关系会引入较大的误差。利用气象雷达数据进行降水估测，能得到高分辨率、空间结构连续的面降水量，但是降水估测的精度偏低。雨量站作为地面单点的观测设备，能观测到单点高精度的雨量数据。因此，通过较好的方法将气象雷达和雨量站数据进行融合，能大幅提高降水估测的精度。目前气象业务中常用的数据融合方法，主要包括最优插值法、平均法等。此类方法能一定程度提高降水估测的精度，同时也存在很多缺点：不同的降水类型，数据融合后降水估测精度不稳定和精度提升不大，数据融合后的降水空间结构不合理等，而且此类方法多数用于S和C波段的气象雷达中，并没有在X波段气象雷达中使用。作为短时临近预报参考信息，气象预报预警模式的输入信息、误差较大的面降水量均严重影响了预警预报的精度。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种X波段气象雷达与雨量站数据融合方法，提高了区域降水量估测精度。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种X波段气象雷达与雨量站数据融合方法，其包括如下步骤：获取在整个降雨过程中气象雷达整个探测区域所覆盖的雨量站测量的雨量站雨量数据；获取在整个降雨过程中气象雷达生成的雷达回波强度数据，将雷达回波强度数据进行格点化处理，得到格点回波强度数据；将格点回波强度数据反演为格点雨强数据，并通过线性平均累积法获得在整个降雨过程中的原始格点雨量数据；所有原始格点雨量数据形成整个探测区域在整个降雨过程中的原始雷达雨量数据；以格点为中心，搜索一定范围内的雨量站，根据该格点与搜索到的雨量站之间的距离计算该格点的距离权重系数；结合距离权重系数，将该格点通过雨量站测量的雨量站雨量数据融合至该格点的原始格点雨量数据中，得到该格点融合后的格点雨量数据；所有融合后的格点雨量数据形成整个探测区域在整个降雨过程中的融合后的雷达雨量数据。进一步地，获取雨量站雨量数据后，数据融合方法还包括将雨量站雨量数据进行质量控制的步骤；以及，获取雷达回波强度数据后，在进行格点化处理前，数据融合方法还包括将雷达回波强度数据进行质量控制的步骤。进一步地，通过消除非气象回波对雷达回波强度数据进行质量控制；和/或，通过剔除无降水数据和异常降水数据对雨量站雨量数据进行质量控制。进一步地，将雷达回波强度数据转化为原始格点雨量数据具体包括：将雷达回波强度数据格点化处理得到格点回波强度数据后，格点回波强度数据通过公式(1)反演为格点雨强数据；采用线性平均累计法，通过公式(2)，将整个降雨过程中每个格点的格点雨强数据进行累积，得到格点在整个降雨过程中的原始格点雨量数据；Zi(n)＝ARi(n)b(1)其中，i为雷达回波强度数据中的第i个格点；n为整个降雨过程中第n个时刻；A和b为雨滴谱仪Z-R关系拟合系数；Zi(n)为第n个时刻雷达回波强度数据中第i个格点的格点回波强度数据，单位dBZ；Ri(n)为第n个时刻雷达回波强度数据中第i个格点的格点回波强度数据经反演得到的格点雨强数据，单位mm/h；t为气象雷达进行PPI扫描并生成单个雷达回波强度数据的时间；N为整个降雨过程中雷达探测并生成的雷达回波强度数据文件的个数；RCi为第i个格点在整个降雨过程中的原始格点雨量数据。进一步地，距离权重系数的计算方法包括：获取格点和雨量站的经纬度，根据格点的经纬度和雨量站的经纬度，进行同一地理位置的配对，并形成气象雷达-雨量站数据对；以格点为中心，在搜索半径为r0的范围内，搜索气象雷达和雨量站均有值的气象雷达-雨量站数据对，气象雷达和雨量站均有值的气象雷达-雨量站数据对为需要融合的气象雷达-雨量站数据对，该需要融合的气象雷达-雨量站数据对所对应的格点为需要融合的格点；根据公式(3)计算需要融合的格点的距离权重系数：其中，H为第i个格点对应的需要融合的气象雷达-雨量站数据对的总数量；h为第i个格点对应的H个需要融合的气象雷达-雨量站数据对中第h个气象雷达-雨量站数据对；Wih为第i个格点在第h个气象雷达-雨量站数据对中的距离权重系数；dh为第i个格点的需要融合的气象雷达-雨量站数据对中雨量站与该格点之间的距离；c为距离权重系数的修正系数。进一步地，根据气象雷达-雨量站数据对中气象雷达与雨量站的雨量差值和对应格点的距离权重系数，以及对应格点的原始格点雨量数据，计算并得到该格点融合后的格点雨量数据。进一步地，通过气象雷达的天线经纬度、天线扫描仰角以及雷达回波强度数据与天线之间的距离计算并获取格点经纬度。本专利技术还提供了一种X波段气象雷达与雨量站数据融合系统，其包括：第一数据获取模块，用于获取在整个降雨过程中气象雷达整个探测区域所覆盖的雨量站测量的雨量站雨量数据；第二数据获取模块，用于获取在整个降雨过程中气象雷达生成的雷达回波强度数据；数据计算模块，用于将雷达回波强度数据进行格点化处理，得到格点回波强度数据；将格点回波强度数据反演为格点雨强数据，并通过线性平均累积法获得在整个降雨过程中的原始格点雨量数据；所有原始格点雨量数据形成整个探测区域在整个降雨过程中的原始雷达雨量数据；数据融合模块，用于以格点为中心，搜索一定范围内的雨量站，根据该格点与搜索到的雨量站之间的距离计算该格点的距离权重系数；结合距离权重系数，将该格点通过雨量站测量的雨量站雨量数据融合至该格点的原始格点雨量数据中，得到该格点融合后的格点雨量数据；所有融合后的格点雨量数据形成整个探测区域在整个降雨过程中的融合后的雷达雨量数据。进一步地，其还包括质量控制模块，用于获取雨量站雨量数据后，对雨量站雨量数据进行质量控制；以及，用于获取雷达回波强度数据后，在进行格点化处理前，对雷达回波强度数据进行质量控制。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术提供了气象雷达回波强度与雨量站雨量数据融合的方法，利用距离权重系数融合方法，提高了区域降水量估测精度。经过实际的数据对比分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种X波段气象雷达与雨量站数据融合方法，其特征在于，其包括如下步骤：获取在整个降雨过程中气象雷达整个探测区域所覆盖的雨量站测量的雨量站雨量数据；获取在整个降雨过程中气象雷达生成的雷达回波强度数据，将雷达回波强度数据进行格点化处理，得到格点回波强度数据；将格点回波强度数据反演为格点雨强数据，并通过线性平均累积法获得在整个降雨过程中的原始格点雨量数据；所有原始格点雨量数据形成整个探测区域在整个降雨过程中的原始雷达雨量数据；以格点为中心，搜索一定范围内的雨量站，根据该格点与搜索到的雨量站之间的距离计算该格点的距离权重系数；结合距离权重系数，将该格点通过雨量站测量的雨量站雨量数据融合至该格点的原始格点雨量数据中，得到该格点融合后的格点雨量数据；所有融合后的格点雨量数据形成整个探测区域在整个降雨过程中的融合后的雷达雨量数据。

【技术特征摘要】
1.一种X波段气象雷达与雨量站数据融合方法，其特征在于，其包括如下步骤：获取在整个降雨过程中气象雷达整个探测区域所覆盖的雨量站测量的雨量站雨量数据；获取在整个降雨过程中气象雷达生成的雷达回波强度数据，将雷达回波强度数据进行格点化处理，得到格点回波强度数据；将格点回波强度数据反演为格点雨强数据，并通过线性平均累积法获得在整个降雨过程中的原始格点雨量数据；所有原始格点雨量数据形成整个探测区域在整个降雨过程中的原始雷达雨量数据；以格点为中心，搜索一定范围内的雨量站，根据该格点与搜索到的雨量站之间的距离计算该格点的距离权重系数；结合距离权重系数，将该格点通过雨量站测量的雨量站雨量数据融合至该格点的原始格点雨量数据中，得到该格点融合后的格点雨量数据；所有融合后的格点雨量数据形成整个探测区域在整个降雨过程中的融合后的雷达雨量数据。2.如权利要求1所述的X波段气象雷达与雨量站数据融合方法，其特征在于：获取雨量站雨量数据后，数据融合方法还包括将雨量站雨量数据进行质量控制的步骤；以及，获取雷达回波强度数据后，在进行格点化处理前，数据融合方法还包括将雷达回波强度数据进行质量控制的步骤。3.如权利要求2所述的X波段气象雷达与雨量站数据融合方法，其特征在于：通过消除非气象回波对雷达回波强度数据进行质量控制；和/或，通过剔除无降水数据和异常降水数据对雨量站雨量数据进行质量控制。4.如权利要求1所述的X波段气象雷达与雨量站数据融合方法，其特征在于，将雷达回波强度数据转化为原始格点雨量数据具体包括：将雷达回波强度数据格点化处理得到格点回波强度数据后，格点回波强度数据通过公式(1)反演为格点雨强数据；采用线性平均累计法，通过公式(2)，将整个降雨过程中每个格点的格点雨强数据进行累积，得到格点在整个降雨过程中的原始格点雨量数据；Zi(n)＝ARi(n)b(1)其中，i为雷达回波强度数据中的第i个格点；n为整个降雨过程中第n个时刻；A和b为雨滴谱仪Z-R关系拟合系数；Zi(n)为第n个时刻雷达回波强度数据中第i个格点的格点回波强度数据，单位dBZ；Ri(n)为第n个时刻雷达回波强度数据中第i个格点的格点回波强度数据经反演得到的格点雨强数据，单位mm/h；t为气象雷达进行PPI扫描并生成单个雷达回波强度数据的时间；N为整个降雨过程中雷达探测并生成的雷达回波强度数据文件的个数；RCi为第i个格点在整个降雨过程中的原始格点雨量数据。5.如权利要求4所述的X波段气象雷达与雨量站数据融合方法，其特征在于，距离权重系数的计算方法包括：获取格点和雨...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏，王天正，晋涛，俞华，芦山，王欣伟，李慧勇，张秋实，闫忠凯，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司电力科学研究院，武汉珈铭凯尔电气科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14