基于风廓线雷达组网的水平散度廓线反演方法技术

本发明专利技术提供一种基于风廓线雷达组网的水平散度廓线反演方法，包括：采用模拟分析方法，评估每部风廓线雷达的水平散度反演结果对其水平风的敏感性，以及风廓线雷达距离的确定规则和三角形最大内角和三角形面积的确定规则；根据确定的结果，选择三个目标风廓线雷达，并根据风廓线雷达中尺度组网近实时风垂直廓线产品数据文件，得到三个目标风廓线雷达形成的三角形内某个垂直高度层的水平散度。本发明专利技术提供一种基于风廓线雷达组网的水平散度廓线反演方法，是一种适用于对流触发前期信号监测预警的水平散度垂直廓线最优反演方法，可减小水平散度反演误差，提高强对流监测和短临预警的精细精准程度，进而为优化风廓线雷达中尺度站网布局提供支撑。网布局提供支撑。网布局提供支撑。

【技术实现步骤摘要】
基于风廓线雷达组网的水平散度廓线反演方法


[0001]本专利技术属于中尺度气象和大气探测
，具体涉及一种基于风廓线雷达组网的水平散度廓线反演方法。

技术介绍

[0002]强对流天气是最严重的灾害性天气之一，国内外许多研究表明热力不稳定条件和动力抬升信号在强对流触发和随后的演变过程中起着重要作用。在对流发生前大气散度和垂直速度等与动力抬升密切相关的参数反演方面，前人借助三角形法，基于三个不共线的风廓线观测站点，利用三角形各顶点的经纬度坐标和垂直风廓线数据，反演出该三角形上空水平散度、相对涡度和垂直速度等大气动力参数，可避免将风场插值到格点带来的误差。
[0003]可提供连续风廓线观测的风廓线雷达是实现散度等大气动力参数廓线的代表性设备。基于三台风廓线雷达组成的三角形可实现大气动力参数廓线连续反演，进而揭示大气动力结构演变特征，助力中尺度系统发生发展过程的监测预警。然而，不同的风廓线雷达之间的距离，以及三角形形状(如：钝角、直角和锐角)的改变对散度反演结果产生很大的影响，导致上述散度廓线反演算法和技术随着不同的三角形组网对反演结果产生很大的误差。因此，如何减小散度廓线反演误差，是目前需要重点解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种基于风廓线雷达组网的水平散度廓线反演方法，可有效解决上述问题。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供一种基于风廓线雷达组网的水平散度廓线反演方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，对于由多部风廓线雷达组成的中尺度网，采用模拟分析方法，评估每部风廓线雷达的水平散度反演结果对其水平风的敏感性；
[0008]步骤2，采用模拟分析方法，评估水平散度反演结果对风廓线雷达距离的敏感性，得到风廓线雷达距离的确定规则；
[0009]步骤3，采用模拟分析方法，评估水平散度反演结果对三角形形状的敏感性，得到三角形最大内角和三角形面积的确定规则；
[0010]步骤4，对于由多部风廓线雷达组成的中尺度网，按步骤1确定的风廓线雷达的水平散度反演结果对其水平风的敏感性，选择对水平散度反演结果敏感性低于设定阈值的风廓线雷达，并按照步骤2和步骤3确定的风廓线雷达距离、三角形最大内角和三角形面积的确定规则，选择三个目标风廓线雷达，并根据风廓线雷达中尺度组网近实时风垂直廓线产品数据文件，得到三个目标风廓线雷达形成的三角形内某个垂直高度层的水平散度D。
[0011]优选的，步骤1具体为：
[0012]步骤1.1，对于被评估的风廓线雷达，表示为：第三部风廓线雷达P3；构建由第一部风廓线雷达P1、第二部风廓线雷达P2和第三部风廓线雷达P3组成的等边三角形；
[0013]步骤1.2，建立平面直角坐标系，x轴和y轴分别为东西和南北方向，并定义向东和向北为正方向；在平面直角坐标系中，第一部风廓线雷达P1、第二部风廓线雷达P2和第三部风廓线雷达P3的坐标分别为：(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)；
[0014]步骤1.3，令第一部风廓线雷达P1和第二部风廓线雷达P2的水平风速均为0，在0
‑
360
°
范围内连续改变第三部风廓线雷达P3的水平风向，在每种第三部风廓线雷达P3的水平风向下，得到某个高度层的三角形ΔP1P2P3内的水平散度D以及水平散度D的相对误差，从而得到第三部风廓线雷达P3的水平散度反演相对误差对其水平风向的敏感性；
[0015]步骤1.4，令第一部风廓线雷达P1和第二部风廓线雷达P2的风速均为0，在设定范围内连续改变第三部风廓线雷达P3的水平风速，在每种第三部风廓线雷达P3的水平风速下，得到某个高度层的三角形ΔP1P2P3内的水平散度D以及水平散度D的相对误差，从而得到第三部风廓线雷达P3的水平散度反演相对误差对其水平风速的敏感性；
[0016]步骤1.5，综合第三部风廓线雷达P3的水平散度反演相对误差对其水平风向的敏感性，以及第三部风廓线雷达P3的水平散度反演相对误差对其水平风速的敏感性，得到第三部风廓线雷达P3的水平散度反演结果对其水平风的敏感性。
[0017]优选的，步骤2具体为：
[0018]步骤2.1，构建由第一部风廓线雷达P1、第二部风廓线雷达P2和第三部风廓线雷达P3组成的等边三角形；
[0019]步骤2.2，令第一部风廓线雷达P1和第二部风廓线雷达P2的水平风速均为0，第三部风廓线雷达P3的水平风速为设定值；第一部风廓线雷达P1、第二部风廓线雷达P2和第三部风廓线雷达P3的水平风向均为0
°
；
[0020]步骤2.3，保持第一部风廓线雷达P1、第二部风廓线雷达P2和第三部风廓线雷达P3的水平风向和水平风速固定不变；
[0021]使等边三角形的边长L在设定距离内按步长变化，在每种距离下，均计算得到某个高度层的三角形ΔP1P2P3内的水平散度D，得到边长L与水平散度D的函数曲线，以及的函数曲线；
[0022]步骤2.4，分析边长L与水平散度D的函数曲线，以及的函数曲线，得到对水平散度D反演结果影响最小的边长L，为最终得到的风廓线雷达距离的最小阈值L
min
，也就是在构建三角形时，需要使风廓线雷达距离大于最小阈值L
min
。
[0023]优选的，步骤3具体为：
[0024]步骤3.1，构建由第一部风廓线雷达P1、第二部风廓线雷达P2和第三部风廓线雷达P3组成的三角形，其中，第一部风廓线雷达P1和第二部风廓线雷达P2位于x轴上且关于原点对称，第一部风廓线雷达P1和第二部风廓线雷达P2的位置固定不变；
[0025]第三部风廓线雷达P3初始位置位于y轴上，并与第一部风廓线雷达P1和第二部风廓线雷达P2形成等边三角形，此时三角形面积为S0；
[0026]步骤3.2，保持三角形面积S0固定不变；第三部风廓线雷达P3从初始位置开始水平向右移动，也就是使第三部风廓线雷达P3的纵坐标固定不变，其横坐标从0开始连续增大，从而使内角∠P1P2P3连续增大到无限接近于180
°
；其中，在每种位置时，内角∠P1P2P3为三角形P1 P2 P3的最大内角，称为三角形最大内角A；
[0027]步骤3.3，令第一部风廓线雷达P1和第二部风廓线雷达P2的水平风速均为0，第三
部风廓线雷达P3的水平风速为设定值；第一部风廓线雷达P1、第二部风廓线雷达P2和第三部风廓线雷达P3的水平风向均为0
°
；保持第一部风廓线雷达P1、第二部风廓线雷达P2和第三部风廓线雷达P3的水平风速和水平风向固定不变；
[0028]在第三部风廓线雷达P3按步骤3.2的方法移动过程中，每移动到一个位置，在当前三角形最大内角A时，均计算得到某个高度层的三角形ΔP1P2P3内的水平散度D，由此在当前三角形面积S0下，得到三角形最大内角A与水平散度D的函数曲线，以及函数曲线；
[0029本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于风廓线雷达组网的水平散度廓线反演方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对于由多部风廓线雷达组成的中尺度网，采用模拟分析方法，评估每部风廓线雷达的水平散度反演结果对其水平风的敏感性；步骤2，采用模拟分析方法，评估水平散度反演结果对风廓线雷达距离的敏感性，得到风廓线雷达距离的确定规则；步骤3，采用模拟分析方法，评估水平散度反演结果对三角形形状的敏感性，得到三角形最大内角和三角形面积的确定规则；步骤4，对于由多部风廓线雷达组成的中尺度网，按步骤1确定的风廓线雷达的水平散度反演结果对其水平风的敏感性，选择对水平散度反演结果敏感性低于设定阈值的风廓线雷达，并按照步骤2和步骤3确定的风廓线雷达距离、三角形最大内角和三角形面积的确定规则，选择三个目标风廓线雷达，并根据风廓线雷达中尺度组网近实时风垂直廓线产品数据文件，得到三个目标风廓线雷达形成的三角形内某个垂直高度层的水平散度D。2.根据权利要求1所述的基于风廓线雷达组网的水平散度廓线反演方法，其特征在于，步骤1具体为：步骤1.1，对于被评估的风廓线雷达，表示为：第三部风廓线雷达P3；构建由第一部风廓线雷达P1、第二部风廓线雷达P2和第三部风廓线雷达P3组成的等边三角形；步骤1.2，建立平面直角坐标系，x轴和y轴分别为东西和南北方向，并定义向东和向北为正方向；在平面直角坐标系中，第一部风廓线雷达P1、第二部风廓线雷达P2和第三部风廓线雷达P3的坐标分别为：(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)；步骤1.3，令第一部风廓线雷达P1和第二部风廓线雷达P2的水平风速均为0，在0
‑
360
°
范围内连续改变第三部风廓线雷达P3的水平风向，在每种第三部风廓线雷达P3的水平风向下，得到某个高度层的三角形ΔP1P2P3内的水平散度D以及水平散度D的相对误差，从而得到第三部风廓线雷达P3的水平散度反演相对误差对其水平风向的敏感性；步骤1.4，令第一部风廓线雷达P1和第二部风廓线雷达P2的风速均为0，在设定范围内连续改变第三部风廓线雷达P3的水平风速，在每种第三部风廓线雷达P3的水平风速下，得到某个高度层的三角形ΔP1P2P3内的水平散度D以及水平散度D的相对误差，从而得到第三部风廓线雷达P3的水平散度反演相对误差对其水平风速的敏感性；步骤1.5，综合第三部风廓线雷达P3的水平散度反演相对误差对其水平风向的敏感性，以及第三部风廓线雷达P3的水平散度反演相对误差对其水平风速的敏感性，得到第三部风廓线雷达P3的水平散度反演结果对其水平风的敏感性。3.根据权利要求1所述的基于风廓线雷达组网的水平散度廓线反演方法，其特征在于，步骤2具体为：步骤2.1，构建由第一部风廓线雷达P1、第二部风廓线雷达P2和第三部风廓线雷达P3组成的等边三角形；步骤2.2，令第一部风廓线雷达P1和第二部风廓线雷达P2的水平风速均为0，第三部风廓线雷达P3的水平风速为设定值；第一部风廓线雷达P1、第二部风廓线雷达P...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭建平，郭晓冉，陈田萌，徐慧，孟德利，
申请(专利权)人：中国气象科学研究院，
类型：发明
国别省市：