一种双偏振雷达体扫数据插值方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本申请涉及一种双偏振雷达体扫数据插值方法、装置、设备及介质。所述方法包括：通过构造双偏振雷达体积扫描数据库，并根据待插值点相对于双偏振雷达架设点的距离和方位角提取待插值点上空所有体扫层的数据，进行整层插值，得到插值点上方的整层插值数据。采用本方法能够对双偏振雷达体扫数据进行整层插值，并将双偏振雷达体扫数据库构建、数据提取和数据插值进行分离，同时将数据提取和数据插值部分进行函数封装，避免了传统插值方法逐点插值的低效率问题，提高了基于Python语言的双偏振雷达体扫数据插值的速度和效率。达体扫数据插值的速度和效率。达体扫数据插值的速度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种双偏振雷达体扫数据插值方法、装置、设备及介质


[0001]本申请涉及双偏振雷达数据处理
，特别是涉及一种双偏振雷达体扫数据插值方法、装置、设备及介质。

技术介绍

[0002]相比传统的天气雷达，双偏振雷达可以提供云中粒子更多的微物理信息。偏振变量的联合使用，可以综合分析云中粒子群的形状和浓度信息，根据偏振变量的变化，以及反演的三维空间雨滴谱，冰水和液态水含量和粒子相态识别结果，可以综合判断云中发生的微物理过程，这给揭示降水的微物理过程带来新的机遇。尤其是对强对流降水，其他地面观测手段很难深入强对流内部，而基于卫星的雷达观测的波长均较短，在强降水区存在严重的衰减，因此目前双偏振雷达是探测强对流降水微物理信息的最有效的工具之一。
[0003]目前我国大部分业务化天气雷达均已经升级为双偏振雷达。基于双偏振雷达针对各类天气系统已经开展了大量研究。由于双偏振天气雷达的扫描方式为体积扫描，因此只能得到天气系统的锥面扫描信息。在分析实际降水系统的发生、发展演变过程时，仅仅通过平面展示不足以了解整个降水系统的结构。因此，基于双偏振雷达体扫数据的任意两点剖面算法是分析降水系统垂直结构的重要工具。此外，在利用多部双偏振雷达体扫数据进行风场反演时，也需要将体积扫描数据中的反射率因子以及径向速度插值成网格数据，进而执行变分反演算法，迭代求解降水系统的三维风场结构。
[0004]无论是任意剖面算法分析降水系统的垂直结构，还是基于网格化的双偏振雷达数据进行三维风场反演，均离不开对双偏振雷达体扫数据进行插值。目前传统的插值算法均基于逐点插值的思想，即寻找能影响待插值点的雷达数据，最后遍历所有插值点进行逐点插值。该方法在C语言等编译型语言的执行效率尚可以接收。随着Python在大气领域的应用逐渐广泛，基于Python语言的双偏振雷达数据处理和可视化算法逐渐被开发，并被学者们广为采用，比如Pycwr和Pyart等双偏振雷达数据处理和可视化标准库。
[0005]然而，由于Python语言作为解释型动态语言，其执行效率相比编译型语言明显偏低，因此基于传统插值方法的Python双偏振雷达插值效率非常低。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种双偏振雷达体扫数据插值方法、装置、设备及介质，以提高双偏振雷达数据插值的效率。
[0007]一种双偏振雷达体扫数据插值方法，所述方法包括：步骤一：获取双偏振雷达体积扫描数据并进行质量控制，得到质量控制后的双偏振雷达体积扫描数据；步骤二：根据质量控制后的双偏振雷达体积扫描数据构建双偏振雷达体积扫描数据库，其中，双偏振雷达体积扫描数据库包括双偏振雷达参数和双偏振雷达的每条径向扫描数据；
步骤三：根据任意两点剖面算法或三维格点化方法确定待插值点的水平坐标，并确定待插值点的垂直插值分辨率；步骤四：根据待插值点的水平坐标和雷达位置信息进行计算，获取待插值点在雷达每层体积扫描平面上的投影点，并在双偏振雷达体积扫描数据库中搜索与投影点最邻近的两条径向扫描数据，通过对最邻近的两条径向扫描数据进行最邻近插值或双线性插值，提取得到待插值点上方的整层数据；步骤五：通过预先选择的插值方法，根据垂直插值分辨率对待插值点上方的整层数据进行插值，得到插值点上方指定分辨率的整层插值数据；步骤六：通过并行遍历所有待插值点，计算得到所有待插值点上方的整层插值数据并进行存储，实现双偏振雷达体积扫描数据的插值。
[0008]在其中一个实施例中，双偏振雷达参数包括雷达高度、探测的距离库分辨率和雷达总体扫层数，每条径向扫描数据包括每个距离库的双偏振变量以及每个距离库相对于双偏振雷达的仰角和方位角。
[0009]在其中一个实施例中，根据任意两点剖面算法或三维格点化方法确定待插值点的水平坐标，包括：根据任意两点剖面算法确定插值起止点和距离分辨率，根据插值起止点和距离分辨率进行计算，确定待插值点N的水平坐标为；其中，表示待插值点与双偏振雷达的距离，表示待插值点的垂直高度；通过对双偏振雷达体积扫描数据进行三维格点化处理，确定双偏振雷达体积扫描数据的网格分辨率、水平范围以及垂直范围，根据网格分辨率、水平范围以及垂直范围进行计算，确定待插值点N的水平坐标为。
[0010]在其中一个实施例中，根据待插值点的水平坐标和雷达位置信息进行计算，获取待插值点在雷达每层体积扫描平面上的投影点，并在双偏振雷达体积扫描数据库中搜索与投影点最邻近的两条径向扫描数据，通过对最邻近的两条径向扫描数据进行最邻近插值或双线性插值，提取得到待插值点上方的整层数据，包括：根据待插值点N的水平坐标和雷达位置信息进行计算，获取待插值点N在雷达每层体积扫描平面上的投影点，并在双偏振雷达体积扫描数据库中搜索与投影点最邻近的两条径向扫描数据，通过依据径向扫描数据中的方位角和距离库对最邻近的两条径向扫描数据进行最邻近插值或双线性插值，提取得到待插值点上方的投影点对应的双偏振雷达变量。
[0011]在其中一个实施例中，通过预先选择的插值方法，根据垂直插值分辨率对待插值点上方的整层数据进行插值，得到插值点上方指定分辨率的整层插值数据，包括：通过预先选择的插值方法，根据垂直插值分辨率对待插值点N上方的投影点对应的双偏振雷达变量进行插值，得到插值点上方指定分辨率的双偏振雷达变量整层插值数据；其中，预先选择的插值方法为最邻近插值、线性插值和非线性插值中的任意一种插值方法。
[0012]在其中一个实施例中，在并行遍历所有待插值点时，根据Python的Numba库对步骤四和步骤五进行函数封装，生成无Python依赖的静态类型的本机代码，通过调用本机代码
提取所有待插值点上方的整层数据，并对所有待插值点上方的整层数据进行插值，得到所有待插值点上方的整层插值数据并进行存储，实现双偏振雷达体积扫描数据的插值。
[0013]在其中一个实施例中，在调用本机代码提取所有待插值点上方的整层数据，并对所有待插值点上方的整层数据进行插值时，每个待插值点上方的整层数据的插值互不干扰。
[0014]一种双偏振雷达体扫数据插值装置，所述装置包括：质量控制模块，用于获取双偏振雷达体积扫描数据并进行质量控制，得到质量控制后的双偏振雷达体积扫描数据；数据库构建模块，用于根据质量控制后的双偏振雷达体积扫描数据构建双偏振雷达体积扫描数据库，其中，双偏振雷达体积扫描数据库包括双偏振雷达参数和双偏振雷达的每条径向扫描数据；待插值点确定模块，用于根据任意两点剖面算法或三维格点化方法确定待插值点的水平坐标，并确定待插值点的垂直插值分辨率；数据提取模块，用于根据待插值点的水平坐标和雷达位置信息进行计算，获取待插值点在雷达每层体积扫描平面上的投影点，并在双偏振雷达体积扫描数据库中搜索与投影点最邻近的两条径向扫描数据，通过对最邻近的两条径向扫描数据进行最邻近插值或双线性插值，提取得到待插值点上方的整层数据；数据插值模块，用于通过预先选择的插值方法，根据垂直插值分辨率对待插值点上方的整层数据进行插值，得到插值点上方指定分辨率的整层插值数据；数据存储模块，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双偏振雷达体扫数据插值方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一：获取双偏振雷达体积扫描数据并进行质量控制，得到质量控制后的双偏振雷达体积扫描数据；步骤二：根据所述质量控制后的双偏振雷达体积扫描数据构建双偏振雷达体积扫描数据库，其中，所述双偏振雷达体积扫描数据库包括双偏振雷达参数和双偏振雷达的每条径向扫描数据；步骤三：根据任意两点剖面算法或三维格点化方法确定待插值点的水平坐标，并确定待插值点的垂直插值分辨率；步骤四：根据所述待插值点的水平坐标和雷达位置信息进行计算，获取待插值点在雷达每层体积扫描平面上的投影点，并在所述双偏振雷达体积扫描数据库中搜索与所述投影点最邻近的两条径向扫描数据，通过对所述最邻近的两条径向扫描数据进行最邻近插值或双线性插值，提取得到所述待插值点上方的整层数据；步骤五：通过预先选择的插值方法，根据所述垂直插值分辨率对所述待插值点上方的整层数据进行插值，得到插值点上方指定分辨率的整层插值数据；步骤六：通过并行遍历所有待插值点，计算得到所有待插值点上方的整层插值数据并进行存储，实现双偏振雷达体积扫描数据的插值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双偏振雷达参数包括雷达高度、探测的距离库分辨率和雷达总体扫层数，所述每条径向扫描数据包括每个距离库的双偏振变量以及每个距离库相对于双偏振雷达的仰角和方位角。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据任意两点剖面算法或三维格点化方法确定待插值点的水平坐标，包括：根据任意两点剖面算法确定插值起止点和距离分辨率，根据所述插值起止点和距离分辨率进行计算，确定待插值点N的水平坐标为；其中，表示待插值点与双偏振雷达的距离，表示待插值点的垂直高度；通过对双偏振雷达体积扫描数据进行三维格点化处理，确定双偏振雷达体积扫描数据的网格分辨率、水平范围以及垂直范围，根据所述网格分辨率、水平范围以及垂直范围进行计算，确定所述待插值点N的水平坐标为。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述待插值点的水平坐标和雷达位置信息进行计算，获取待插值点在雷达每层体积扫描平面上的投影点，并在所述双偏振雷达体积扫描数据库中搜索与所述投影点最邻近的两条径向扫描数据，通过对所述最邻近的两条径向扫描数据进行最邻近插值或双线性插值，提取得到所述待插值点上方的整层数据，包括：根据待插值点N的水平坐标和雷达位置信息进行计算，获取待插值点N在雷达每层体积扫描平面上的投影点，并在所述双偏振雷达体积扫描数据库中搜索与所述投影点最邻近的两条径向扫描数据，通过依据径向扫描数据中的方位角和距离库对所述最邻近的两条径向扫描数据进行最邻近插值或双线性插值，提取得到所述待插值点上方的投影点对应的双偏振雷达变量...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑鹤鹏，吴祖航，张云，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：