一种C波段双偏振天气雷达低仰角的观测方法技术

本发明专利技术公开了一种C波段双偏振天气雷达低仰角的观测方法，包括如下步骤：观测区域选择、获取最优参数、参数应用、外场试验、数据分析和参数固化。本发明专利技术能够有效提升C波段双偏振新一代天气雷达观测精度，提升观测数据质量。提升观测数据质量。提升观测数据质量。

【技术实现步骤摘要】
一种C波段双偏振天气雷达低仰角的观测方法


[0001]本专利技术涉及雷达探测领域，具体是一种C波段双偏振天气雷达低仰角的观测方法。

技术介绍

[0002]C波段双偏振天气雷达是一种用于气象观测领域的大气探测仪器。该雷达能够同时发射水平和垂直两种极化方式的电磁波，这两种不同极化状态的电磁波照射到各种降水粒子上，其后向散射回波中包含了粒子的状态信息，不同的粒子引起的反射率、差分反射率、差分传播相移、共极化相关系数是不相同的，利用双通道接收机就可以得到强度、速度、谱宽、差分反射率因子、差分传播相移、比差分相位、相关系数等参数。根据回波的这些性质，通过对双偏振参数的估算，可以推导出降雨量、降水粒子的形状、尺寸、指向、相态和滴谱分布和降水类型，如冰雹、雨、雪、霰等，为人工影响天气和防雹作业提供依据；可以提高定量估测降水精度，有效地进行天气预报并监测灾害性天气。
[0003]传统的单线偏振天气雷达提供两种观测模式：晴空模式和降水模式。通常在气象观测领域，观测人更注重降水过程的观测；降水模式包括VCP11和VCP21；其中VCP11在5分钟内完成14个不同仰角的扫描，而VCP21是在6分钟内完成9个不同仰角的扫描；由于VCP11在垂直方向上有较多的采样层次，因而具有较高的辩别能力；而VCP21由于天线转速较慢，雷达采集的反射率因子和速度数据相对VCP11而言更为准确，并且其数据量较小，处理速度更快，资料保存更方便；由于具有这些优点，在实际观测中，一般较多使用VCP21模式，而VCP11使用很少，甚至没有使用。
[0004]随着全国新一代双线偏振天气雷达进行部署组网并投入运行，其降水过程观测仍然采用传统的VCP21模式进行观测；但该模式在应用于双偏振天气雷达的气象日常观测上产生了许多的问题：例如观测数据不够精确；低仰角双偏振参数测量精度较低等诸多问题。
[0005]鉴于现有技术的上述缺陷，迫切需要对C波段双偏振天气雷达低仰角的观测方法做出改进。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种C波段双偏振天气雷达低仰角的观测方法，能够有效提升C波段双偏振新一代天气雷达观测精度，提升观测数据质量。
[0007]本专利技术的技术方案具体如下：
[0008]一种C波段双偏振天气雷达低仰角的观测方法，包括如下步骤：
[0009]步骤S1：观测区域选择；在雷达组网观测范围内选择出一片指定的雷达观测区域；
[0010]步骤S2：获取最优参数；具体流程如下：
[0011]S2.1、计算出双偏振雷达参量的理论标准差范围，双偏振雷达参量包括雷达反射率、差分反射率、相关系数和差分相位；
[0012]S2.2、当观测区域出现天气过程时，在同一时刻，同一雷达采用VCP21观测模式对同一个天气过程进行观测，获取到天气过程的实际观测数据；然后对观测数据进行分析，计
算观测数据的实际标准偏差；
[0013]S2.3、对实际观测数据的标准偏差进行统计，统计观测数据中每个数据点的实际标准差落入理论标准差范围之中的总频次；
[0014]S2.4选取观测效果最优的参数组合M和PRF；
[0015]步骤S3：参数应用；
[0016]将步骤S2中选取到的最优参数组合M与PRF应用于雷达探测系统之中的VCP21模式；
[0017]步骤S4：外场试验；
[0018]步骤S5：数据分析：
[0019]对观测的I/Q数据和原始数据进行分析，对传统观测模式VCP21模式与新内置最优参数的VCP21模式交替多轮观测得到的观测结果作对比分析，检验观测结果是否满足技术指标要求；
[0020]步骤S6参数固化；
[0021]将经过实际验证的最优参数组合进行固化，并将其推广应用到观测区域的日常雷达观测模式之中。
[0022]进一步地，步骤S2中，根据下式(1)计算出双偏振雷达参量的理论标准差范围：
[0023][0024]其中：SD
z
代表反射率因子理论标准差、SD
zdr
代表差分反射率理论标准差、SD
ρhv
代表相关系数理论标准差、差分相位理论标准差；M
I
为脉冲样本数；ρ
hv
为相关系数。
[0025]进一步地，步骤S2中，M
I
的具体计算公式为：
[0026][0027]式中；λ为雷达的波长；M是脉冲数；PRF是脉冲重复频率；σ
v
为大气湍流，取值范围为1～4m
·
s
‑1。
[0028]进一步地，步骤S2中，实际标准差计算公式如下式(2)所示：
[0029][0030]式中，SD
i
为雷达观测参量的标准差；P为雷达观测参量；为雷达观测参量的平均值；i表示雷达参量在经向上的当前位置；j表示雷达参量在半径内的位置变化；k表示标准差计算半径；N表示雷达上一个经向上有效观测参量总个数，即有数据的距离库数。
[0031]进一步地，步骤S2.3中，实际观测到的数据中的数据点的标准偏差落入理论标准差范围之中的总频次越高，观测效果越好，代表观测到的数据质量越高。
[0032]进一步地，步骤S2.4中，选取观测效果最优的参数组合M和PRF，具体如下：
[0033]当观测区域出现天气过程时；调节双偏振天气雷达的参数脉冲个数M与脉冲重复频率PRF，从天气过程开始到结束，总共调节N次；每调节一次将会获得不同的实际雷达观测数据，通过获得每次调节得到的观测数据的实际标准差落入理论标准差范围之中的总频次；选取所有调节次数中频数最高的那一次所对应的脉冲个数M与脉冲重复频率PRF作为最优参数组合。
[0034]进一步地，步骤S4中，将步骤S3中已经参数内置的雷达探测系统进行现场试运行3
‑
6个月；
[0035]其中，采用传统观测模式VCP21模式与新内置最优参数的VCP21模式交替多轮观测；
[0036]并对雷达I/Q数据和基数据进行存储；外场试验阶段，获取不同降水类型的观测数据。
[0037]进一步地，步骤S5中，计算传统的VCP21观测模式观测得到的数据的实际标准差处于理论标准差范围的总频次；同时也计算最优参数内置的VCP21模式的观测数据的标准差处于理论标准差范围的总频次；若最优参数内置的VCP21模式的观测数据的准确率大于80％，则进入下一步参数固化；
[0038]其中，假设在现场试运行的过程中，雷达总共进行了X轮观测；若最优参数内置的VCP21模式的观测数据计算出的总频次有Y轮都优于传统的VCP21观测模式；则最优参数内置的VCP21模式的准确率Acc的计算公式为：
[0039][0040]式中，X代表雷达在试运行过程中的观测的总次数；Y表示最优参数内置的VCP21模式优于传统的VCP21观测模式的总次数。
[0041]进一步地，步骤S5中，最优参数内置的VCP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种C波段双偏振天气雷达低仰角的观测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：观测区域选择；在雷达组网观测范围内选择出一片指定的雷达观测区域；步骤S2：获取最优参数；具体流程如下：S2.1、计算出双偏振雷达参量的理论标准差范围，双偏振雷达参量包括雷达反射率、差分反射率、相关系数和差分相位；S2.2、当观测区域出现天气过程时，在同一时刻，同一雷达采用VCP21观测模式对同一个天气过程进行观测，获取到天气过程的实际观测数据；然后对观测数据进行分析，计算观测数据的实际标准偏差；S2.3、对实际观测数据的标准偏差进行统计，统计观测数据中每个数据点的实际标准差落入理论标准差范围之中的总频次；S2.4选取观测效果最优的参数组合M和PRF；步骤S3：参数应用；将步骤S2中选取到的最优参数组合M与PRF应用于雷达探测系统之中的VCP21模式；步骤S4：外场试验；步骤S5：数据分析：对观测的I/Q数据和原始数据进行分析，对传统观测模式VCP21模式与新内置最优参数的VCP21模式交替多轮观测得到的观测结果作对比分析，检验观测结果是否满足技术指标要求；步骤S6：参数固化；将经过实际验证的最优参数组合进行固化，并将其推广应用到观测区域的日常雷达观测模式之中。2.根据权利要求1所述的观测方法，其特征在于，步骤S2中，根据下式(1)计算出双偏振雷达参量的理论标准差范围：其中：SD
z
代表反射率因子理论标准差、SD
zdr
代表差分反射率理论标准差、SD
ρhv
代表相关系数理论标准差、差分相位理论标准差；M
I
为脉冲样本数；ρ
hv
为相关系数。3.根据权利要求2所述的观测方法，其特征在于，步骤S2中，M
I
的具体计算公式为：
式中；λ为雷达的波长；M是脉冲数；PRF是脉冲重复频率；σ
v
为大气湍流，取值范围为1～4m
·
s
‑1。4.根据权利要求1所述的观测方法，其特征在于，步骤S2中，实际标准差计算公式如下式(2)所示：式中，SD
i
为雷达观测参量的标准差；P为雷达观测参量；为雷达观测参量的平均值；i表示雷达参量在经向上的当前位置；j表示雷达参量在半径内的位置变化；k表示标准差计算半...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，张国兴，缪应卿，解莉燕，舒斌，林月，余加贵，
申请(专利权)人：云南省大气探测技术保障中心，
类型：发明
国别省市：