风廓线雷达风计算方法技术

本发明专利技术涉及一种风廓线雷达风计算方法，其包括：输入五个波束指向的多普勒速度，并对输入的多普勒速度作一致性平均处理，并判断各波束是否通过一致性检查；进行降雨判断；以及，进行五波束联合计算风并输出结果。本发明专利技术能够提高风廓线雷达风计算中的数据可信度和数据获取率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，用于改善风廓线雷达的数据质量。
技术介绍
风廓线雷达(wind profiling radar/wind profiler radar)是一种新型的测风雷达，能够无人值守M小时连续提供大气水平风场、垂直气流、大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布，具有时空分辨率高、连续性和实时性好的特点，是进行高空气象探测的重要设备，是当前常规气球测风体制的重要补充，是开展天气预报和气象保障的新手段。风廓线雷达是多普勒收发技术体制的雷达，其测量原理是通过发射电磁波，接受回波信号，经过功率谱分析，在完成湍流目标检测和谱矩计算后，得到多普勒速度。多普勒速度是风和垂直气流在雷达波束指向上的投影分量，气象上风是指空气的水平运动(用U， V表示)，垂直气流(用W表示)是指空气的上下运动。风廓线雷达通过依次向三个以上不同的方向发射电磁波进行探测，得到各个波束指向测量的多普勒速度，便可以联合计算出U、V、W。目前，风廓线雷达一般采用五波束探测，波束指向为一垂四斜，即一个为垂直向上指向天顶测量，另四个为两两相邻波束成方位正交的倾斜指向测量(一般称东、南、西、北波束指向)。现有技术中风廓线雷达一般采用三波束指向测量结果来计算风，即使雷达采用五波束指向测量，也只采用其中的三波束计算风。以东、南、垂直指向三波束测量为例，三波束测量的多普勒速度分别为Vre = U cos α +w sin α(1)Vrn = ν cos α +w sin α(2)Vrz = w(3)其中，Vre, Vrn, Vrz分别是东、南、垂直指向三个波束测量的多普勒速度，α为倾斜波束指向的仰角。联立公式(1)-(3)即可解得U= (Vre-Vrz sin α )/cos α (4)ν = (Vrn-Vrz sin α ) /cos α (5)w = Vrz(6)现有技术采用三波束测量结果计算风的方法，不仅浪费了资源，而且由于湍流回波信号弱，雷达探测容易受到各种干扰的影响，使得一个或多个波束指向的测量数据受到污染，因此，不加选择地采用其中的三波束测量结果计算风，就可能导致计算结果出现异常，直接影响计算风的数据质量，因此需要改进风的计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的，以提高数据可信度和数据获取率。根据风廓线雷达测量原理，风在方位相差180度的两个倾斜波束(下文称这两个3波束为对称波束，如东与西，南与北)上形成的多普勒速度为大小相等、符号相反。而垂直气流在所有倾斜波束上形成的多普勒速度为大小相等、符号也相同。因此五个波束测量值之间存在某种程度的相关性，充分利用这种相关信息，采用五个波束指向的测量值进行风的联合计算，可以有效克服个别波束受污染情况，提高风的计算质量。例如，地物杂波常常会严重污染垂直波束的测量结果，此时若使用公式(6)计算垂直气流，会造成很大的计算误差。而若使用两个对称波束测量的多普勒速度相加，便可以得到垂直气流。例如，以东、 西两个对称波束为例，测量的多普勒速度分别为Vre = U cos α +w sin α(7)Vrw = -u cos α+w sin α (8)因此，可以得到垂直气流w为W= (Vre+Vrw)/2sina(9)然后再与倾斜波束测量结果联合处理，便可以计算出风。此时0)、(5)两式可改写为U= (Vre-w sin a)/cos a (10)ν = (Vrn-w sin a )/cos a (11)这便是本专利技术的重要思想。根据本专利技术的主要方面，该包括以下步骤a、输入五个波束指向的多普勒速度；b、对多普勒速度作一致性平均处理，并判断各波束是否通过一致性检查；C、进行降雨判断；d、进行五波束联合计算风(风的速度矢量)并输出结果。根据本专利技术的一个方面，一致性平均时间可根据风廓线雷达需求在15-60分钟之间任意设定。根据本专利技术的一个方面，对边界层风廓线雷达而言，一致性平均时间设定为15 30分钟。根据本专利技术的一个方面，对流层风廓线雷达而言，一致性平均时间设定为30 60 分钟。根据本专利技术的一个方面，若判断有降雨时，则进行垂直气流订正。根据本专利技术的一个方面，五波束联合计算风的过程依赖一致性检查的结果。应当认识到，本专利技术以上各方面中的特征可以在本专利技术的范围内自由组合，而并不受其顺序的限制——只要组合后的技术方案落在本专利技术的实质精神内。附图说明为了更清楚地说明本专利技术中的技术方案，下面将对本专利技术的附图作简单地介绍， 其中图1显示了根据本专利技术的的流程图。 具体实施例方式下文将结合本专利技术的优选实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。需要明白，下文的描述(包括附图)仅仅是示例性的，而非对本专利技术的限制性描述。在以下描述中可能会涉及到具体数字，然而也需要明白的是，这些数字也仅仅是示例性的，本领域技术人员可以参照本专利技术的内容任意选取适当数字。图1显示了根据本专利技术的的流程图。根据本专利技术的第一实施例，首先对输入东南西北中五个方向波束指向的多普勒速度作一致性平均处理，即，对同一波束指向在同一距离处多次测量值(多普勒速度)进行平均。优选地，一致性平均时间设定为例如15-60分钟，例如，对边界层风廓线雷达进行 15 30分钟的平均，对流层风廓线雷达进行30 60分钟的平均。首先对例如东向波束在一致性平均时间内在同一个高度处，测得例如10个径向速度样本wl. . . wlO,首先将wl和 w2. ..wlO分别做比较，差异小于一致性窗口宽度的数据放到数组si中，同理，可分别得到数组s2. . . slO，挑出样本数最多的数组，计算出样本数相当于总样本数的百分比。若该百分比大于一致性样本门限，则通过一致性检查，用这个集合的径向速度(多普勒速度)数据计算出平均多普勒速度。如果小于一致性样本门限，则未通过一致性检查，该高度的平均径向速度不予计算。对五个波束都作这样的一致性平均处理，并检测是否通过一致性检查。在一致性平均处理之后进行降雨判断。无降雨时，垂直指向波束测量的是垂直气流，晴空时垂直气流一般都很小，使垂直指向波束的谱峰位于零速度附近。而当降雨发生时，垂直波束测量的是垂直气流与雨滴落速的共同作用，此时垂直指向波束测量值一般明显变大，根据这一点可以进行降雨判断。在低模式的垂直指向波束测量的低层高度，连续选取数个高度层径速值，若每个高度的径速都为负，且其绝对值都大于“落速”阈值，而其平均值大于“均速”阈值，则判断为有降雨，否则为无降雨。在下一步进行风的计算时，可以根据降雨的判断结果，选择是否进行垂直气流订正。例如，若判断无降雨时，不采用垂直气流订正；若判断有降雨时，采用垂直气流订正。之后，进行五波束联合计算风，得到风速、风向。针对一致性检查的不同结果，进行具体的计算，其过程如下(例如)(i)若四个倾斜波束(东、南、西、北波束)测量的多普勒速度都通过了一致性平均，则可以利用两两对称波束，以(9)式先求出垂直气流，东西波束计算出wl，南北波束计算出w2，两者平均后求得w，即W= (Vrl+Vr2+Vr3+Vr4)/4sina。再利用求得的w，分别结合东、北波束和西、南波束测量的多普勒速度，利用(10)、(11)式分别求得风分量ul、Vl和 u2、v2。最后求得平均值 U= (ul+u2)/2, ν = (vl+v2)/2，从而得到 u本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡明宝，贺宏兵，李妙英，张鹏，陈楠，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学气象学院，
类型：发明
国别省市：