【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于大氣遙感監(jiān)測分析，涉及一種臺風(fēng)風(fēng)場反演方法和系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、多普勒雷達(dá)利用多普勒效應(yīng)來探測目標(biāo)物的位置，通過測量目標(biāo)物發(fā)射與返回電磁波的頻率變化，計(jì)算目標(biāo)物相對于雷達(dá)的運(yùn)動速度。雷達(dá)資料覆蓋區(qū)域廣闊，具有高時空分辨率，且能夠提供全天候條件下的反射率因子和徑向速度信息。我國沿海地區(qū)布設(shè)的新一代多普勒雷達(dá)網(wǎng)能夠較好地探測到臺風(fēng)臨近登陸時的三維精細(xì)結(jié)構(gòu)，極大地彌補(bǔ)了開闊洋面上常規(guī)觀測資料匱乏的問題，對于臺風(fēng)的監(jiān)測分析和預(yù)報有重要意義。然而，徑向速度只包括雷達(dá)徑向方向上的風(fēng)速分量，而非真實(shí)風(fēng)速矢量，因此國內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)展了各種雷達(dá)風(fēng)場反演方法。
2、目前，適用于臺風(fēng)環(huán)流的雷達(dá)風(fēng)場反演技術(shù)主要有兩類，一類是gbvtd類方法，以徑向速度為基礎(chǔ)，利用幾何關(guān)系和傅式級數(shù)轉(zhuǎn)換反演出臺風(fēng)內(nèi)核區(qū)的軸對稱環(huán)流和非對稱切向環(huán)流結(jié)構(gòu)，但其需要滿足算法的幾何限制條件且反演范圍有限；
3、另一類是trec類方法，以反射率因子為基礎(chǔ)，通過雷達(dá)回波的移動來估算三維水平流場，可以獲得比徑向速度反演風(fēng)場范圍更大的環(huán)流信息，在臺風(fēng)進(jìn)入雷達(dá)徑向速度的觀測范圍前即可應(yīng)用。但是由于臺風(fēng)眼墻區(qū)回波通常強(qiáng)度較強(qiáng)且分布均一，并且在眼墻區(qū)強(qiáng)盛、深厚的對流中，降水粒子不隨水平風(fēng)而移動，而是被低層強(qiáng)的輻合或高層流出所控制，trec方法反演得到的風(fēng)場在臺風(fēng)眼墻區(qū)存在明顯低估，導(dǎo)致環(huán)流偏弱。
4、在此基礎(chǔ)上，t-trec方法引入徑向速度作為額外的反演條件，客觀選取切向搜索范圍并建立風(fēng)場相關(guān)矩陣，有效解決了臺風(fēng)眼墻區(qū)回波相對均勻?qū)е碌膹?qiáng)度
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本專利技術(shù)提出一種臺風(fēng)風(fēng)場反演方法和系統(tǒng)。
2、本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下：
3、一種臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，包括：
4、對雷達(dá)基數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到以臺風(fēng)中心為原點(diǎn)的并劃分形成多個扇區(qū)網(wǎng)格的且分布有若干個數(shù)據(jù)點(diǎn)的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
5、基于相鄰時刻的回波強(qiáng)度變化量，獲取處于臺風(fēng)搜索區(qū)域內(nèi)的各扇區(qū)網(wǎng)格在相鄰時刻具有相關(guān)性的對應(yīng)扇區(qū)網(wǎng)格，再進(jìn)行平流風(fēng)矢量場的反演；
6、對反演出的平流風(fēng)矢量場進(jìn)行迭代平滑修正，剔除速度退模糊不完全的數(shù)據(jù)點(diǎn)，輸出臺風(fēng)風(fēng)場。
7、進(jìn)一步地，所述對雷達(dá)基數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到以臺風(fēng)中心為原點(diǎn)的并劃分形成多個扇區(qū)網(wǎng)格的且分布有若干個數(shù)據(jù)點(diǎn)的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)的具體步驟包括：
8、s11、臺風(fēng)中心的迭代定位：
9、s111、根據(jù)雷達(dá)基數(shù)據(jù)確定臺風(fēng)中心坐標(biāo)初估值(x0，y0)、臺風(fēng)眼區(qū)初始半徑r0、臺風(fēng)眼區(qū)半徑變化范圍△r和弱回波閾值z0，并令迭代次數(shù)m＝1，設(shè)置最大迭代次數(shù)閾值β、第一收斂標(biāo)準(zhǔn)閾值α、第二收斂標(biāo)準(zhǔn)閾值γ；
10、s112、獲取該次迭代中的臺風(fēng)中心為(xm，ym)，
11、其中，
12、式中，(x，y)表示雷達(dá)基數(shù)據(jù)中的滿足如下兩個標(biāo)準(zhǔn)的任意一個數(shù)據(jù)點(diǎn)；其中，標(biāo)準(zhǔn)一為數(shù)據(jù)點(diǎn)(x，y)的反射率小于z0；標(biāo)準(zhǔn)二為(x-xm-1)2+(y-ym-1)2≤r2，r為臺風(fēng)眼區(qū)實(shí)際半徑，r＝r0-△r；a為數(shù)據(jù)點(diǎn)(x，y)的集合中數(shù)據(jù)點(diǎn)所圍成的總面積；
13、s113、若滿足如下任意一條收斂條件，則輸出當(dāng)前的臺風(fēng)中心(xm，ym)，否則令迭代次數(shù)增加1，實(shí)際半徑r增加1，并返回步驟s112；
14、收斂條件一：r＝r0+△r；
15、收斂條件二：當(dāng)前迭代次數(shù)大于最大迭代次數(shù)閾值β；
16、收斂條件三：(xm，ym)和(xm-1，ym-1)之間的距離小于第一收斂標(biāo)準(zhǔn)閾值α且臺風(fēng)眼區(qū)邊界數(shù)據(jù)點(diǎn)中過大點(diǎn)與有效點(diǎn)的比值大于第二收斂標(biāo)準(zhǔn)閾值γ；其中過大點(diǎn)為臺風(fēng)眼區(qū)邊界數(shù)據(jù)點(diǎn)中反射率值大于弱回波閾值z0的數(shù)據(jù)點(diǎn)；有效點(diǎn)為臺風(fēng)眼區(qū)邊界數(shù)據(jù)點(diǎn)中反射率值小于等于弱回波閾值z0的數(shù)據(jù)點(diǎn)；
17、s12、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：
18、現(xiàn)將以雷達(dá)中心為原點(diǎn)的雷達(dá)基數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為以臺風(fēng)中心為原點(diǎn)的直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，再采用最臨近插值方法進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為以臺風(fēng)中心為原點(diǎn)的分布有若干個數(shù)據(jù)點(diǎn)的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
19、s13、扇區(qū)網(wǎng)格劃分：
20、根據(jù)預(yù)先確定的目標(biāo)，確定扇區(qū)網(wǎng)格中線弧長和徑向長度，由此對所述極坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行扇區(qū)網(wǎng)格劃分。
21、進(jìn)一步地，所述臺風(fēng)搜索區(qū)域通過如下方法確定：
22、獲取所述極坐標(biāo)數(shù)據(jù)中徑向距離庫中的每個數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均切向速度，對于任意徑向距離庫中的徑向距離為r的數(shù)據(jù)點(diǎn)，若r小于等于雷達(dá)與臺風(fēng)中心之間的距離，則該數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均切向速度其中，vr?max(r)為該數(shù)據(jù)點(diǎn)在所有方位角上的最大徑向速度；vr?min(r)為該數(shù)據(jù)點(diǎn)在所有方位角上的最小徑向速度；若r大于雷達(dá)與臺風(fēng)中心之間的距離，則該數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均切向速度vt(r)＝vt(rrmw)(rrmw/r)k；rrmw為切向風(fēng)最大風(fēng)速半徑，k為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；
23、利用觀測最大風(fēng)速及最大風(fēng)速半徑補(bǔ)全平均切向速度的徑向廓線，由此獲取所述徑向廓線上每一數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均切向速度；
24、進(jìn)一步確定所述臺風(fēng)搜索區(qū)域內(nèi)的切向參考搜索距離daref和徑向參考搜索距離drref，由此確定反演風(fēng)矢量終點(diǎn)的搜索區(qū)域；其中，所述臺風(fēng)搜索區(qū)域內(nèi)的切向參考搜索距離daref＝vt(r)·δt；徑向參考搜索距離確定為drref，drref＝α·vt(r)·δt，δt為雷達(dá)基數(shù)據(jù)相鄰時刻的時間間隔，α為權(quán)重因子。
25、進(jìn)一步地，所述基于相鄰時刻的回波強(qiáng)度變化量，獲取處于臺風(fēng)搜索區(qū)域內(nèi)的各扇區(qū)網(wǎng)格在相鄰時刻具有相關(guān)性的對應(yīng)扇區(qū)網(wǎng)格的具體方法包括：
26、s21、計(jì)算相鄰時刻搜索區(qū)域內(nèi)各網(wǎng)格單元的回波強(qiáng)度平均值，計(jì)算公式為：
27、
28、式中，eave(r,θ，t)為第t時刻，位置(r，θ)的扇區(qū)網(wǎng)格的回波強(qiáng)度平均值，θ為方位角，r為扇區(qū)網(wǎng)格距離臺風(fēng)中心的距離；z(r，θ，i，t)為第t時刻，位置(r，θ)的網(wǎng)格單元中第i個數(shù)據(jù)點(diǎn)的回波強(qiáng)度；n為網(wǎng)格單元內(nèi)的非缺測數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)；
29、s22、當(dāng)相鄰時刻搜索區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格單元的回波強(qiáng)度平均值差異小于差異閾值eth時，則通過回波閾值判定，即獲取處于臺風(fēng)搜索區(qū)域內(nèi)的各扇區(qū)網(wǎng)格在相鄰時刻具有相關(guān)性的對應(yīng)扇區(qū)網(wǎng)格，具體表示為：
30、ediff(r2，θ2，t+1)＝|eave(r2，θ2，t+1)-eave(r1，θ1，t)|<eth本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，所述對雷達(dá)基數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到以臺風(fēng)中心為原點(diǎn)的并劃分形成多個扇區(qū)網(wǎng)格的且分布有若干個數(shù)據(jù)點(diǎn)的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)的具體步驟包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，所述臺風(fēng)搜索區(qū)域通過如下方法確定：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，所述基于相鄰時刻的回波強(qiáng)度變化量，獲取處于臺風(fēng)搜索區(qū)域內(nèi)的各扇區(qū)網(wǎng)格在相鄰時刻具有相關(guān)性的對應(yīng)扇區(qū)網(wǎng)格的具體方法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，所述進(jìn)行平流風(fēng)矢量場的反演的具體步驟包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，所述對反演出的平流風(fēng)矢量場進(jìn)行迭代平滑修正，剔除速度退模糊不完全的數(shù)據(jù)點(diǎn)，輸出臺風(fēng)風(fēng)場的具體步驟包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，所述對反演出的平流風(fēng)矢量場進(jìn)行質(zhì)量控制、并進(jìn)行直角坐標(biāo)系下的風(fēng)場差值以及缺測值的填補(bǔ)的具體步驟包括：
8.一種臺
9.一種電子設(shè)備，其特征在于，所述電子設(shè)備包括存儲器和處理器，該存儲器存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器用于調(diào)用并運(yùn)行所述存儲器中存儲的計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法。
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如上的權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，所述對雷達(dá)基數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到以臺風(fēng)中心為原點(diǎn)的并劃分形成多個扇區(qū)網(wǎng)格的且分布有若干個數(shù)據(jù)點(diǎn)的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)的具體步驟包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，所述臺風(fēng)搜索區(qū)域通過如下方法確定：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，所述基于相鄰時刻的回波強(qiáng)度變化量，獲取處于臺風(fēng)搜索區(qū)域內(nèi)的各扇區(qū)網(wǎng)格在相鄰時刻具有相關(guān)性的對應(yīng)扇區(qū)網(wǎng)格的具體方法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，所述進(jìn)行平流風(fēng)矢量場的反演的具體步驟包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臺風(fēng)風(fēng)場反演方法，其特征在于，所述對反演出的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：江楊，袁松，卞慧敏，邱學(xué)興，許冬梅，葉金印，劉琳，沈菲菲，何志新，謝晨波，
申請(專利權(quán))人：安徽省氣象臺，
類型：發(fā)明
國別省市：
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