【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及人工影響天氣，具體為一種基于逐層迭代方式的人工增雨雪效果評估方法。
技術介紹
1、采用飛機或火箭進行冷云增雨雪作業是目前人工影響天氣的主要業務之一，但對其作業效果的評估目前仍然極具挑戰性。目前，對冷云增雨雪的效果評估主要是基于有可顯示催化效果的個例進行的，但實際業務中，在大部分個例的觀測中難以直觀地看出可顯示催化效果，或效果較為模糊，這是由于人工作業的效果常常被掩蓋在降水的自然變率中，從而無法知道播撒層的催化劑對云系產生什么影響。
2、冷云增雨雪的基本假設是人工播撒的催化劑能增加播撒層的冰晶數濃度，冰晶通過貝吉龍過程等長大并下落。因此，對冷云增雨雪進行效果評估，首先需要作業后云內冰晶數濃度增加，再檢驗其影響是否能反應到播撒層下方各層的雷達反射率上。一般來說，有如下5種可能性，（1）催化劑沒有使冰晶數濃度增加，說明云系條件不利于催化劑核化；（2）人工作業使冰晶數濃度增加，但播撒層下方雷達反射率沒有任何響應，說明冰晶沒有長大或增長速率太慢，通常受限于過冷水太少或溫度不合適；（3）人工播撒增加的冰晶只讓播撒層或下方部分區域的雷達反射率產生影響，地面以上大部分區域沒有可顯示信號，說明這些區域的微物理特征受到播撒層冰晶的影響不大，且自然變率較大；（4）播撒層增加的冰晶可以一直影響到地面，但是信號被掩蓋在自然變率中；（5）播撒層增加的冰晶不僅可以一直影響到地面，而且能產生可顯示的信號。目前針對飛機增雨雪作業的效果評估，只對第5種情況有較多研究，但更多情況下更符合（1）-（4）。
3、上述（3）-（4）的
技術實現思路
1、基于此，本專利技術的目的是提供一種基于逐層迭代方式的人工增雨雪效果評估方法，該方法具有計算高效、穩定的特點，對一次過程的評估，可在1分鐘內計算完成，適合用于大規模業務化應用。此外，該方法不僅適用于有可顯示播云效果的個例，還適用于沒有可顯示播云效果個例的效果評估，解決了人工增雨雪效果評價局限、易被降水自然變率掩蓋，無法高效、穩定、定量、大規模應用的對增雨雪效果進行評價的技術問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：一種基于逐層迭代方式的人工增雨雪效果評估方法，包括：
3、步驟一：采用高分辨率數值模式確定催化劑擴散軌跡和受影響區域，飛機觀測數據覆蓋受影響區域，飛機觀測數據包括所述受影響區域背景冰晶數濃度和催化劑條件下的冰晶數濃度；
4、步驟二：從觀測數據中讀取播撒層冰晶數濃度，計算播撒層l0冰晶數濃度和位于下方的第一層l1雷達反射率因子之間的相關性，并進行顯著性檢驗，若通過檢驗，則基于多項式擬合法建立播撒層l0冰晶數濃度和第一層l1雷達反射率因子之間的關系式；
5、步驟三：逐層計算播撒層到地面各相鄰兩層之間雷達反射率因子的相關系數，并進行顯著性檢驗，若通過檢驗，則基于多項式擬合法建立相鄰兩層雷達反射率因子之間的關系式；
6、步驟四：采用高分辨率數值模式模擬催化劑的擴散，讀取飛機觀測數據中受影響區域的冰晶數濃度，代入步驟二和步驟三建立的關系式，逐層迭代計算各層雷達反射率因子，根據各層雷達反射率因子計算降水率；
7、步驟五：將觀測到的背景冰晶數濃度代入步驟二和步驟三建立的關系式，逐層迭代計算各層反射率因子，并通過z-i方程計算降水率，通過比較步驟四和步驟五得到的降水率，定量評估人工增雨雪效果。
8、進一步地，步驟四中計算降水率的過程包括讀取觀測數據中的播撒層l0的冰晶數濃度，代入步驟二得到的關系式中，得到第一層l1的雷達反射率因子r1，基于雷達反射率因子r1及步驟三的相互系數，逐層迭代計算得到各層雷達反射率因子。
9、通過引入相互系數，能夠更精確的調整雷達反射率因子，從而得出更準確的各層雷達反射率因子，進一步提高評估的準確性。
10、進一步地，播撒層l0冰晶數濃度與第一層l1雷達反射率因子之間相關系數r為：
11、?????????????????????????????（1）；
12、其中，xi表示播撒層l0冰晶數濃度數據中第i個樣本，yi表示第一層l1雷達反射率因子第i個樣本，，表示n個樣本的平均數。
13、進一步地，采用t檢驗法進行相關系數r的顯著性檢驗，其公式為：
14、?????????????????????????????????????????（2）；
15、其中，n表示樣本數。
16、進一步地，根據z-i關系將計算得到的近地面反射率得出降水率并繪制反射率廓線圖。
17、通過底面反射率和降水率的映射關系，能夠快速地計算出降水率，具有高效、穩定的特點。
18、進一步地，步驟五中計算降水率的過程包括讀取未受到催化劑影響區域的平均冰晶數濃度，重復步驟四中計算雷達反射率因子的過程，將不播撒催化劑情況下的降水率與受催化劑影響的降水率相減或可視化進行比較。
19、通過數值相減或可視化比較，能夠快速得出增雨雪效果如何，具有處理時間短、直觀、高效的特點。
20、進一步地，播撒層下方附近的冰晶數濃度需要采用飛機原位觀測來獲取，飛機沿催化劑擴散方向進行探測，采用2d-c或cip、2d-p或pip觀測冰晶數濃度，包括背景冰晶數濃度和受到催化劑影響區域的冰晶數濃度，以及采用fssp或cdp和熱線探頭來輔助判斷是否有充足過冷水支持冰晶生長，各探頭基本功能如下：
21、云降水粒子探頭2d-c或cip：觀測直徑為50-2000微米的云與降水粒子二維圖像；
22、降水粒子探頭2d-p或pip：觀測直徑大于2000微米的降水粒子二維圖像；
23、云粒子譜探頭fssp或cdp：觀測直徑為1-50微米的云滴粒子譜；
24、熱線液態含水量儀：觀測云中云滴液態含水量。
25、這些探頭可以探測到微米級別的云滴和冰晶，適用于云層內，溫度范圍在-80℃-50℃，適用范圍廣，可以適用任何探測角度，能夠滿足各種工況條件，具有優異的探測性能和適應性。
26、進一步地，播撒層到地面各高度層的雷達反射率，需要雷達體掃、或rhi掃描、或機載雷達觀測數據。
27、通過采用上述技術方案，播撒層到地面各高度層的雷達反射率，需要雷達體掃、或rhi掃描、或機載雷達觀測數據。雷達應觀測到播撒區及其下風向的云降水系統，最終獲得沿著觀測飛機飛行方向的剖面數據。通過該剖面的雷達反射率，可以本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于逐層迭代方式的人工增雨雪效果評估方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟四中計算降水率的過程包括讀取觀測數據中的播撒層L0的冰晶數濃度，代入步驟二得到的關系式中，得到第一層L1的雷達反射率因子r1，基于雷達反射率因子r1及步驟三的相關系數，逐層迭代計算得到各層雷達反射率因子。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：播撒層L0冰晶數濃度與第一層L1雷達反射率因子之間的相關系數r為：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：采用t檢驗法進行相關系數r的顯著性檢驗，其公式為：
5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：根據Z-I關系將計算得到的近地面反射率得出降水率并繪制反射率廓線圖。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟五中計算降水率的過程包括讀取未受到催化劑影響區域的平均冰晶數濃度，重復步驟四中計算雷達反射率因子的過程，將不播撒催化劑情況下的降水率與受催化劑影響的降水率相減或可視化進行比較。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：播撒層下方附近的冰
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于：所述播撒層到地面各高度層的雷達反射率，需要雷達體掃、或RHI掃描、或機載雷達觀測數據。
9.根據權利要求6所述的方法，其特征在于：每臺雷達探測半徑約為230?km，分辨率為250?m，波束寬度為1度，雷達每6分鐘完成一次體掃，包括0.5度、1.5度、2.4度、3.4度、4.3度、6.0度、9.9度、14.6度和19.5度9個仰角。
10.根據權利要求6所述的方法，其特征在于：雷達波段為X波段、Ka波段、W波段。
...【技術特征摘要】
1.一種基于逐層迭代方式的人工增雨雪效果評估方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟四中計算降水率的過程包括讀取觀測數據中的播撒層l0的冰晶數濃度，代入步驟二得到的關系式中，得到第一層l1的雷達反射率因子r1，基于雷達反射率因子r1及步驟三的相關系數，逐層迭代計算得到各層雷達反射率因子。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：播撒層l0冰晶數濃度與第一層l1雷達反射率因子之間的相關系數r為：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：采用t檢驗法進行相關系數r的顯著性檢驗，其公式為：
5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：根據z-i關系將計算得到的近地面反射率得出降水率并繪制反射率廓線圖。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟五中計算降水率的過程包括讀取未受到催化劑影響區域的平均冰晶數濃度，重復步驟四中計算雷達反射率因子的過程，將不播撒催化劑情況下的降水率與...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳欣聯，楊璟，景曉琴，祁韻嘉，
申請(專利權)人：南京信息工程大學，
類型：發明
國別省市：
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