一种修正多普勒天气雷达回波衰减的方法

摘要

本发明公开一种修正多普勒天气雷达回波衰减的方法，该方法利用雷达回波的特性，并通过分析当前雷达与邻近雷达站在同一时刻等高面位置的回波重叠区域的回波交叉相关系数，寻求当前天气状况下最优的函数参数，进而得到一个最优的回波增益函数，由此函数计算出合理增益后的雷达回波强度值，对多普勒天气雷达回波衰减进行有效修正，其结果更接近大气的实际状况。

主权项

一种修正多普勒天气雷达回波衰减的方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)设雷达A为需进行回波衰减修正的多普勒天气雷达，选取与雷达A地理位置相邻且型号相同的雷达B，并随机选取这两部雷达在有强对流天气过程时同一时刻的雷达基数据文件；(2)对雷达A基数据文件中回波强度数据通过公式(2)和公式(3)由极坐标系转换为平面直角坐标系形式，其中，公式(3)表示极坐标系下任一点(θ,r)与平面直角坐标系下(x,y)之间的坐标对应关系；再将由公式(2)计算得到的回波强度值按公式(1)进行修正，公式(1)中两个可变参数h和a分别按各自的步长递增取值，得到多组随h和a参数值变化而变化的修正回波强度值P_(x,y)；其中各公式如下：回波强度值修正公式为$P_{(x,y)}=P_{(\theta ,r)}=\frac{{P^{,}}_{(\theta ,r)}}{e^{-1\times \underset{j=1}{\overset{r}{\Sigma }}{\mathrm{hP}}_{(\theta ,j)}^a}}---\left(1\right),$平面直角坐标系下任一点的回波强度值计算公式为极坐标系与平面直角坐标系转换关系为$\left\{\begin{array}{c}\theta =\frac{\arcsin \left(\frac{x-X_0}{r}\right)·180}{\pi }\\ r=\sqrt{x^2+y^2}\end{array}\right.---\left(3\right),$式中，点(θ，r)为上述雷达A基数据文件中的某一仰角下的任意一点，θ表示该点的方位角，r为该点与雷达A中心点之间的距离，方位角θ∈[0,360]且以正北方向为0度，点(x，y)为点(θ，r)对应在平面直角坐标系中的坐标；P_(x,y)和P_(θ,r)表示该点修正后的回波强度值，前者是平面直角坐标系，后者是极坐标系；P’_(x,y)和P’_(θ,r)表示采用公式(2)计算出的该点处的回波强度值，前者是平面直角坐标系，后者是极坐标系；h和a为可变参数，h∈[1×10^‑7,1×10^‑6]，步长为1×10^‑7；a∈[0.5,1.5]，步长为0.1；表示当前仰角下点以为方位角，距离雷达i处的点的回波强度值，该值也由雷达A的基数据文件中得到；P_(θ,j)表示当前仰角下与点(θ,r)同一径向上距离雷达j处的回波强度值，j作为计算中的变量，在公式(1)中j取值为[1,r]；在X₀，Y₀是平面直角坐标系下雷达A中心点坐标；按上述方法，对雷达A的基数据文件中9个仰角的回波强度分别进行修正，再选取一个特定高度，利用上述求得的9个仰角的所有结果，采用通用的插值算法计算出雷达A在该等高面上的修正后的回波强度PA；(3)对雷达B基数据进行相同的处理，得到雷达B与步骤(2)中相同等高面的修正后的回波强度PB；(4)划定上述两部雷达扫描重叠区域，划定的方式为：根据两部雷达的地理位置计算两者的经纬度坐标差，由该差值计算对应到平面直角坐标系中的△x和△y，将△x和△y分别定义为m和n，由m和n所构成的区域即为一个矩形；通过公式(4)，计算由上述步骤(2)和步骤(3)分别得到的修正后的雷达A等高面回波强度与雷达B等高面回波强度在此重叠矩形区域内的相关系数；相关系数计算公式为${\gamma }_{(a,h,k)}=\frac{\underset{z=-k}{\overset{k}{\Sigma }}\underset{x=0}{\overset{m+z}{\Sigma }}\underset{y=0}{\overset{n+z}{\Sigma }}(P{0}_{(x,y)}-\overline{P0})(P{1}_{(x,y)}-\overline{P1})}{\sqrt{\underset{z=-k}{\overset{k}{\Sigma }}\underset{x=0}{\overset{m+z}{\Sigma }}\underset{y=0}{\overset{n+z}{\Sigma }}{(P{0}_{(x,y)}-\overline{P0})}^2.\underset{z=-k}{\overset{k}{\Sigma }}\underset{x=0}{\overset{m+z}{\Sigma }}\underset{y=0}{\overset{n+z}{\Sigma }}{(P{1}_{(x,y)}-\overline{P1})}^2}}---\left(4\right)$式中，P0_(x,y)和P1_(x,y)分别表示该等高面处雷达A和雷达B在上述矩形范围内某一点修正后回波强度，即P0_(x,y)∈PA，P1_(x,y)∈PB，表示雷达A在上述等高面的矩形区域内所有点的修正后回波强度的平均值；同理，表示雷达B在上述等高面的矩形区域内所有点的修正后回波强度的平均值；k为一个距离调整参数，取值范围为k∈[0,19]的整数，步长为1；(5)设定k的范围，对γ_(a,h,k)在取不同的k、a和h进行取值时，由公式(4)分别计算出得到一个相关系数γ_(a,h,k)，记录下γ_(a,h,k)值最大时a和h的值，即为雷达A在当前大气状况下的最佳参数，将此时a和h值代入公式(1)计算出的P_(x,y)或P_(θ,r)即为雷达A衰减修正最佳的回波强度值。