一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法和系统与流程

本发明涉及大气科学技术领域，尤其涉及一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法和系统。

背景技术：

为了保证雷达探测的准确性，在定量使用雷达资料前，需要对主要的误差源进行精确的估计。当电磁波在降水介质中传播时，电磁波强度随着距离的增加而减小，即雨致衰减。雨区的衰减常常严重影响了雷达反射率因子zh的气象解释。当频率较大时，比如c波段、x波段，衰减问题就更加突出，必须进行有效的订正，即使在3ghz(s波段)也存在一定的衰减。

在衰减订正方法研究中，由于雨滴谱、温度、粒子形状、地区等因素的影响，ah-kdp和ah-zh关系的系数变化比较大。采用固定的系数，难以完全符合不同地区的不同降水过程，会存在较大的误差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法和系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法，包括：

当获取到双偏振雷达周围设置的多个雨滴谱仪中的至少一个雨滴谱仪的雨滴谱数据时，确定所述至少一个雨滴谱仪处有降水；

根据所述雨滴谱数据进行散射模拟反演得到雷达偏振参量；

根据所述雷达偏振参量拟合ah-kdp和ah-zh关系，得到针对所述双偏振雷达所在区域的参数；

根据所述参数、雷达偏振参量的观测值和预设算法计算得到订正后的雷达反射率因子。

本发明的有益效果是：通过设置在双偏振雷达周围的雨滴谱仪是否采集到雨滴谱数据来判断雨滴谱仪所在区域是否有降水，当判断结果为有降水时，根据雨滴谱数据进行散射模拟反演得到雷达偏振参量，进而拟合得到针对双偏振雷达所在地区的参数，并根据得到的参数、雷达偏振参量的观测值和预设算法对雷达反射率因子进行订正，从而可以基于不同地区的不同降水过程，实现雷达反射率因子的衰减订正和部分遮挡订正，减少误差，确保了雷达资料的有效性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述根据所述雷达偏振参量拟合ah-kdp和ah-zh关系，得到针对目标区域的参数，包括：

通过最小二乘法拟合得到所述参数。

进一步地，通过最小二乘法拟合得到所述参数，包括：

根据下列公式(1)和(2)拟合ah-kdp关系和ah-zh关系，得到所述参数α、a和b，

ah(r)＝αkdp(r)(1)，

ah(r)＝azh(r)^b(2)，

其中，ah(r)为衰减率，kdp(r)为比差分传播相移，zh(r)为未经过衰减的雷达反射率因子，即真值，单位为：mm⁶m^-3，r为距所述双偏振雷达的距离。

采用上述进一步方案的有益效果是：因为参数α、a和b受很多因子影响，不同地区、不同降水过程都不一样，所以通过实时测量的雨滴谱数据散射模拟雷达偏振参量并拟合，以得到更具有地区针对性和降水过程针对性的参数α、a和b，从而减少订正误差。

进一步地，根据所述参数、雷达偏振参量的观测值和预设算法计算得到订正后的雷达反射率因子，包括：

根据zphi降水廓线订正算法和参数α和b，按照下列公式(3)计算得到衰减率ah(r)，

其中，c(b，pia)＝10^0.1bpia-1，pia＝αδφdp，pia为路径衰减，φdp为差分传播相移，且雷达偏振参量zh′(r)、zh′(s)和φdp均为观测值；

根据参数a和b以及计算得到的衰减率ah(r)，按照所述公式(2)计算得到订正后的雷达反射率因子zh(r)。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用参数a和b以及计算得到的衰减率ah(r)，计算得到订正后的雷达反射率因子zh(r)，可以在进行衰减订正的同时，进行部分遮挡订正。

进一步地，还包括：

当未获取到双偏振雷达周围设置的多个雨滴谱仪中的任一个雨滴谱仪的雨滴谱数据时，确定所述多个雨滴谱仪处无降水，并将所述参数确定为默认值。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置在双偏振雷达周围的雨滴谱仪是否采集到雨滴谱数据来判断雨滴谱仪所在区域是否有降水，当判断结果为无降水时，根据参数的先验值、雷达偏振参量的观测值和预设算法对雷达反射率因子进行订正，实现雷达反射率因子的衰减订正和部分遮挡订正，从而确保雷达资料的有效性。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序，实现如上述技术方案所述的双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正系统，包括：

双偏振雷达和其周围设置的多个雨滴谱仪，以及上述技术方案所述的双偏振雷达的雷达反射率因子订正装置，其中，

每个所述雨滴谱仪，用于采集雨滴谱数据，并将采集的所述雨滴谱数据传输给所述雷达反射率因子订正装置；

所述双偏振雷达，用于向所述雷达反射率因子订正装置传输雷达偏振参量的观测值；

所述雷达反射率因子订正装置，用于根据所述雨滴谱数据和雷达偏振参量的观测值，计算得到订正后的雷达反射率因子。

本发明的有益效果是：通过设置在双偏振雷达周围的雨滴谱仪是否采集到雨滴谱数据来判断雨滴谱仪所在区域是否有降水，当判断结果为有降水时，根据雨滴谱数据进行散射模拟反演得到雷达偏振参量，进而拟合得到针对双偏振雷达所在地区的参数，并根据得到的参数、雷达偏振参量的观测值和预设算法对雷达反射率因子进行订正，从而可以基于不同地区的不同降水过程，实现雷达反射率因子的衰减订正和部分遮挡订正，减少误差，确保了雷达资料的有效性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述双偏振雷达为适用于各种波长和各种库长的双偏振雷达。

进一步地，所述多个雨滴谱仪的数量大于3。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述技术方案所述的双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法。

本发明附加的方面及其的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本申请的发明人在衰减订正方法研究中，还发现：地形(如高山)、建筑物、树木等都会造成雷达射线的部分或全部遮挡，这会限制雷达资料的有效覆盖范围，也会造成雷达参量出现偏差。低仰角雷达资料能为准确估测地面降水提供非常有用的信息，但雷达射线的部分或全部遮挡导致部分区域的资料缺失，会限制低仰角雷达资料的有效使用。因此，本发明实施例中在对雷达反射率因子zh进行衰减订正之外，同时进行部分遮挡订正，从而有助于更有效地使用雷达资料。

如图1所示的一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法100，包括：

110、当获取到双偏振雷达周围设置的多个雨滴谱仪中的至少一个雨滴谱仪的雨滴谱数据时，确定至少一个雨滴谱仪处有降水；

120、根据雨滴谱数据进行散射模拟反演得到雷达偏振参量；

130、根据雷达偏振参量拟合ah-kdp和ah-zh关系，得到针对双偏振雷达所在地区的参数；

140、根据参数、雷达偏振参量的观测值和预设算法，计算得到订正后的雷达反射率因子。

具体的，在该实施例中，雷达偏振参量包括：衰减率ah、比差分传播相移kdp和未经过衰减的雷达反射率因子zh，其中，zh的单位为：mm⁶m^-3。

在步骤130中，可以通过最小二乘法拟合得到参数α、a和b，可以根据下列公式(1)和(2)拟合ah-kdp关系和ah-zh关系，得到参数a、a和b，

ah(r)＝αkdp(r)(1)，

ah(r)＝azh(r)^b(2)，

其中，ah(r)为衰减率，kdp(r)为比差分传播相移，zh(r)为未经过衰减的雷达反射率因子，即真值，r为距双偏振雷达的距离。

如图2所示，步骤140具体可以为：

141、根据testud提出的zphi降水廓线订正算法和参数α和b，按照下列公式(3)计算得到衰减率ah(r)，

其中，c(b，pia)＝10^0.1bpia-1，pia＝αδφdp，pia为路径衰减，φdp为差分传播相移，且雷达偏振参量zh′(r)、zh′(s)和φdp均为观测值。

142、根据参数a和b以及计算得到的衰减率ah(r)，按照上述公式(2)计算得到订正后的雷达反射率因子zh(r)。

上述实施例中提供的一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法：通过设置在双偏振雷达周围的雨滴谱仪是否采集到雨滴谱数据来判断雨滴谱仪所在区域是否有降水，当判断结果为有降水时，根据雨滴谱数据进行散射模拟反演得到雷达偏振参量，进而拟合得到针对双偏振雷达所在地区的参数，并根据得到的参数、雷达偏振参量的观测值和预设算法对雷达反射率因子进行订正，从而可以基于不同地区的不同降水过程，实现雷达反射率因子的衰减订正和部分遮挡订正，减少误差，确保了雷达资料的有效性。

可选地，在一个实施例中，如图2所示，方法100还可以包括：

150、当未获取到双偏振雷达周围设置的多个雨滴谱仪中的任一个雨滴谱仪的雨滴谱数据时，确定多个雨滴谱仪处无降水，并将参数确定为默认值。

具体的，在该实施例中，则在步骤140的计算过程中，用到的参数α、a和b采用在先的经验值作为默认固定值，来计算得到衰减率ah(r)和订正后的雷达反射率因子zh(r)。

也就是说，当设置在双偏振雷达周围的雨滴谱仪没有采集到雨滴谱数据时，判断结果为雨滴谱仪所在区域无降水，这时可以根据参数的先验值、雷达偏振参量的观测值和预设算法对雷达反射率因子进行订正，实现雷达反射率因子的衰减订正和部分遮挡订正，从而确保雷达资料的有效性。

应理解，在本发明的上述各实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

上文结合图1和图2，对本发明实施例提供的一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法进行了详细的描述，下面对本发明实施例提供的一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正系统进行详细的描述。

本发明还提供一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序，实现如上述实施例中任一项的双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法。

需要说明的是，本实施例是与上述各方法实施例对应的产品实施例，对于本实施例中各结构的具体功能及可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。

另外，本发明还提供一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正系统，该系统包括：双偏振雷达和其周围设置的多个雨滴谱仪，以及如上述实施例所述的双偏振雷达的雷达反射率因子订正装置。其中，

每个雨滴谱仪用于采集雨滴谱数据，并将采集的雨滴谱数据传输给雷达反射率因子订正装置。双偏振雷达用于向雷达反射率因子订正装置传输雷达偏振参量的观测值。雷达反射率因子订正装置用于根据雨滴谱数据和雷达偏振参量的观测值，计算得到订正后的雷达反射率因子。

需要说明的是，本实施例是与上述装置实施例对应的系统实施例，对于本实施例中雷达反射率因子订正装置的具体功能及可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。

上述实施例中提供的一种双偏振雷达的雷达反射率因子订正系统：通过设置在双偏振雷达周围的雨滴谱仪是否采集到雨滴谱数据来判断雨滴谱仪所在区域是否有降水，当判断结果为有降水时，根据雨滴谱数据进行散射模拟反演得到雷达偏振参量，进而拟合得到针对双偏振雷达所在地区的参数，并根据得到的参数、雷达偏振参量的观测值和和预设算法对雷达反射率因子进行订正，从而可以基于不同地区的不同降水过程，实现雷达反射率因子的衰减订正和部分遮挡订正，减少误差，确保了雷达资料的有效性。

具体的，在该实施例中，双偏振雷达210为适用于各种波长和各种库长的双偏振雷达。也就是说，可以为s、c、x波段的各种型号和各种库长的双偏振雷达。另外，多个雨滴谱仪220的数量大于3。也就是说，位于双偏振雷达210周围的雨滴谱仪220为3台以上，从而确保获取雨滴谱数据的准确性。

在本发明的其他实施例中，还提供一种存储介质，该存储介质中存储有指令，当计算机读取该指令时，使计算机执行如上述实施例中任一项所述的双偏振雷达的雷达反射率因子订正方法。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。