一种多普勒天气雷达电磁干扰数据质量控制方法与流程

1.本发明涉及气象数据处理技术领域，尤其涉及一种多普勒天气雷达电磁干扰数据质量控制方法。


背景技术：

2.由于多普勒天气雷达受到扫描波段、扫描方式、客观条件，例如地形、生物、大气折射率原因，造成存在多普勒天气雷达反射率数据中存在非气象回波，即由非降水粒子造成的反射率回波数据。这些数据会对判断降水回波范围、强度、结构等产生干扰，因此需要通过质量控制算法进行判断去除。
3.目前对径向电磁干扰回波的质量控制通过风暴核识别方法、孤立点滤波法、功率法方法进行，但存在无法识别超过5个连续方位角径向电磁干扰、需要人工介入调参、误识别层状云降水回波问题。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种多普勒天气雷达电磁干扰数据质量控制方法。
5.根据本发明的一个方面，提供了一种多普勒天气雷达电磁干扰数据质量控制方法，所述控制方法包括：
6.步骤s1：获取多普勒天气雷达基数据，提取径向反射率数据，记为第i条径向数据，所述径向数据为一维数据，按距离从雷达站到最远探测距离由近到远排列，单位为dbz；
7.步骤s2：将第i条径向数据按距离顺序每p个距离库划分为一段，并计算径向连续分布指数rd；
8.步骤s3：使用截取方法，提取第i条径向数据作为诊断数据ni；
9.步骤s4：计算诊断数据ni与诊断函数y的相关系数r，计算公式为：
[0010][0011]
其中，cov表示协方差，var表示方差；
[0012]
步骤s5：当满足rd》a，且r》b时，则确定第i条径向数据为电磁干扰数据，其中a和b是人为设定的，a∈[0,1]，b∈[-1,1]；
[0013]
步骤s6：重复步骤s1至步骤s5，判断多普勒天气雷达基数据的每一条所述径向数据是否为电磁干扰数据，若是，则去掉所述径向数据进行质量控制。
[0014]
可选的，所述步骤s2中，p＝10，将雷达按距离顺序每10个距离库划分为一段。
[0015]
可选的，所述步骤s2中，根据式(1)(2)计算径向连续分布指数rd：
[0016]
[0017][0018]
其中，d为雷达扫描总距离库数，q为距离库段的数量，pj为第j段数据，若pj中包含反射率数据，则pj＝1，否则pj＝0。
[0019]
可选的，所述截取方法具体包括：计算距雷达站200距离库内反射率的最小值所在距离库位置，为最小距离库位置；
[0020]
截取所述最小距离库位置至最远距离库的数据。
[0021]
可选的，所述诊断函数y的计算公式为式(3)：
[0022]
y＝logm(x),x＝[1,2,3,
…
,d-1,d]
ꢀꢀꢀ
(3)
[0023]
其中x为一维数组，d为诊断数据ni的距离库数，m为对数的底数。
[0024]
可选的，所述步骤s5中，a取值0.8，b取值0.8，同时满足rd》0.8，且r》0.8时，确定第i条径向数据为径向电磁干扰数据。
[0025]
本发明提供的一种多普勒天气雷达电磁干扰数据质量控制方法，所述控制方法包括：通过划分多段径向数据识别径向上存在随距离均匀分布的反射率回波，利用数学统计方法构建诊断函数，根据径向反射率分布情况及与诊断函数的相关系数联合判断是否为径向电磁干扰回波，该方法能够正确的识别电磁干扰回波，对多普勒天气雷达数据进行质量控制。
[0026]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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它的附图。
[0028]
图1为本发明实施例提供的一种多普勒天气雷达电磁干扰数据质量控制方法的流程示意图；
[0029]
图2为本发明实施例提供的0.48
°
仰角气象回波分布图；
[0030]
图3为本发明实施例中的0.48
°
仰角气象回波质量控制后分布图。
具体实施方式
[0031]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0032]
本发明的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。
[0033]
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0034]
如图1所示的流程示意图，本发明实施例的多普勒天气雷达电磁干扰数据质量控制方法，控制方法步骤包括：
[0035]
步骤s1：读取2021年09月16日某多普勒天气雷达站0.48
°
仰角反射率数据，提取该仰角反射率的某一方位角径向数据，记为第i条径向数据，所述径向数据是一维数据，按距离雷达站从近到远排列，单位为dbz。
[0036]
多普勒天气雷达的扫描方式为逐仰角、逐方位角扫描，观测时先固定仰角，然后在固定仰角扫描约360个方位角的径向数据，再抬高仰角后进行方位角扫描，依次完成全部扫描模式设定的仰角扫描。多普勒天气雷达的扫描最小数据单位为距离库，每一个距离库中包含一个数据点，对于本实施例中使用的数据，扫描半径为230km，空间分辨率为250m，每条径向数据包含960个距离库。
[0037]
步骤s2：将第i条径向数据按距离顺序每p个距离库划分为一段，p＝10，即将雷达按距离顺序每10个距离库划分为一段，并根据公式(1)(2)计算径向连续分布指数rd：
[0038][0039][0040]
其中d表示雷达扫描总距离库数，本用例数据的每条径向数据有960个距离库。q为距离库段的数量，共划分为96段距离库段，pj为第j段数据，若pj中包含反射率数据，则pj＝1，否则pj＝0。
[0041]
电磁干扰回波并不总是从雷达站到最远距离库全部有值，有的电磁干扰回波在径向上呈现离散式间断分布，对数据按距离库分段，能够有效避免间断分布造成的电磁干扰回波遗漏。
[0042]
步骤s3：使用截取方法截取诊断数据，计算距雷达站200距离库内反射率的最小值所在距离库位置，截取该距离库至最远距离库的数据作为诊断数据ni。
[0043]
天气雷达反射率中的非气象回波，除了电磁干扰回波外，还包括晴空回波，大面积的晴空回波会造成诊断函数失效，因此需要通过截取的方法减少晴空回波对电磁干扰回波判断的影响。
[0044]
步骤s4：计算诊断数据ni与诊断函数y的相关系数r，计算公式为：
[0045]
cov表示协方差，var表示方差；
[0046]
诊断函数y的计算公式为式(3)：
[0047]
y＝logm(x),x∈[1,d]
ꢀꢀꢀ
(3)
[0048]
其中x为实数，d为诊断数据ni的距离库数，m为对数的底数。取m＝e，则公式(3)也可以写为：
[0049]
y＝loge(x)＝ln(x)
[0050]
步骤s5：当满足rd》0.8，且r》0.8时，则确定第i条径向数据为电磁干扰数据。
[0051]
步骤s6：重复步骤s1至s4，判断每一个雷达仰角的每一个方位角径向数据是否为
电磁干扰数据，若是，则进行质量控制，去掉对应的所述径向数据。
[0052]
原始多普勒雷达0.48
°
仰角反射率分布如图2所示，进行电磁干扰质量控制后0.48
°
仰角反射率分布如图3所示。本发明对径向分布的电磁干扰有较好的识别和质量控制效果，并且能够排除晴空回波、地物回波对电磁干扰回波的判断干扰。
[0053]
有益效果：本发明通过划分多段径向数据识别径向上存在随距离均匀分布的反射率回波，利用数学统计方法构建诊断函数，根据径向反射率分布情况及与诊断函数的相关系数联合判断是否为径向电磁干扰回波，该方法能够正确的识别电磁干扰回波，对多普勒天气雷达数据进行质量控制。
[0054]
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。