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专利号: 2020105290699
申请人: 成都信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种雹云单体发展过程中雹胚形成及冰雹增长的预报方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、采集相关数据,包括偏振雷达涉及的偏振相关数据,包括:反射率ZH、差分传播相移φDP,差分反射率ZDR、差分传播相移率KDP、零滞后互相关系数ρHV;以及WRF模式模拟数据相关提取量,包括风暴相对螺旋度SRH、风暴最大上升速度Wmax、霰粒子、冰晶粒子和雪晶粒子以及过冷云水的质量混合比;

S2、对经过步骤S1提取的偏振相关数据进行质量控制,通过偏振相关数据与模式模拟数据进行对比验证,获取可靠的模拟数据;

S3、对经过步骤S2对比验证后的模式模拟数据的相关输出量进行技术提取,对已经获取的偏振相关数据利用模糊逻辑粒子相态识别算法进行相态识别;

S4、对经过步骤S1、S2、S3后得到相态识别结果以及模式输出量进行计算,最终得到雹胚形成指数及降雹指数从而确定雹胚形成阶段及降雹阶段,并获取相应雹胚增长速率和成雹速率。

2.根据权利要求1所述的一种雹云单体发展过程中雹胚形成及冰雹增长的预报方法,其特征在于,步骤S2包括:S21、质量控制;步骤S21包括步骤S211和S212;

S211,差分相移退折叠;即对前后径向差分传播相移φDP进行连续性检查,保证可测量范围被限制在180°间隔范围内;

S212,滤波;即对退折叠后的差分传播相移φDP进行综合小波去噪;步骤S212包括步骤S2121和步骤S2122;步骤S2121为资料识别:利用模糊逻辑算法对φDP进行识别;步骤S2122为逐步订正:将超出±2°的φDP限制在±2°范围内,对反射率ZH及差分反射率ZDR通过自适应约束算法进行衰减订正;

S22、初步筛选出偏振相关数据及模式模拟中反射率ZH≥45dBZ的个例;

S23、偏振相关数据中冰晶粒子CR的最低海拔高度及最高海拔高度差值为HOCR;偏振相关数据中雪晶粒子AG的最低海拔高度及最高海拔高度差值为HOAG;偏振相关数据中过冷云水RA的最低海拔高度及最高海拔高度差值为HORA;模式模拟中冰晶粒子CR的最低海拔高度及最高海拔高度差值为HSCR;模式模拟中雪晶粒子AG的最低海拔高度及最高海拔高度差值为HSAG;模式模拟中过冷云水RA的最低海拔高度及最高海拔高度差值为HSRA;

S231、偏振相关数据及模式模拟结果中冰晶粒子CR的对应高度差值为HSCR-HOCR;偏振相关数据及模式模拟结果中雪晶粒子AG的对应高度差值为HSAG-HOAG;偏振相关数据及模式模拟结果中过冷云水RA的对应高度差值为HSRA-HORA;

S232、对HSCR-HOCR、HSAG-HOAG、HSRA-HORA分别赋予0.2,0.4,0.4的权重进行加权,将满足此绝对值|0.2(HSCR-HOCR)+0.4(HSAG-HOAG)+0.4(HSRA-HORA)|≥0.5的阈值条件判定为偏振相关数据与模式模拟结果相符合的结果。

3.根据权利要求2所述的一种雹云单体发展过程中雹胚形成及冰雹增长的预报方法,其特征在于,步骤S3包括以下步骤:S31、选取反射率ZH≥45dBZ的三维对流空间范围内进行提取WRF模式相关输出量,并获取关键粒子权重,通过权重加权公式 得出雹胚形成阈值指数及降雹阈值指数,公式 中,其中:M为权重0.1、0.25、0.25、0.4,Tis为符合限定条件的各水成物粒子最值范围;

S32、观测利用模糊逻辑粒子相态识别算法,采用不对称梯形函数作为隶属函数对雹胚及冰雹进行识别,输入参量为偏振相关量ZH、ZDR、KDP、ρHV以及环境温度参量T;

其中,x1、x2、x3、x4为阈值参数,x为变量值;

S321、通过模糊逻辑算法,根据公式 其中Mis为各偏振相关量权重,Ai

为最终获得粒子识别结果即库数值;

冰雹HA的权重对应ZH、ZDR、KDP、ρHV分别为0.4、0.3、0.2、0.1;

低密度霰LDG的权重对应ZH、ZDR、KDP、ρHV、T分别为0.3、0.2、0.1、0.1、0.3高密度霰HDG的权重对应ZH、ZDR、KDP、ρHV、T分别为0.3、0.2、0.1、0.1、0.3对应加权得到HA、LDG、HDG具体值;

S322、获取m时段内,低密度霰形成速率SLDG、高密度霰形成速率SHDG;

其中,LDGt是t时刻时低密度霰粒子所占的库数;LDGt+m是经过m时间段后低密度霰粒子所占库数;HDGt是t时刻高密度霰粒子所占的库数;HDGt+m是经过m时间段后高密度霰粒子所占库数。

4.根据权利要求3所述的一种雹云单体发展过程中雹胚形成及冰雹增长的预报方法,其特征在于,步骤S31包括:从选定区域内部获取低层[0-3km]范围内,区间在[90,150]范围内部的风暴相对螺旋度的最大值SRHmax,获取单体内部区间值在[9,Wmax]上升速度值中最大速度Wmax,并保证在满足条件①90≤SRH≤SRHmax及满足条件②9≤W≤Wmax,获取模式输出量中冰晶的质量混合比最大值CRmax、最小值CRmin,获取雪晶质量混合比最大值AGmax、最小值AGmin,获取过冷云水(在0℃层上方)质量混合比最大值RAmax、最小值RAmin,获取霰粒子质量混合比最大值GRmax、最小值GRmin;最终得到各水成物粒子区间:CR[CRmin,CRmax]、AG[AGmin,AGmax]、RA[RAmin,RAmax]、GR[GRmin,GRmax];所选取的CR、AG、RA、GR的质量混合比值应当符合各对应最值区间范围。

5.根据权利要求4所述的一种雹云单体发展过程中雹胚形成及冰雹增长的预报方法,其特征在于,在步骤S4中,包括:S41、雹胚增长速率确定;通过公式 确定雹胚增长速率SGR,其中,M为权重,设置为0.5、0.5;Sit为SLDG和SHDG在m时段内的库数变化率,即低密度霰LDG和高密度霰HDG两种雹胚各自的形成速率,进行权重加权后设定为雹胚增长速率SGR;

S42、冰雹形成速率确定;获取m时段内,冰雹形成速率SHA;

其中,HAt是t时刻冰雹粒子所占库数;HAt+m是经过m时间段后冰雹粒子所占库数;

S43、雹胚的形成阶段和降雹阶段确定;公式 中,当1.5≤HF<3时为雹胚的

形成阶段;当HF≥3时为降雹阶段。