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专利号: 2022102987671
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:

1.一种复杂地形下雹暴过程中雹胚的生长和降雹阶段的预报方法,其特征在于,所述复杂地形下雹暴过程中雹胚的生长和降雹阶段的预报方法包括:步骤一,采集相关数据,包括探空数据以及X波段双偏振雷达数据,探空数据包括温度对应高度层,X波段双偏振雷达数据包括基本反射率ZH、差分反射率ZDR、差分传播相移KDP、零延迟相关系数ρHV,为下一步质量预处理提供数据;

步骤二,对采集到的数据进行质量预处理,雷达数据质量预处理包括差分相移退折叠、滤波、计算差分相移率和衰减订正,预处理后的数据可进行水成物粒子识别;

步骤三,采用模糊逻辑粒子相态识别算法对预处理后的数据进行水成物粒子识别,得出关键粒子的数量、随时间的变化率、随时间的变率比,最后得出关键粒子的雹胚阶段预测指数,关键粒子包括高密度霰粒子HDG、低密度霰粒子LDG、过冷水SWA;

步骤四,根据雹胚阶段预测指数判断雹胚所处阶段,发布相应的雹暴预警;

采用径向连续性检查处理差分相移折叠,综合小波去噪滤波方法进行滤波,最小二乘法对滤波过后的差分相移计算差分相移率,自适应衰减订正对反射率以及差分反射率进行订正;

所述步骤三具体包括以下步骤:

选取反射率ZH≥45dBZ且0℃至‑20℃高度层厚度H0位于2.5~3.5km的实例,采用模糊逻辑粒子相态识别算法,在垂直方向进行水成物粒子识别;

采用不对称T型函数对雹胚进行识别,输入四个偏振参数ZH、ZDR、KDP、ρHV,并且引入由海平面高度代替的温度参数T;

由各粒子的变化率可得到单位时间的变率比,其计算公式如下:

其中MSWA、MLDG、MHDG分别为SWA、LDG、HDG在垂直方向上的变率比;对反射率作归一化处理,计算公式为 其中MZ为归一化后的反射率,ZH为各个时刻的反射率,MEI为雹暴过程中的最大回波强度;

采用不对称T型函数对雹胚进行识别,输入四个偏振参数ZH、ZDR、KDP、ρHV,并且引入由海平面高度代替的温度参数T具体包括以下步骤:使用加权逻辑模糊算法时,根据公式 得到垂直方向上粒子库数,其中TP(α)为模糊逻辑算法中采用不对称T型函数得到的数值,其基本形式如下:其中X1、X2、X3、X4为函数阈值,x为变量值;

Si为对应ZH、ZDR、KDP、ρHV、T的权重,分别为0.3、0.2、0.1、0.1、0.3,加权后得到毛毛雨DZ、雨RN、低密度霰粒子LDG、高密度霰粒子HDG具体数值及其分布高度;

由模糊逻辑粒子识别算法得出SWA、LDG、HDG在垂直方向上所占库数NSWA、NLDG和NHDG,并计算变化率,并统计垂直方向上回波最大强度MEI和反射率ZH,单位为dBZ;

由模糊逻辑粒子识别算法得出SWA、LDG、HDG在垂直方向上所占库数NSWA、NLDG和NHDG计算变化率的公式为:其中CSWA、CLDG和CHDG为

SWA、LDG、HDG垂直方向上在单位时间内的变化率, 为i时刻过冷水在垂直方向的库数,为从i时刻经历Δt时段后过冷水在垂直方向的库数; 为i时刻低密度霰粒子在垂直方向的库数, 为从i时刻经历Δt时段后低密度霰粒子在垂直方向的库数;

为i时刻高密度霰粒子在垂直方向的库数, 为从i时刻经历Δt时段后高密度霰粒子在垂直方向的库数。

2.如权利要求1所述的复杂地形下雹暴过程中雹胚的生长和降雹阶段的预报方法,其特征在于,所述复杂地形下雹暴过程中雹胚的生长和降雹阶段的预报方法进一步包括:关键粒子库数结合扫描一次雷达数据需6分钟,可计算出关键粒子单位时间变化率,结合变化率的初始时刻关键粒子库数,可得变化率单位时间变率比;垂直方向上的反射率与雹暴内最大回波强度,可得归一化后的反射率;

三种关键粒子的变率比以及归一化后的反射率,权重分为0.2、0.3、0.3、0.2,通过权重加权公式,可获取关键粒子的雹胚阶段预测指数;

对2018年和2019年的雹暴实例进行分析,数据表明0.25可作为该地区的雹胚阶段预测指数阈值,将得到的雹胚阶段预测指数与与0.25的雹胚阶段预测指数阈值比对,若雹胚阶段预测指数>0.25时,雹胚处于发展阶段并发布冰雹预警,若雹胚阶段预测指数≤0.25时,雹胚处于已生成冰雹或雹暴处于降雹阶段。

3.如权利要求1所述的复杂地形下雹暴过程中雹胚的生长和降雹阶段的预报方法,其特征在于,所述步骤二具体包括以下步骤:对雷达数据进行预处理,包括差分相移退折叠、滤波、计算差分相移率和衰减订正;

初步筛选出反射率ZH≥45dBZ的实例;

从探空数据中得到的具体温度对应高度层,通过插值可得到0℃温度层对应海拔高度H0、‑20℃温度层对应海拔高度HD以及0℃至‑20℃高度层厚度HS,计算公式HS=HD‑H0,筛选出HS位于2.5~3.5km的实例。

4.如权利要求1所述的复杂地形下雹暴过程中雹胚的生长和降雹阶段的预报方法,其特征在于,所述步骤四具体包括以下步骤:通过权重加权公式 得出雹胚阶段预测指数,其中Mis包含过冷水变率比MSWA、低密度霰粒子变率比MLDG、高密度霰粒子变率比MHDG、归一化后的反射率MZ,各个参数的权重P为0.2、0.3、0.3、0.2;

根据雹胚阶段预测指数HT的值判断雹胚所处的阶段,当HT≤0.25时,雹胚处于已生成冰雹或雹暴处于降雹阶段,当HT>0.25时,雹胚处于发展阶段并发布冰雹预警。

5.一种计算机设备,其特征在于,所述计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行权利要求1~

4任意一项所述复杂地形下雹暴过程中雹胚的生长和降雹阶段的预报方法。

6.一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,使得所述处理器执行权利要求1~4任意一项所述复杂地形下雹暴过程中雹胚的生长和降雹阶段的预报方法。

7.一种信息数据处理终端,其特征在于,所述信息数据处理终端用于实现权利要求1~

4任意一项所述的复杂地形下雹暴过程中雹胚的生长和降雹阶段的的预报方法。