[发明专利]天气雷达径向风信息提取及量化分析系统

权利要求书

1.一种天气雷达径向风信息提取及量化分析系统，其特征在于，包括数据预处理模块、径向风分解模块、计算与验证模块；其中，所述数据预处理模块用于对雷达实测径向风数据进行投影、滤波和消噪声处理；所述径向风分解模块用于对数据预处理模块处理后的径向风数据进行风矢量分解和坐标转化处理；所述计算与验证模块用于根据径向风分解模块的分解结果提取雷达径向风场信息；其中：

(1)所述数据预处理模块包括体扫面选择模块、数据滤波模块、误差校正模块、数据消噪声模块；其中：

所述体扫面选择模块用于对原始径向风速度数据场按照体扫面逐一进行筛选，当某一径向风速度数据场中属于缺测和距离折叠的范围大于全场面积的1/3时，该体扫面被从参与继续分析的体扫面序列中剔除,转向对下一个体扫面的筛选；

所述数据滤波模块用于对体扫面选择模块筛选出的径向风速度数据场进行速度等级归并，即将随机风速归并为统一确定的速度等级，每个速度等级代表一个确定的速度范围，以此简化数据特征；

所述误差校正模块用于对数据滤波模块处理后的径向风速度数据中存在的速度模糊问题进行弥补和规范处理，得到等级化的雷达径向风速度场；

所述数据消噪声模块用于对所述等级化的雷达径向风速度场进行空间噪音消除，消除散布的非均匀离散分布的异值风速点和小区斑，即对于等风速带中的噪声进行消噪音处理；

至此，得到经数据预处理后的极坐标中的径向风速度场，并进行存储；

(2)径向风分解模块包括分解模块和第一验证模块；其中：

所述分解模块用于将极坐标中的径向风速度场分解到直角坐标中，形成u、v两个径向风分量场；

所述第一验证模块用于对分解模块的分解效果进行检验；

(3)计算与验证模块包括运算模块、第二验证模块，其中：

所述运算模块用于对分解后的雷达径向风场进行流函数与势函数的迭代求解，获得径向风速度场的流动旋转成分与辐散成分的空间分布形态和表现特征；

所述第二验证模块用于对流函数与势函数运算效果的检验，通过反向计算重建u、v分量场，再与前述分解模块分解获得的u、v径向风分量场进行相关对比，验证迭代运算的收敛与合理。

2.根据权利要求1所述的一种天气雷达径向风信息提取及量化分析系统，其特征在于，还包括一个用于对计算与验证模块所提取的雷达径向风场信息进行分析处理并展示的信息处理模块；所述信息处理模块包括分类存储模块、统计运算模块、图表显示模块；其中：

所述分类存储模块用于依据雷达径向风速度场的流函数和势函数分布特征，对流函数和势函数场进行分类存储；

所述统计运算模块用于针对雷达所监测的天气事件，进行雷达径向风分类信息反映效果的统计；

所述图表显示模块通过制作信息指标图表，对径向风动力特征进行定量化指标化显示。

3.根据权利要求1所述的一种天气雷达径向风信息提取及量化分析系统，其特征在于，所述数据滤波模块的处理包括投影、滤波两步骤，其中，

所述投影步骤具体为：

采用公式V_rs=V_rq*cosα将具有仰角的每一体扫面上的径向风速度场格点数据乘以该体扫面的仰角余弦，即将具有仰角的倾斜体扫面投影到水平面，其中α为体扫面仰角，V_rq代表倾斜体扫面上格点径向风速，V_rs代表水平面上格点径向风速；

所述滤波步骤具体为：

根据PUP处理器中显示系统对径向风场的显示级别，参考MTM算法进行中值滤波，达到每一级中的径向风速度都归并为该级的中值，以此滤除一部分径向风速度数据的随机脉动噪音；其中，

MTM算法的数学表示为：

out_i=average{(x_i)/D_i-δ≤x_i≤D_i+δ,i∈w_i}

其中，out_i为经中值滤波后的输出值，w_i表示选定范围内参与运算的点集合，δ为选定的点值强度区间阈值，x_i为任意点径向风速值，D_i为中值。