[发明专利]天气雷达径向风信息提取及量化分析系统

说明书

技术领域

本发明涉及现代多普勒天气雷达监测产品—雷达径向风场的信息提取、动力学量化分析与天气信息图形化显示，属于新一代天气雷达探测资料精细化客观定量应用的技术领域。

背景技术

现代天气雷达探测大气环境的局地精细化动态结构与特征,其产品主要为3个通道的信息：回波强度(PPI),径向风速，谱宽。其中回波强度给出探测范围内的云体位置及其移动，直观明了,在日常业务中受到最多关注与使用。径向风虽然给出了风速大小，但由于它仅仅为实际风的部分成分,与实际风并不一致，因此它对实况风场的反映需要经过专业化处理才能提供局域风场的客观信息。因此，在没有有效客观的信息提取方法情况下,主要的应用是某些特定系统的定性识别，因此使用率远不如回波强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是通过对天气雷达径向风信息进行提取、处理、分析与展示的系列流程，定量地反映大气中小尺度环流的径向风局域精细化结构，充分显示雷达径向风含有的风场天气动力信息，为中小尺度天气系统和局地强对流天气的预测预警提供快捷、清晰、量化、直观的参考结论及指标。丰富天气雷达监测产品，有效利用新一代天气雷达的监测预警功能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种天气雷达径向风信息提取及量化分析系统，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。

作为本发明的一种天气雷达径向风信息提取及量化分析系统的进一步优化方案，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。

作为本发明的一种天气雷达径向风信息提取及量化分析系统的进一步优化方案，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：