[发明专利]基于两种雷达的大气运动垂直速度检测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及大气科学技术领域，特别涉及一种基于风廓线雷达及云雷达的大气运动垂直速度检测方法及系统。

背景技术

风廓线雷达是通过向高空发射不同方向的电磁波束，接收并处理这些电磁波束因大气垂直结构不均匀而返回的信息进行高空风场探测的一种遥感设备。风廓线雷达利用多普勒效应能够探测其上空风向、风速等气象要素随高度的变化情况，具有探测时空分辨率高、自动化程度高等优点。风廓线雷达能够提供以风场为主的多种数据产品，其基本数据产品包括径向速度、谱宽、信噪比、水平风向、水平风速、垂直速度和反映大气湍流的折射率结构常数cn2等的廓线。

风廓线雷达采用多普勒技术可以获得大气运动相对于雷达的径向速度，通过进行多射向的速度测量，在一定的假定条件下可估测出回波信号所在高度上的风向、风速和垂直运动，从而获取大气风廓线资料。

如图1a所示，在晴好天气的情况下，风廓线雷达的探测精度较高，风廓线雷达测得的径向速度V_r是大气的垂直运动速度w；但在降水天气的情况下，风廓线雷达对降水粒子非常敏感，因此，在降水条件下特别是在对流性降水条件下风廓线雷达测风性能会受到影响。如图1b所示，当有降水粒子存在时，由于其后向散射信号常常大于大气湍流的散射，按照风廓线雷达检测多普勒谱中最大信号(Spectral Peak)的方法，测得的V_r是降水粒子下落速度v_p，从而造成测风误差，Wuertz等人(1988)分析了降水对风廓线雷达探测精度的影响，得到的结果是：在均匀性降水条件下精度为2m/s，是晴空条件下1m/s的精度的两倍，在随时间和空间变化剧烈的降水条件下，其探测误差达到4m/s以上，原因是垂直运动速度修正不合理和降水的不均匀。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于两种雷达的大气运动垂直速度检测方法及系统，能修正降水条件下风廓线雷达探测到的大气垂直运动速度，提高降水条件下风廓线雷达探测大气运动的准确度。

为达到上述目的，本发明提出了一种基于两种雷达的大气运动垂直速度检测方法，两种雷达分别为风廓线雷达及云雷达，包括以下步骤：

步骤S1：将风廓线雷达及云雷达的天线均指向探测区的天空，通过风廓线雷达探测得到包括大气运动垂直速度及降水粒子垂直运动速度的垂直速度谱，并通过云雷达探测得到降水粒子运动垂直速度谱；

步骤S2：将风廓线雷达探测得到的垂直速度谱及云雷达探测得到降水粒子运动垂直速度谱输出至数据处理器；

步骤S3：所述数据处理器根据云雷达探测到的降水粒子运动垂直速度谱得到降水粒子运动垂直速度V_r及降水粒子运动垂直速度谱的谱宽σ_w，并将风廓线雷达探测得到的垂直速度谱中(V_r-σ_w，V_r+σ_w)或(V_r-σ_w/2，V_r+σ_w/2)区间定位为检测屏蔽区；

步骤S4：所述数据处理器在所述检测屏蔽区以外对所述风廓线雷达探测得到的垂直速度谱进行检测处理得到大气垂直运动速度。

进一步，在上述基于两种雷达的大气运动垂直速度检测方法中，所述步骤S4具体包括：

所述数据处理器检测所述风廓线雷达探测得到的垂直速度谱中检测屏蔽区外的速度功率值，选取风廓线雷达的功率最大值对应的速度值为大气垂直运动速度。

另，本发明还提供一种基于两种雷达的大气运动垂直速度检测系统，包括：风廓线雷达、云雷达及连接于所述风廓线雷达、云雷达的数据处理器，所述风廓线雷达、云雷达的天线均指向探测区的天空，所述风廓线雷达用于探测得到包括大气运动垂直速度及降水粒子垂直运动速度的垂直速度谱；

所述云雷达用于探测得到降水粒子运动垂直速度谱；

所述数据处理器用于根据云雷达探测到的降水粒子运动垂直速度谱得到降水粒子运动垂直速度V_r及降水粒子运动垂直速度谱的谱宽σ_w，并将风廓线雷达探测得到的垂直速度谱中(V_r-σ_w，V_r+σ_w)或(V_r-σ_w/2，V_r+σ_w/2)区间定位为检测屏蔽区；