[发明专利]多普勒雷达风速资料的填补方法

摘要

本发明公开了一种多普勒雷达风速资料的填补方法，其方法包括以下步骤：第一步：多普勒雷达以低仰角α扫描收集覆盖雷达站探测范围的大面积降水过程或睛空回波的雷达样本数据，所述雷达样本数据为极坐标下某一距离圈上随方位角分布的径向速度V_r0(θ)，该径向速度V_r0(θ)由回波区A的径向速度V^/_r0(θ)和缺测的无回波区B的径向速度V^//_r0(θ)所组成；第二步：利用迭代法根据所述回波区A的径向速度V^/_r0(θ)对所述某一距离圈上的缺测无回波区B的多普勒速度资料进行填补。本发明对于不大于90°连续累积的多普勒速度资料缺测区和小于120°非连续累积缺测区都能进行有效填补，填补后的速度图比填补前更能反应出大范围的速度场特征。

主权项

一种多普勒雷达风速资料的填补方法，包括步骤：第一步：多普勒雷达以低仰角α扫描收集覆盖雷达站探测范围的大面积降水过程或睛空回波的雷达样本数据，所述雷达样本数据为极坐标下某一距离圈上随方位角分布的径向速度V_r0(θ)，该径向速度V_r0(θ)由回波区A的径向速度V^/_r0(θ)和缺测的无回波区B的径向速度V^//_r0(θ)所组成；第二步：利用迭代法根据所述回波区A的径向速度V^/_r0(θ)对所述某一距离圈上的缺测无回波区B的多普勒速度资料进行填补；其特征在于：使用迭代法对所述某一距离圈上的缺测无回波区B的径向速度进行填补包括如下步骤：S1：根据VAD理论推导出用傅立叶系数来计算极坐标系下的非线性径向风速V_r(θ)的公式（1）；（1）S2：将公式（1）进行三阶傅里叶系数展开得到公式（2），（2），其中，a_p为傅立叶系数，f_p(θ)为基函数，f₀(θ)=1，f₁(θ)=sin(θ)，f₂(θ)= cos(θ)，f₃(θ)= sin(2θ)，f₄(θ)= cos(2θ)，f₅(θ)= sin(3θ)，f₆(θ)= cos(3θ)；S3：将回波区A的径向速度V^/_r0(θ)分别代入公式（2）形成一组径向速度V^/_r0(θ)的傅里叶展开方程组（3），（3）M表示回波区A径向速度V^/_r0(θ)样本数据的总个数；S4：根据最小二乘法的性质，对回波区A原雷达探测数据V^/_r0(θ)与经VAD反演得到的径向速度的误差函数求极值，获得求解傅立叶系数P^＊=(a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆)最优解的迭代公式（11）：（11）其中，μ_k为阻尼因子，I为单位矩阵，Ｊ（Ｐ_ｋ）为傅立叶系数Ｐ_ｋ(a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆)的雅克比矩阵，J^T（Ｐ_ｋ）为Ｊ（Ｐ_ｋ）的转置矩阵；S5：根据迭代公式（11）逐步迭代求解即可得出傅立叶系数P^＊(a0，a1，a2，a3，a4，a5，a6)的最优解；S6：将步骤S５求得的傅立叶系数P^＊=(a₀，a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，a₆) 最优解代入公式（1）中，获得一组新的覆盖有回波区A和无回波区B的径向速度V_r1(θ)， 所述V_r1(θ)中对应于 V_r0(θ)中有回波A的部分为V^/_r1(θ)，对应于V_r0(θ)中无回波B的部分为V^//_r1(θ)，用V^//_r1(θ)去填补无回波区B中的V^//_r0(θ) ，在有回波区A中仍保留原来的雷达探测值V^/_r0(θ)，由此得到已消除原无回波区B资料空缺的新的径向速度V_r随方位角θ的分布，定义为V_r2(θ)；S7：计算有回波区A中原雷达探测数据V^/_r0(θ)与经VAD反演及迭代求解得到的数据V^/_r1(θ)之间的均方根误差RMS；S8：重复步骤S１至S７,当所述均方根误差RMS的值或连续多组均方根误差RMS的滑动平均值小到符合预设的约束条件时迭代填补过程结束。