降雨條件下風廓線雷達垂直氣流探測技術研究

《降雨條件下風廓線雷達垂直氣流探測技術研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由艾未華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：降雨條件下風廓線雷達垂直氣流探測技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：艾未華
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

垂直氣流是天氣分析和數值預報中必須考慮的重要物理量。風廓線雷達在晴天時可以測量垂直氣流，而降雨條件下探測到的回波是湍流散射信號和下落雨滴散射信號的疊加，無法直接獲取真實的垂直氣流信息。針對此問題，本項目研究降雨條件下風廓線雷達垂直氣流探測的關鍵技術問題：（1）通過對降雨天氣下風廓線雷達探測機理以及微波湍流散射與雨滴散射特徵的研究，仿真不同雷達工作參數和降雨條件下的風廓線雷達回波時域數據和譜數據，為垂直氣流提取方法的研究奠定基礎；（2）利用小波技術分析含有降雨雜波的雷達回波時域數據，通過對最優小波基的選擇、最優小波分解級數確定和自適應閾值算法的研究，提出具有自適應性的降雨雜波去除算法，還原真實垂直氣流信息，並開展相關比對試驗工作，驗證和改進方法的有效性。

結題摘要

摘要：面向風廓線雷達探測垂直氣流速度業務化套用的需求，針對降雨條件下風廓線雷達探測垂直氣流速度失真的問題，開展基於小波變換的降雨條件下風廓線雷達探測垂直氣流速度探測方法研究。(1)在降雨條件下風廓線雷達探測數據分析方面，研究發現在降雨階段，L波段邊界層風廓線雷達受降雨粒子影響，其垂直氣流探測數值急劇增大，而VHF波段平流層風廓線雷達的探測結果幾乎不受降雨影響。(2)在基於小波變換的風廓線雷達探測垂直氣流方法研究方面，針對含有降雨雜波的L波段邊界層風廓線雷達回波時域信號，選取最優小波基和小波分解級數和自適應小波閾值，套用小波分析技術對其進行處理，抑制降雨雜波，還原出真實的垂直氣流速度，與VHF平流層風廓線雷達時空匹配數據進行對比結果為：垂直氣流速度還原的偏差為0.023 m/s，均方根誤差為0.271 m/s，一致性較好，驗證了方法的有效性。(3)在降雨識別方面，首先對L波段邊界層風廓線雷達探測數據進行時頻分析獲得風譜資料；然後利用功率譜閾值函式判斷其是否受到降水干擾；針對受到降水干擾的回波功率譜，依據降水影響下“雙峰譜”特徵，通過零點插值、中值濾波平滑譜數據；最後結合曲線擬合和譜矩判別對不同“雙峰”特徵的功率譜曲線進行降水識別。