本發(fā)明涉及防災(zāi)減災(zāi)，具體涉及一種基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法。

背景技術(shù)：

1、根據(jù)云降水和人工影響天氣原理，人工增雨效果是指受人工催化影響后，被催化的云中微物理特性和地面降水發(fā)生變化的過程。增雨效果評估是人工影響天氣學(xué)科中繞不開的科學(xué)問題，也是學(xué)科中的難點。世界氣象組織(wmo)指出增雨效果評估的兩大挑戰(zhàn)：一是如何在自然云降水系統(tǒng)中確定播云時間和位置；另一個挑戰(zhàn)是準確評估播云增加的地面降水量。

2、在實際效果評估中，按照評估手段，可分為統(tǒng)計檢驗、物理檢驗和模式檢驗；按照評估結(jié)果，又可分為定性評估和定量評估。統(tǒng)計檢驗的定量評估方法包括隨機化試驗效果評估和非隨機化定量評估。通過長時間序列的隨機化試驗結(jié)果統(tǒng)計得到隨機化試驗效果評估，降水自然變率較大致使獲得足夠多的隨機化試驗樣本并不容易，試驗的高成本和收集數(shù)據(jù)的長周期使顯著性統(tǒng)計難以實現(xiàn)。非隨機化定量評估主要通過比較未作業(yè)的自然降水量和作業(yè)后實測降水量的差值定量計算出作業(yè)效果，我國各級人影業(yè)務(wù)中常用方法包括序列分析、區(qū)域?qū)Ρ确治?、雙比分析、區(qū)域歷史回歸分析、基于聚類的浮動對比區(qū)歷史回歸等。然而，自然降水在時間和空間分布上的巨大差異給統(tǒng)計檢驗的定量評估帶來很大困難和不確定性。

3、模式檢驗雖可以在一定程度上評估人影作業(yè)效果，模式檢驗定量評估作業(yè)效果的可靠性卻依賴于模式自身描述云降水物理過程和催化模型的準確性。目前對云的認識，在很大程度上還處于定性化認識狀態(tài)，定量化特別是準確的定量化描述仍然十分缺乏，云仍然是一個“黑匣子”。數(shù)值模式中云降水物理過程是基于理論、觀測和實驗建立的，存在大量的理論假定，因此，這些假定和描述無法得到驗證和檢驗，很難提高模式檢驗的定量評估能力，導(dǎo)致評估準確度仍需用雷達、地面降水等直接物理證據(jù)進行驗證。

4、物理檢驗是測量自然云降水結(jié)構(gòu)以及向云中播撒催化劑后云降水的微物理變化過程鏈。物理檢驗的研究結(jié)果一方面有助于解釋統(tǒng)計檢驗結(jié)果和驗證模式檢驗結(jié)果，另一方面是構(gòu)建催化后云降水物理概念模型的科學(xué)依據(jù)。物理檢驗的深入研究不僅提供了增雨效果的直觀物理證據(jù)，而且揭示了催化后降水增加的物理效應(yīng)鏈的全貌或部分特征，從而實現(xiàn)準確定量評估人影作業(yè)效果的目的。因此，物理檢驗的定量評估方法是改進現(xiàn)有效果檢驗技術(shù)不足的一項有效的手段。

5、飛機增雨作業(yè)成功的基本指標是觀測到地面降雨量超過預(yù)期的自然降雨量。當前，從自然降雨的變化中直接探測人工催化增加的降雨量仍然具有極大的難度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法，分離人工增雨產(chǎn)生的邊界清晰的降雨區(qū)域和識別自然降水量，使用雷達數(shù)據(jù)定量估算飛機作業(yè)增雨量。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法，包括以下步驟：

3、獲取待處理雷達回波數(shù)據(jù)和待處理地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)；

4、對待處理雷達回波數(shù)據(jù)進行分離處理，得到增雨影響回波和自然降水回波；

5、根據(jù)待處理地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)、增雨影響回波和自然降水回波，建立近地面層增雨影響回波強度z與雨強i的z-i關(guān)系；

6、根據(jù)z-i關(guān)系、增雨影響回波和自然降水回波，計算得到增雨總量。

7、優(yōu)選地，獲取待處理雷達回波數(shù)據(jù)和待處理地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)，具體包括以下步驟：

8、獲取雷達的雷達回波數(shù)據(jù)和地面雨滴譜儀測站的地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)；

9、從雷達回波數(shù)據(jù)中篩選出增雨定量評估雷達回波數(shù)據(jù)；

10、對增雨定量評估雷達回波數(shù)據(jù)和地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)進行質(zhì)控及預(yù)處理，得到待處理雷達回波數(shù)據(jù)和待處理地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)。

11、優(yōu)選地，所述增雨定量評估雷達回波數(shù)據(jù)滿足催化條件且具備必需資料；

12、所述增雨定量評估雷達回波數(shù)據(jù)的催化條件包括飛機過冷云水區(qū)作業(yè)、催化層的云內(nèi)溫度低于-5℃或云頂溫度低于-10℃、云厚大于3000m；

13、所述增雨定量評估雷達回波數(shù)據(jù)的必需資料為具備飛機作業(yè)開始至作業(yè)結(jié)束后至少4小時時段內(nèi)的雷達回波數(shù)據(jù)。

14、優(yōu)選地，對待處理雷達回波數(shù)據(jù)進行分離處理，得到增雨影響回波和自然降水回波，具體包括以下步驟：

15、獲取飛機催化軌跡；

16、基于飛機催化軌跡和待處理雷達回波數(shù)據(jù)，確定增雨影響回波和自然降水回波。

17、優(yōu)選地，根據(jù)待處理地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)、增雨影響回波和自然降水回波，建立近地面層增雨影響回波強度z與雨強i的z-i關(guān)系，具體包括以下步驟：

18、根據(jù)地面雨滴譜儀測站的待處理地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)的降雨強度i，以及增雨影響回波和自然降水回波中經(jīng)過相應(yīng)地面雨滴譜測站的雷達反射率z，建立z-i擬合關(guān)系式i＝azb；其中，a和b為擬合系數(shù)。

19、優(yōu)選地，還包括以下步驟：

20、將待處理地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)的降雨強度i作為實測值，評估z-i擬合關(guān)系式的雨量估算誤差，計算相關(guān)系數(shù)，得到誤差最小、相關(guān)系數(shù)最高的z-i擬合關(guān)系式。

21、優(yōu)選地，還包括以下步驟：

22、當增雨影響回波的區(qū)域內(nèi)無地面雨滴譜儀時，根據(jù)降水云系類型，從z-i關(guān)系庫中選取相應(yīng)類型的z-i關(guān)系。

23、優(yōu)選地，根據(jù)z-i關(guān)系、增雨影響回波和自然降水回波，計算得到增雨總量，具體包括以下步驟：

24、基于線性插值法，根據(jù)增雨影響回波區(qū)域附近區(qū)域的自然降水回波，得到增雨影響回波區(qū)域的自然降水回波強度z_bk；

25、將增雨影響回波的區(qū)域的增雨影響回波強度z_total減去增雨影響回波區(qū)域的自然降水回波強度z_bk，得到增雨回波強度z_seeded；

26、根據(jù)增雨回波強度z_seeded，得到增雨影響回波的空間分布；

27、將增雨回波強度z_seeded和自然降水回波強度z_bk輸入z-i關(guān)系中，得到各個總降水雨強和自然降水雨強；

28、根據(jù)總降水雨強和自然降水雨強，計算得到增雨總量。

29、優(yōu)選地，將增雨回波強度z_seeded和自然降水回波強度z_bk輸入z-i關(guān)系中，得到各個總降水雨強和自然降水雨強；根據(jù)總降水雨強和自然降水雨強，計算得到增雨總量，具體包括以下步驟：

30、每6min將增雨回波強度z_seeded和自然降水回波強度z_bk輸入z-i關(guān)系中，得到各個時次的總降水雨強和自然降水雨強；

31、根據(jù)各個時次的總降水雨強和自然降水雨強，計算得到各個時次的增雨量；

32、根據(jù)各個時次的增雨量累加，得到增雨總量。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

34、本發(fā)明能最大限度地減少了播云線外自然云層降雪的影響，分離人工增雨產(chǎn)生的邊界清晰的降雨區(qū)域和識別自然降水量，使用雷達數(shù)據(jù)定量估算飛機作業(yè)增雨量。

技術(shù)特征：

1.一種基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法，其特征在于，獲取待處理雷達回波數(shù)據(jù)和待處理地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)，具體包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法，其特征在于，對待處理雷達回波數(shù)據(jù)進行分離處理，得到增雨影響回波和自然降水回波，具體包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法，其特征在于，根據(jù)待處理地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)、增雨影響回波和自然降水回波，建立近地面層增雨影響回波強度z與雨強i的z-i關(guān)系，具體包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法，其特征在于，還包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法，其特征在于，還包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法，其特征在于，根據(jù)z-i關(guān)系、增雨影響回波和自然降水回波，計算得到增雨總量，具體包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法，其特征在于，將增雨回波強度z_seeded和自然降水回波強度z_bk輸入z-i關(guān)系中，得到各個總降水雨強和自然降水雨強；根據(jù)總降水雨強和自然降水雨強，計算得到增雨總量，具體包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于雷達回波增強的飛機冷云增雨定量評估方法，屬于防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域；該方法包括：獲取待處理雷達回波數(shù)據(jù)和待處理地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)；對待處理雷達回波數(shù)據(jù)進行分離處理，得到增雨影響回波和自然降水回波；根據(jù)待處理地面雨滴譜儀數(shù)據(jù)、增雨影響回波和自然降水回波，建立近地面層增雨影響回波強度Z與雨強I的Z?I關(guān)系；根據(jù)Z?I關(guān)系、增雨影響回波和自然降水回波，計算得到增雨總量。本發(fā)明能分離人工增雨產(chǎn)生的邊界清晰的降雨區(qū)域和識別自然降水量，使用雷達數(shù)據(jù)定量估算飛機作業(yè)增雨量。

技術(shù)研發(fā)人員：岳治國,王瑾,宋嘉堯,劉貴華,徐小紅
受保護的技術(shù)使用者：陜西省人工影響天氣中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17