专利名称：一种雷达回波中非气象杂波的处理方法
技术领域：
本发明涉及一种雷达回波的处理方法，尤其是涉及一种雷达回波中非气象杂波的
处理方法。
背景技术：
多普勒天气雷达是利用云雨目标物对电磁波的后向散射来发现气象目标物，并测 定气象目标物的空间位置、强弱分布，从而了解降水的生消、演变和移向移速等，但多普勒 天气雷达同样能探测到非气象目标物。当非气象目标物被处理进雷达基数据时就会造成杂 波污染，非气象目标物即非气象杂波，非气象杂波包括地物杂波和孤立点及斑点噪声杂波， 地物杂波包括雷达波束正常传播时存在的普通地物杂波NP和雷达波束的异常传播导致的 瞬变杂波AP，孤立点及斑点噪声杂波主要由移动的物体如船、飞机、鸟群、昆虫群等造成。由 于全部导出的可视化产品及相应的算法都是建立在雷达基数据的基础上，这样非气象杂波 的存在就直接影响了导出的可视化产品，特别敏感的是降水估计产品，对导出的可视化产 品影响较大的主要就是地物杂波。Moszkowicz et al. (1994)和Jossand Lee(1995)分别 统计了 2个月和60个月的WSR88D降水估计产品，单单由异常传播导致的瞬变杂波AP造成 的降水估计误差分别达15%和13%，因此非气象杂波的去除间题也一直是雷达气象专家 研究的重点之一。在新一代天气雷达中，用RDASOT产生的旁路图来抑制雷达波束正常传播 时存在的普通地物杂波NP (如山、建筑物等)，这种方法能够较好地处理普通地物杂波NP， 而对主要由雷达波束的异常传播导致的瞬变杂波AP的过滤则是通过定义一个杂波抑制区 域来实施，对该杂波抑制区域选择的抑制程度均匀的作用在所有径向速度在零附近的瞬变 杂波AP，这种过滤方法显然会降低该杂波抑制区域内的反射率因子值，从而将对导出的可 视化产品造成较大的影响，因此全国的SA型雷达基本上都没有采用这种过滤方法对瞬变 杂波AP进行过滤。然而这些瞬变杂波AP的存在常常会影响天气雷达资料的可信度，为此， 人们研究了多种地物杂波的识别方法，国外在这方面展开的研究很多，如在WSR-88D雷达 基础上，应用混沌理论对雷达回波进行分类及产生系列算法等进行滤波，应用雷达三维反 射率特征进行杂波滤除及应用神经网络进行自动分类和识别等等。所有这些方法都是应用 非气象回波在导出的可视化产品上所表现的特征，通过设计合理的算法，从软件上再进行 实时的补充处理过滤，而目前国内在这方面展开的研究还不多，另一方面，这些方法无论是 应用浑沌理论还是神经网络都只是对杂波进行剔除处理，当杂波混在降水区域内，或者杂 波和降水区域相邻时，则一般都采取不处理策略，这样就不能有效去除混在降水区域内的 杂波或与降水区域相邻的杂波，仍将对导出的可视化产品造成较大的影响；此外，对于超折 射杂波和地物杂波，由于中国下界面地形复杂，所以国外的一些现有方法在中国都需要进 行大量样本统计的参数本地。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效滤除与真实降水回波混合或相邻或孤立的杂波，且滤除效果良好的雷达回波中非气象杂波的处理方法。 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种雷达回波中非气象杂波的处 理方法，雷达回波的雷达基数据包括反射率因子数值、径向速度数值和谱宽数值，该处理方 法包括以下步骤 ①根据0.5。仰角面上雷达回波的反射率因子数值的大小及0.5。和1.5°两仰 角面上雷达回波在垂直方向上的反射率因子数值之差，将雷达回波分为晴空回波、降水回 波及可疑性回波，降水回波包括弱降水回波、中等降水回波和强降水回波；
②识别1.5°仰角面上雷达回波中的超折射杂波，具体过程为②-l、在1.5° 仰角面上雷达回波中搜索面积大于设定的区域面积且具有低值谱宽数值的区域，判断该 区域是否为低值谱宽区域，如果是，则继续执行，否则，不进行处理；②_2、判断低值谱宽区 域对应的反映径向速度数值的区域是否为低值径向速度区域，如果是，则继续执行，否则， 不进行处理；②-3、判断1.5。仰角面的低值谱宽区域下方的0.5。仰角面上是否存在具 有强反射率因子数值的区域且该区域对应的反映径向速度数值的区域是否为低值径向速 度区域，如果存在具有强反射率因子数值的区域且该区域对应的反映径向速度数值的区 域为低值径向速度区域，则确定该具有强反射率因子数值的区域为强反射率区域，该强反 射率区域的面积大于低值谱宽区域的面积，并确定低值谱宽区域为疑似超折射杂波，然后 继续执行，否则，不进行处理；②-4、判断强反射率区域中是否存在可疑性回波，如果存在， 则计算0.5°仰角面上反射率因子数值的水平变化及0.5。和1.5°两仰角面上反射率 因子数值的垂直变化，记0.5。仰角面上反射率因子数值的水平变化为Elbz，记0.5。和 1. 5°两仰角面上反射率因子数值的垂直变化为Vtbz， Elbz = Y(r) X | Zi, j-Zi,」—:| ， Vtbz = Y(r) X (Zup-Z^)，其中，Y(r)表示与当前处理的回波点所在位置的雷达径向距离有关的权 重，其值为1-当前处理的回波点所在位置的雷达径向距离XO. 0025，雷达径向距离的单位 为km，Zi,j表示0.5。仰角面上坐标为(i，j)的回波点的反射率因子数值，Zi,j—工表示0.5。 仰角面上坐标为(i，j-l)的回波点的反射率因子数值，Zup表示1.5。仰角面上的回波点的 反射率因子数值，Z^表示0.5。仰角面上的与1.5°仰角面上的回波点位置相对应的回波 点的反射率因子数值，当Elbz的值为25 40db且Vtbz的值为20 40db时，将疑似超折 射杂波标记为超折射杂波，否则，对疑似超折射杂波不进行处理； ③识别1. 5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点，具体过程为③-l、计算1. 5°
仰角面上雷达回波中的孤立回波点的系数，记为N,，A^:"^^~;"，其中，Mtotal = 5X5，M为
以该孤立回波点为中心的5X5区域内存在的非空反射率因子数值的个数；③-2、判断系数 N,是否小于设定的第一阈值，如果是，则标记该孤立回波点为噪声杂波点，否则，对孤立回 波点不进行处理； 对1. 5°仰角面上雷达回波中的超折射杂波和噪声杂波点进行剔除处理，具体 过程为对于1.5°仰角面上雷达回波中的超折射杂波，判断超折射杂波的周围是否存在 降水回波，如果存在，则采用近似数值填充机制进行剔除，否则，直接剔除该超折射杂波的 反射率因子数值，以剔除该超折射杂波；对于1. 5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点，判 断噪声杂波点的周围是否存在降水回波，如果存在，则采用近似数值填充机制进行剔除，否 则，直接剔除该噪声杂波点的反射率因子数值，以剔除该噪声杂波点；
⑤识别0. 5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点，并剔除该噪声杂波点，识别和剔 除0.5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点的过程采用与识别1.5°仰角面上雷达回波中 的噪声杂波点和剔除该噪声杂波点相同的过程； 识别0.5°仰角面上雷达回波中可疑性突变区域内的杂波团，具体过程为 -1、将Elbz的值为25 40db范围之外且Vtbz的值为20 40db范围之外的区域直接 确定为可疑性突变区域；⑥-2、采用突变区域过滤方法，判断可疑性区域中是否存在疑似 杂波团，如果是，则继续执行，否则，对可疑性区域不进行处理； _3、判断该疑似杂波团内 的所有谱宽数值的平均值Mdsw是否小于第一设定值及所有径向速度数值的平均值Mdve 是否小于第二设定值，如果该疑似杂波团内的所有谱宽数值的平均值Mdsw小于第一设定 值且所有径向速度数值的平均值Mdve小于第二设定值，则确定该疑似杂波团为杂波团，否 则，对疑似杂波团不进行处理； ⑦识别0. 5°仰角面上雷达回波中异常传播导致的杂波，具体过程为判断1. 5° 仰角面上与0. 5°仰角面上的强反射率区域对应的区域内是否存在已剔除的超折射杂波 或不存在任何杂波，且存在可疑性突变区域，如果是，则确定1.5。仰角面上与0.5。仰角 面上的强反射率区域对应的区域为被超折射杂波污染的区域，并标记该区域为异常传播导 致的杂波，否则，对1.5。仰角面上与0.5。仰角面上的强反射率区域对应的区域不进行处 理； ⑧对0. 5°仰角面上雷达回波中的杂波团和异常传播导致的杂波进行剔除处理， 对于0.5°仰角面上雷达回波中的杂波团，判断杂波团的周围是否存在降水回波，如果存 在，则采用近似数值填充机制进行剔除，否则，直接剔除该杂波团的反射率因子数值，以剔 除该杂波团；对于0.5°仰角面上雷达回波中的异常传播导致的杂波，判断异常传播导致 的杂波的周围是否存在降水回波，如果存在，则采用近似数值填充机制进行剔除，否则，直 接剔除该异常传播导致的杂波的反射率因子数值，以剔除该异常传播导致的杂波。
所述的步骤①中雷达回波划分的过程为将反射率因子数值为[Odbz， (15dbz， 25dbz)]的回波确定为晴空回波，将反射率因子数值为[Odbz， (15dbz，25dbz)]的回波确 定为弱降水回波，将反射率因子数值为[(20dbz，25dbz)， (40dbz，45dbz)]的回波确定为中 等降水回波，将反射率因子数值为[(35dbz，45dbz)， (55dbz，60dbz)]的回波确定为强降水 回波，将反射率因子数值大于70dbz或0.5。和1.5°两仰角面上雷达回波在垂直方向上的 反射率因子数值之差大于60dbz的回波确定为可疑性回波，其中，符号"[]"表示数值区间， (a， b)表示值为a到b之间的任一个数值。 所述的步骤②-l中设定的区域面积为大于等于20m2，所述的低值谱宽数值为谱宽 数值小于1的值。 所述的步骤②-1中低值谱宽区域的判定过程为判断反映谱宽数值且面积大于 设定的区域面积的区域内的所有谱宽数值的平均值Mdsw是否小于第一设定值，如果是，则 确定该区域为低值谱宽区域，否则，确定该区域为非低值谱宽区域；所述的第一设定值为 2m/s ;所述的步骤②_2中低值径向速度区域的判定过程为判断低值谱宽区域对应的反映 径向速度数值的区域内的所有径向速度数值的平均值Mdve是否小于第二设定值，如果是， 则确定该区域为低值径向速度区域，否则，确定该区域为非低值径向速度区域；所述的第二 设定值为lm/s。
7
所述的步骤②-3中强反射率因子数值为大于强降水的反射率因子数值的反射率 因子数值。 所述的步骤③-2中设定的第一阈值为0. 65 0. 85。 所述的近似数值填充机制为记录当前需处理的杂波，遍历已记录的杂波内的所 有回波点，对各个回波点进行反填充处理，对于当前正处理的回波点，定义该回波点为当前 回波点，将已记录的杂波的周围的降水回波中与当前回波点的位置最接近的回波点的反射 率因子数值作为当前回波点的反射率因子数值，实现当前回波点的反填充处理。
所述的步骤⑥中的突变区域过滤方法的具体过程为a、判断该可疑性区域中的 一个回波点的反射率因子数值是否大于30dbz，如果小于等于30dbz，不进行处理，如果大 于30dbz，则计算1. 5°仰角面上雷达回波中与该回波点位置对应的对应回波点周围7X7 区域内所有回波点的反射率因子数值的平均值，记为Mdz，再判断对应回波点在0.5。和 1. 5°两仰角面上反射率因子数值的垂直变化Vtbz是否大于10db，如果小于10db，不进行 处理，如果大于10db，则判断该对应回波点与其周围的八个回波点中的任意一个回波点在 0. 5°仰角面上反射率因子数值的水平变化Elbz是否大于设定的第二阈值，当小于等于设 定的第二阈值时，不进行处理，当大于设定的第二阈值时，搜索可疑性区域中的下一个回波 点进行处理，直至可疑性区域中的所有回波点处理完毕；b、由所有在0.5。仰角面上反射 率因子数值的水平变化Elbz大于设定的第二阈值的回波点构成一个回波团，判断回波团 内的回波点的个数是否小于第三阈值且该回波团的突变边界的比例系数是否达到第四阈 值，如果是，则确定该回波团为疑似杂波团。 所述的第二阈值为15db 25db，所述的第三阈值为50 IOO，所述的第四阈值
为0.5 0.7，所述的回波团的突变边界的比例系数为a、判断位于该回波团的边界上的一
个回波点的反射率因子数值与该回波点的八邻域回波点中的各个回波点的反射率因子数
值之差是否均超过第五阈值，第五阈值为8db 12db，如果是，则确定该回波点存在突变，
定义该回波点为突变回波点，并继续执行，否则，确定该回波点不存在突变；b、重复步骤a
继续处理该回波团的边界上的下一个回波点，直至该回波团的边界上的所有回波点处理完
毕；c、统计所有突变回波点的个数，计算所有突变回波点的个数与该回波团的边界上的所
有回波点的个数的比例，定义该比例为回波团的突变边界的比例系数。 所述的步骤④中对1. 5°仰角面上雷达回波中的超折射杂波和噪声杂波点进行剔
除处理之前，先判断超折射杂波或噪声杂波点是否处于中等降水回波或强降水回波边界外
的0. 8km 1. 2km范围内，如果是，则对超折射杂波或噪声杂波点不进行剔除处理，以对中
等降水回波或强降水回波进行边缘保护，否则，对超折射杂波或噪声杂波点进行剔除处理；
所述的步骤⑧中对0. 5°仰角面上雷达回波中的杂波团和异常传播导致的杂波进行剔除处
理之前，先判断杂波团或异常传播导致的杂波是否处于中等降水回波或强降水回波边界外
的0. 8km 1. 2km范围内，如果是，则对杂波团或异常传播导致的杂波不进行剔除处理，以
对中等降水回波或强降水回波进行边缘保护，否则，对杂波团或异常传播导致的杂波进行
剔除处理。 与现有技术相比，本发明的优点在于由于对雷达基数据造成污染的主要有普通地 物杂波和AP杂波，这些杂波总体表现在低仰角面的反射率因子数值总体呈离散状分布，强 弱交杂，垂直变化大，0.5。仰角面上的径向速度数值是间杂的接近零的数值，谱宽数值是
8无序的强弱分布的离散值；而在1. 5°仰角面上，径向速度数值对应的值基本上等于零，谱 宽数值较小，因此本发明方法在对雷达回波进行简单的分类及对反射率因子数值分析的基 础上，依次参考径向速度数值和谱宽数值，识别1.5°仰角面上和0.5。仰角面上存在的杂 波区域，在正确识别出杂波区域后，对不同的杂波进行了最佳的杂波剔除策略，即对于晴空 以及周边无降水回波情况下的杂波直接采取了剔除策略，对于混合在降水回波中或与降水 回波相邻的杂波采取了近似数值填充机制，这样能够得到较好的剔除效果。对本发明方法 已通过实验论证，通过190个例分类分距离分级别对本发明方法进行验证，验证结果表明， 本发明方法总体效果优异，特别适用于150km之内，能够在确保数据的完整、准确的基础上 有效的过滤非气象杂波，但在150km之外，由于小尺度的对流回波的Elbz和Vtbz较大以及 远距离的速度质量较差等客观因素，导致部分对AP杂波过滤效果不太理想。由于本发明方 法对各种杂波的处理过程是相对独立的，因此本发明方法具有非常好的可拓展性，理论上 可以把滤波的有效范围拓展到200km甚至更远。
图1为本发明方法的处理流程框图。
具体实施例方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 雷达资料采用的是极坐标格式的雷达基数据，雷达回波的雷达基数据包括反射率 因子数值、径向速度数值和谱宽数值，而雷达回波中通常存在非气象杂波，需将这些非气象 杂波滤除掉，但在滤除非气象杂波时，可能会将正常的降水回波误滤掉，为避免误滤降水回 波，本发明提出了一种雷达回波中非气象杂波的处理方法，本发明方法可以得到较好的滤 波效果。 本发明方法的处理流程如图1所示，具体步骤如下 ①对雷达回波进行一个简单的分类，即根据0. 5°仰角面上雷达回波的反射率因 子数值的大小及0.5。和1.5°两仰角面上雷达回波在垂直方向上的反射率因子数值之 差，将雷达回波分为晴空回波、降水回波及可疑性回波，降水回波包括弱降水回波、中等降 水回波和强降水回波。 在此具体实施例中，雷达回波划分的过程为将反射率因子数值为[Odbz， (15dbz，25dbz)]的回波确定为晴空回波，将反射率因子数值为[Odbz， (15dbz，25dbz)] 的回波确定为弱降水回波，将反射率因子数值为[(20dbz，25dbz)， (40dbz，45dbz)]的回波 确定为中等降水回波，将反射率因子数值为[(35dbz，45dbz)， (55dbz，60dbz)]的回波确定 为强降水回波，将反射率因子数值大于70dbz或0.5。和1.5°两仰角面上雷达回波在垂直 方向上的反射率因子数值之差大于60dbz的回波确定为可疑性回波，其中，符号"[]"表示 数值区间，(a，b)表示值为a到b之间的任一个数值，这个数值具体取决于当地预报员的经 验。在实际应用过程中，可根据当地的预报经验确定各个回波的反射率因子数值的具体范 围，如根据浙江宁波地区的预报经验，可将晴空回波的反射率因子数值的取值范围设为
，可将弱降水回波的反射率因子数值的取值范围设为
，可将中等降水回波的反射 率因子数值的取值范围设为[22，43]，可将强降水回波的反射率因子数值的取值范围设为[40，57]。 上述的分类过程在整个处理方法里不是充分但是必要的，分类的结果可能存在着 把某些杂波认为是真实回波。基于经验，考虑到历史上没有大于70dbz的降水回波，所以大 于70dbz的回波可以直接认为是可疑性回波，可疑性回波有很大概率应该属于杂波。
②识别1.5°仰角面上雷达回波中的超折射杂波，具体过程为②-l、在1.5° 仰角面上雷达回波中搜索面积大于设定的区域面积且具有低值谱宽数值的区域，判断该 区域是否为低值谱宽区域，如果是，则继续执行，否则，不进行处理；②_2、判断低值谱宽区 域对应的反映径向速度数值的区域是否为低值径向速度区域，如果是，则继续执行，否则， 不进行处理；②-3、判断1.5。仰角面的低值谱宽区域下方的0.5。仰角面上是否存在具 有强反射率因子数值的区域且该区域对应的反映径向速度数值的区域是否为低值径向速 度区域，如果存在具有强反射率因子数值的区域且该区域对应的反映径向速度数值的区 域为低值径向速度区域，则确定该具有强反射率因子数值的区域为强反射率区域，该强反 射率区域的面积大于低值谱宽区域的面积，并确定低值谱宽区域为疑似超折射杂波，然后 继续执行，否则，不进行处理；②_4、判断强反射率区域中是否存在可疑性回波，如果存在， 则计算0.5°仰角面上反射率因子数值的水平变化及0.5。和1.5°两仰角面上反射率 因子数值的垂直变化，记0.5。仰角面上反射率因子数值的水平变化为Elbz，记0.5。和 1. 5°两仰角面上反射率因子数值的垂直变化为Vtbz， Elbz = Y(r) X | Zi, j-Zi,」—:| ， Vtbz = Y(r) X (Zup-Z^)，其中，Y(r)表示与当前处理的回波点所在位置的雷达径向距离有关的权 重，其值为1-当前处理的回波点所在位置的雷达径向距离XO. 0025，雷达径向距离的单位 为km，Zi,j表示0.5。仰角面上坐标为(i，j)的回波点的反射率因子数值，Zi,j—工表示0.5。 仰角面上坐标为(i，j-l)的回波点的反射率因子数值，Zup表示1.5。仰角面上的回波点的 反射率因子数值，Z^表示0.5。仰角面上的与1.5°仰角面上的回波点位置相对应的回波 点的反射率因子数值，计算0.5。和1.5°两仰角面上反射率因子数值的垂直变化Vtbz时， 对于0.5°仰角面上的各个回波点及1.5°仰角面上的各个回波点需在垂直位置上相对 应，当Elbz的值为25 40db且Vtbz的值为20 40db时，将疑似超折射杂波标记为超折 射杂波，否则，对疑似超折射杂波不进行处理。在此，Elbz的取值范围和Vtbz的取值范围 内的值是根据距离的不同而确定的。 在此具体实施例中，设定的区域面积为大于等于20m2，实际应用过程中，直接将设 定的区域面积设为20!112，实际上设定的区域面积是根据预报员对历史个例统计的经验所 得，如果该设定的区域面积太小，则分析不明显。在此，将值小于l的谱宽数值确认为低值 谱宽数值。 在此具体实施例中，由于超折射杂波对应的径向速度数值和谱宽数值都是接近于 零的数值，因此步骤②-l中低值谱宽区域的判定过程为判断反映谱宽数值且面积大于设 定的区域面积的区域内的所有谱宽数值的平均值Mdsw是否小于第一设定值，如果是，则确 定该区域为低值谱宽区域，否则，确定该区域为非低值谱宽区域；步骤②_2中低值径向速 度区域的判定过程为判断低值谱宽区域对应的反映径向速度数值的区域内的所有径向速 度数值的平均值Mdve是否小于第二设定值，如果是，则确定该区域为低值径向速度区域， 否则，确定该区域为非低值径向速度区域。其中，第一设定值为2m/s，第二设定值为lm/s。 在低值谱宽区域里可能含有部分 疏的星点状的大值谱宽数值，但是大部分都是属于低值谱宽数值。在低值径向速度区域里可能含有部分稀疏的星点状的大值径向速度数值，但是 大部分都是属于低值径向速度数值。 在此具体实施例中，强反射率因子数值为大于强降水的反射率因子数值的反射率 因子数值。 ③识别1. 5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点，这主要是针对移动的物体(船、 飞机、鸟群、昆虫群等)造成的孤立点及斑点的噪声杂波点。识别1.5°仰角面上雷达回波 中的噪声杂波点的具体过程为③-l、计算1.5。仰角面上雷达回波中的孤立回波点的系
数，记为K，i、-^^~7，其中，Mtotal = 5X5， M为以该孤立回波点为中心的5X5区域内
存在的非空反射率因子数值的个数；③_2、判断系数Nx是否小于设定的第一阈值，如果是， 则标记该孤立回波点为噪声杂波点，否则，对孤立回波点不进行处理。 在此具体实施例中，设定的第一阈值为0. 65 0. 85，实际应用过程中，可以依据 当地经验来设置第一阈值，如浙江宁波地区，依据宁波本地经验可取第一阈值为0. 75，这个 阈值对于识别孤立点噪声杂波点是非常有效的，但有时对降水回波的边界上折角处的回波 也会产生一定的平滑作用。
对1. 5°仰角面上雷达回波中的超折射杂波和噪声杂波点进行剔除处理，具体 过程为对于1.5°仰角面上雷达回波中的超折射杂波，判断超折射杂波的周围是否存在 降水回波，如果存在，则采用近似数值填充机制进行剔除，否则，直接剔除该超折射杂波的 反射率因子数值，以剔除该超折射杂波；对于1. 5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点，判 断噪声杂波点的周围是否存在降水回波，如果存在，则采用近似数值填充机制进行剔除，否 则，直接剔除该噪声杂波点的反射率因子数值，以剔除该噪声杂波点。 ⑤识别0. 5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点，并剔除该噪声杂波点，识别和剔 除0.5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点的过程采用与识别1.5°仰角面上雷达回波中 的噪声杂波点和剔除该噪声杂波点相同的过程。
识别0.5°仰角面上雷达回波中可疑性突变区域内的杂波团，具体过程为 -1、将Elbz的值为25 40db范围之外且Vtbz的值为20 40db范围之外的区域直接 确定为可疑性突变区域；⑥-2、采用突变区域过滤方法，判断可疑性区域中是否存在疑似 杂波团，如果是，则继续执行，否则，对可疑性区域不进行处理； _3、判断该疑似杂波团内 的所有谱宽数值的平均值Mdsw是否小于第一设定值及所有径向速度数值的平均值Mdve 是否小于第二设定值，如果该疑似杂波团内的所有谱宽数值的平均值Mdsw小于第一设定 值且所有径向速度数值的平均值Mdve小于第二设定值，则确定该疑似杂波团为杂波团，否 则，对疑似杂波团不进行处理。 在此具体实施例中，突变区域过滤方法的具体过程为a、判断该可疑性区域中的 一个回波点的反射率因子数值是否大于30dbz，如果小于等于30dbz，不进行处理，如果大 于30dbz，则计算1. 5°仰角面上雷达回波中与该回波点位置对应的对应回波点周围7X7 区域内所有回波点的反射率因子数值的平均值，记为Mdz，再判断对应回波点在0.5。和 1. 5°两仰角面上反射率因子数值的垂直变化Vtbz是否大于10db，如果小于10db，不进行 处理，如果大于10db，则判断该对应回波点与其周围的八个回波点中的任意一个回波点在 0. 5°仰角面上反射率因子数值的水平变化Elbz是否大于设定的第二阈值，当小于等于设定的第二阈值时，不进行处理，当大于设定的第二阈值时，搜索可疑性区域中的下一个回波 点进行处理，直至可疑性区域中的所有回波点处理完毕；b、由所有在0.5。仰角面上反射 率因子数值的水平变化Elbz大于设定的第二阈值的回波点构成一个回波团，判断回波团 内的回波点的个数是否小于第三阈值且该回波团的突变边界的比例系数是否达到第四阈 值，如果是，则确定该回波团为疑似杂波团。 在此，第二阈值为15db 25db，第三阈值为50 IOO，第四阈值为0. 5 0. 7，在
实际应用过程中，第二阈值、第三阈值及第四阈值一般可以根据当地的预报经验来获取，如
浙江宁波地区，可根据宁波本地的预报经验取第二阈值为20db，第三阈值可以取75，第四
阈值可以取0.6，如果在实际应用中，发觉使用所取的阈值时取得的效果不佳，则可以根据
需要重新微调这个阈值，如果在所给出的阈值范围(如第二阈值的范围为15db 25db)内
微调失败，则需要重新分析既有的经验中是否存在逻辑分析过程上的漏洞。 在此，回波团的突变边界的比例系数为a、判断位于该回波团的边界上的一个回
波点的反射率因子数值与该回波点的八邻域回波点中的各个回波点的反射率因子数值之
差是否均超过第五阈值，第五阈值为8db 12db，在实际应用中，第五阈值可根据当地经验
确定，如浙江宁波地区，可依据宁波本地经验取第五阈值为10db，如果是，则确定该回波点
存在突变，定义该回波点为突变回波点，并继续执行，否则，确定该回波点不存在突变；b、重
复步骤a继续处理该回波团的边界上的下一个回波点，直至该回波团的边界上的所有回波
点处理完毕；c、统计所有突变回波点的个数，计算所有突变回波点的个数与该回波团的边
界上的所有回波点的个数的比例，定义该比例为回波团的突变边界的比例系数。 ⑦识别0. 5°仰角面上雷达回波中异常传播导致的杂波，具体过程为判断1. 5°
仰角面上与0. 5°仰角面上的强反射率区域对应的区域内是否存在已剔除的超折射杂波
或不存在任何杂波，且存在可疑性突变区域，如果是，则确定1.5°仰角面上与0.5。仰角
面上的强反射率区域对应的区域为被超折射杂波污染的区域，并标记该区域为异常传播导
致的杂波，否则，对1.5。仰角面上与0.5。仰角面上的强反射率区域对应的区域不进行处
理； ⑧对0. 5°仰角面上雷达回波中的杂波团和异常传播导致的杂波进行剔除处理，
对于0.5°仰角面上雷达回波中的杂波团，判断杂波团的周围是否存在降水回波，如果存
在，则采用近似数值填充机制进行剔除，否则，直接剔除该杂波团的反射率因子数值，以剔
除该杂波团；对于0.5°仰角面上雷达回波中的异常传播导致的杂波，判断异常传播导致
的杂波的周围是否存在降水回波，如果存在，则采用近似数值填充机制进行剔除，否则，直
接剔除该异常传播导致的杂波的反射率因子数值，以剔除该异常传播导致的杂波。 上述对各种杂波进行剔除的过程中使用的近似数值填充机制为记录当前需处
理的杂波即1.5°仰角面上的超折射杂波，或1.5。仰角面上的噪声杂波点，或0.5。仰角
面上的杂波团，或0.5。仰角面上的异常传播导致的杂波，遍历已记录的杂波内的所有回
波点，对各个回波点进行反填充处理，对于当前正处理的回波点，定义该回波点为当前回波
点，将已记录的杂波的周围的降水回波中与当前回波点的位置最接近的回波点的反射率因
子数值作为当前回波点的反射率因子数值，实现当前回波点的反填充处理。 在杂波剔除阶段，为取得较好的杂波剔除效果，在对杂波区域进行剔除之前，可以
先对可能存在于0.5。 、1.5°和2.4°仰角面上对应发展较高的强风暴(这三层仰角面上
12垂直方向上都有反射率因子数值大于18dbz的回波点存在)进行边缘保护，在本发明方法 中，只考虑0.5。和1.5°仰角面，具体过程为步骤 中对1.5°仰角面上雷达回波中的超 折射杂波和噪声杂波点进行剔除处理之前，先判断超折射杂波或噪声杂波点是否处于中等 降水回波或强降水回波边界外的lkm范围内，如果是，则对超折射杂波或噪声杂波点不进 行剔除处理，即对中等降水回波或强降水回波进行了边缘保护，否则，对超折射杂波或噪声 杂波点进行剔除处理；步骤⑧中对0. 5°仰角面上雷达回波中的杂波团和异常传播导致的 杂波进行剔除处理之前，先判断杂波团或异常传播导致的杂波是否处于中等降水回波或强 降水回波边界外的lkm范围内，如果是，则对杂波团或异常传播导致的杂波不进行剔除处 理，即对中等降水回波或强降水回波进行了边缘保护，否则，对杂波团或异常传播导致的杂 波进行剔除处理。 本发明方法针对不同的杂波进行最佳的杂波剔除策略，对于混合在真实的降水回 波中的杂波或与真实的降水回波相邻的杂波，识别后利用降水回波中靠近杂波的各个回波 点相应的回波点的反射率因子数值进行反填充处理，而对于晴空或周边无降水区域中的杂 波，识别后采用直接剔除的方法。 本发明方法考虑到了保守性原则，即设置的各个阈值比较宽泛，这样对十分确定 的杂波才进行剔除处理或进行反填充，对能不处理的杂波尽量不进行剔除处理，从而可以 有效避免小尺度的强对流降水被误滤。
权利要求
一种雷达回波中非气象杂波的处理方法，雷达回波的雷达基数据包括反射率因子数值、径向速度数值和谱宽数值，其特征在于该处理方法包括以下步骤①根据0.5°仰角面上雷达回波的反射率因子数值的大小及0.5°和1.5°两仰角面上雷达回波在垂直方向上的反射率因子数值之差，将雷达回波分为晴空回波、降水回波及可疑性回波，降水回波包括弱降水回波、中等降水回波和强降水回波；②识别1.5°仰角面上雷达回波中的超折射杂波，具体过程为②-1、在1.5°仰角面上雷达回波中搜索面积大于设定的区域面积且具有低值谱宽数值的区域，判断该区域是否为低值谱宽区域，如果是，则继续执行，否则，不进行处理；②-2、判断低值谱宽区域对应的反映径向速度数值的区域是否为低值径向速度区域，如果是，则继续执行，否则，不进行处理；②-3、判断1.5°仰角面的低值谱宽区域下方的0.5°仰角面上是否存在具有强反射率因子数值的区域且该区域对应的反映径向速度数值的区域是否为低值径向速度区域，如果存在具有强反射率因子数值的区域且该区域对应的反映径向速度数值的区域为低值径向速度区域，则确定该具有强反射率因子数值的区域为强反射率区域，该强反射率区域的面积大于低值谱宽区域的面积，并确定低值谱宽区域为疑似超折射杂波，然后继续执行，否则，不进行处理；②-4、判断强反射率区域中是否存在可疑性回波，如果存在，则计算0.5°仰角面上反射率因子数值的水平变化及0.5°和1.5°两仰角面上反射率因子数值的垂直变化，记0.5°仰角面上反射率因子数值的水平变化为Elbz，记0.5°和1.5°两仰角面上反射率因子数值的垂直变化为Vtbz，Elbz＝Y(r)×|Zi，j-Zi，j-1|，Vtbz＝Y(r)×(Zup-Zlow)，其中，Y(r)表示与雷达径向距离有关的权重，其值为1-雷达径向距离×0.0025，雷达径向距离的单位为km，Zi，j表示0.5°仰角面上坐标为(i，j)的回波点的反射率因子数值，Zi，j-1表示0.5°仰角面上坐标为(i，j-1)的回波点的反射率因子数值，Zup表示1.5°仰角面上的回波点的反射率因子数值，Zlow表示0.5°仰角面上的与1.5°仰角面上的回波点位置相对应的回波点的反射率因子数值，当Elbz的值为25～40db且Vtbz的值为20～40db时，将疑似超折射杂波标记为超折射杂波，否则，对疑似超折射杂波不进行处理；③识别1.5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点，具体过程为③-1、计算1.5°仰角面上雷达回波中的孤立回波点的系数，记为Nx，其中，Mtotal＝5×5，M为以该孤立回波点为中心的5×5区域内存在的非空反射率因子数值的个数；③-2、判断系数Nx是否小于设定的第一阈值，如果是，则标记该孤立回波点为噪声杂波点，否则，对孤立回波点不进行处理；④对1.5°仰角面上雷达回波中的超折射杂波和噪声杂波点进行剔除处理，具体过程为对于1.5°仰角面上雷达回波中的超折射杂波，判断超折射杂波的周围是否存在降水回波，如果存在，则采用近似数值填充机制进行剔除，否则，直接剔除该超折射杂波的反射率因子数值，以剔除该超折射杂波；对于1.5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点，判断噪声杂波点的周围是否存在降水回波，如果存在，则采用近似数值填充机制进行剔除，否则，直接剔除该噪声杂波点的反射率因子数值，以剔除该噪声杂波点；⑤识别0.5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点，并剔除该噪声杂波点，识别和剔除0.5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点的过程采用与识别1.5°仰角面上雷达回波中的噪声杂波点和剔除该噪声杂波点相同的过程；⑥识别0.5°仰角面上雷达回波中可疑性突变区域内的杂波团，具体过程为⑥-1、将Elbz的值为25～40db范围之外且Vtbz的值为20～40db范围之外的区域直接确定为可疑性突变区域；⑥-2、采用突变区域过滤方法，判断可疑性区域中是否存在疑似杂波团，如果是，则继续执行，否则，对可疑性区域不进行处理；⑥-3、判断该疑似杂波团内的所有谱宽数值的平均值Mdsw是否小于第一设定值及所有径向速度数值的平均值Mdve是否小于第二设定值，如果该疑似杂波团内的所有谱宽数值的平均值Mdsw小于第一设定值且所有径向速度数值的平均值Mdve小于第二设定值，则确定该疑似杂波团为杂波团，否则，对疑似杂波团不进行处理；⑦识别0.5°仰角面上雷达回波中异常传播导致的杂波，具体过程为判断1.5°仰角面上与0.5°仰角面上的强反射率区域对应的区域内是否存在已剔除的超折射杂波或不存在任何杂波，且存在可疑性突变区域，如果是，则确定1.5°仰角面上与0.5°仰角面上的强反射率区域对应的区域为被超折射杂波污染的区域，并标记该区域为异常传播导致的杂波，否则，对1.5°仰角面上与0.5°仰角面上的强反射率区域对应的区域不进行处理；⑧对0.5°仰角面上雷达回波中的杂波团和异常传播导致的杂波进行剔除处理，对于0.5°仰角面上雷达回波中的杂波团，判断杂波团的周围是否存在降水回波，如果存在，则采用近似数值填充机制进行剔除，否则，直接剔除该杂波团的反射率因子数值，以剔除该杂波团；对于0.5°仰角面上雷达回波中的异常传播导致的杂波，判断异常传播导致的杂波的周围是否存在降水回波，如果存在，则采用近似数值填充机制进行剔除，否则，直接剔除该异常传播导致的杂波的反射率因子数值，以剔除该异常传播导致的杂波。F2009101537408C0000011.tif
2. 根据权利要求1所述的一种雷达回波中非气象杂波的处理方法，其特征在于所述的步骤①中雷达回波划分的过程为将反射率因子数值为[Odbz， (15dbz，25dbz)]的回波确定为晴空回波，将反射率因子数值为[Odbz， (15dbz，25dbz)]的回波确定为弱降水回波，将反射率因子数值为[(20dbz，25dbz)， (40dbz，45dbz)]的回波确定为中等降水回波，将反射率因子数值为[(35dbz，45dbz)， (55dbz，60dbz)]的回波确定为强降水回波，将反射率因子数值大于70dbz或0.5。和1.5°两仰角面上雷达回波在垂直方向上的反射率因子数值之差大于60dbz的回波确定为可疑性回波，其中，符号"[]"表示数值区间，(a，b)表示值为a到b之间的任一个数值。
3. 根据权利要求1或2所述的一种雷达回波中非气象杂波的处理方法，其特征在于所述的步骤②-l中设定的区域面积为大于等于20m2，所述的低值谱宽数值为谱宽数值小于1的值。
4. 根据权利要求3所述的一种雷达回波中非气象杂波的处理方法，其特征在于所述的步骤②-l中低值谱宽区域的判定过程为判断反映谱宽数值且面积大于设定的区域面积的区域内的所有谱宽数值的平均值Mdsw是否小于第一设定值，如果是，则确定该区域为低值谱宽区域，否则，确定该区域为非低值谱宽区域；所述的第一设定值为2m/s ;所述的步骤②-2中低值径向速度区域的判定过程为判断低值谱宽区域对应的反映径向速度数值的区域内的所有径向速度数值的平均值Mdve是否小于第二设定值，如果是，则确定该区域为低值径向速度区域，否则，确定该区域为非低值径向速度区域；所述的第二设定值为lm/s。
5. 根据权利要求4所述的一种雷达回波中非气象杂波的处理方法，其特征在于所述的步骤②-3中强反射率因子数值为大于强降水的反射率因子数值的反射率因子数值。
6. 根据权利要求5所述的一种雷达回波中非气象杂波的处理方法，其特征在于所述的 步骤③_2中设定的第一阈值为0. 65 0. 85。
7. 根据权利要求4所述的一种雷达回波中非气象杂波的处理方法，其特征在于所述的 近似数值填充机制为记录当前需处理的杂波，遍历已记录的杂波内的所有回波点，对各个 回波点进行反填充处理，对于当前正处理的回波点，定义该回波点为当前回波点，将已记录 的杂波的周围的降水回波中与当前回波点的位置最接近的回波点的反射率因子数值作为 当前回波点的反射率因子数值，实现当前回波点的反填充处理。
8. 根据权利要求4所述的一种雷达回波中非气象杂波的处理方法，其特征在于所述 的步骤⑥中的突变区域过滤方法的具体过程为a、判断该可疑性区域中的一个回波点的 反射率因子数值是否大于30dbz，如果小于等于30dbz，不进行处理，如果大于30dbz，则计 算1. 5°仰角面上雷达回波中与该回波点位置对应的对应回波点周围7X7区域内所有回 波点的反射率因子数值的平均值，记为Mdz，再判断对应回波点在0.5。和1.5°两仰角面 上反射率因子数值的垂直变化Vtbz是否大于10db，如果小于10db，不进行处理，如果大于 10db，则判断该对应回波点与其周围的八个回波点中的任意一个回波点在0.5。仰角面上 反射率因子数值的水平变化Elbz是否大于设定的第二阈值，当小于等于设定的第二阈值 时，不进行处理，当大于设定的第二阈值时，搜索可疑性区域中的下一个回波点进行处理， 直至可疑性区域中的所有回波点处理完毕；b、由所有在0.5。仰角面上反射率因子数值的 水平变化Elbz大于设定的第二阈值的回波点构成一个回波团，判断回波团内的回波点的 个数是否小于第三阈值且该回波团的突变边界的比例系数是否达到第四阈值，如果是，则 确定该回波团为疑似杂波团。
9. 根据权利要求8所述的一种雷达回波中非气象杂波的处理方法，其特征在于所述的 第二阈值为15db 25db，所述的第三阈值为50 IOO，所述的第四阈值为0. 5 0. 7，所述 的回波团的突变边界的比例系数为a、判断位于该回波团的边界上的一个回波点的反射率 因子数值与该回波点的八邻域回波点中的各个回波点的反射率因子数值之差是否均超过 第五阈值，第五阈值为8db 12db，如果是，则确定该回波点存在突变，定义该回波点为突 变回波点，并继续执行，否则，确定该回波点不存在突变；b、重复步骤a继续处理该回波团 的边界上的下一个回波点，直至该回波团的边界上的所有回波点处理完毕；c、统计所有突 变回波点的个数，计算所有突变回波点的个数与该回波团的边界上的所有回波点的个数的 比例，定义该比例为回波团的突变边界的比例系数。
10. 根据权利要求8所述的一种雷达回波中非气象杂波的处理方法，其特征在于所述 的步骤④中对1. 5°仰角面上雷达回波中的超折射杂波和噪声杂波点进行剔除处理之前， 先判断超折射杂波或噪声杂波点是否处于中等降水回波或强降水回波边界外的0. 8km 1. 2km范围内，如果是，则对超折射杂波或噪声杂波点不进行剔除处理，以对中等降水回 波或强降水回波进行边缘保护，否则，对超折射杂波或噪声杂波点进行剔除处理；所述的 步骤⑧中对0.5。仰角面上雷达回波中的杂波团和异常传播导致的杂波进行剔除处理之 前，先判断杂波团或异常传播导致的杂波是否处于中等降水回波或强降水回波边界外的 0. 8km 1.2km范围内，如果是，则对杂波团或异常传播导致的杂波不进行剔除处理，以对 中等降水回波或强降水回波进行边缘保护，否则，对杂波团或异常传播导致的杂波进行剔 除处理。
全文摘要
本发明公开了一种雷达回波中非气象杂波的处理方法，通过对雷达回波进行简单的分类，然后通过分析回波的反射率因子数值，再依次参考径向速度数值和谱宽数值，识别1.5°仰角面上和0.5°仰角面上存在的杂波区域，在正确识别出杂波区域后，对不同的杂波进行了最佳的杂波剔除策略，对于晴空以及周边无降水回波情况下的杂波直接采取了剔除策略，而对于混合在降水回波中或与降水回波相邻的杂波采取了近似数值填充机制，这样能够得到较好的剔除效果。
文档编号G01S13/95GK101706571SQ200910153740
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者黄旋旋 申请人:宁波市气象信息中心