基于双偏振天气雷达的人工防雹作业指挥方法与流程

本发明涉及人工影响天气技术领域，是一种基于双偏振天气雷达的人工防雹作业指挥方法。

背景技术：

目前，人工防雹作业技术主要是依靠各类天气雷达开展冰雹云识别，指挥地面高炮、火箭开展防雹作业。人工防雹的原理主要是利用高炮、火箭等作业工具，将碘化银作为人工冰核送入冰雹云的适当部位，形成人工雹胚，与自然雹胚争食云中有限的过冷水，从而抑制较大冰雹的形成。因此，人工防雹关键是要找出冰雹云中作为雹胚形成的霰粒子等，以及过冷水区出现的时机和部位，以此作为人工防雹作业时机和部位为最佳。

截止目前，主要用于识别冰雹云及指挥防雹作业的雷达为数字化常规天气雷达和多普勒天气雷达。它们可以得到冰雹云雷达回波的回波尺度和强度变化演变特征、形态特征以及径向速度特征等，无法进行云中粒子相态识别。因此，准确的防雹作业时机和部位还是依靠相关经验推理得出。采用双偏振雷达可探测更多的参数，使得利用这些参数进行云中粒子相态识别成为可能，从而更好地进行雹云识别和人工作业预警。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于双偏振天气雷达的人工防雹作业指挥方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有防雹作业方法不能对冰雹云进行快速识别、精确定位易造成防雹作业失败的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种基于双偏振天气雷达的人工防雹作业指挥方法，包括以下步骤：

第一步，数据录入和预处理，选取水平偏振反射率因子zh、差分反射率因子zdr、差传播相移kdp、水平偏振和垂直偏振回波功率零滞后互相关系数ρhv以及环境温度t为判断参数，实时录入偏振雷达探测到的zh、zdr、kdp、ρhv和t的参量数据，利用偏振参数对所有参量进行衰减订正的预处理，之后进入第二步；

第二步，数据质量控制，对录入的参量数据进行噪声剔除、滤波和平滑处理，之后进入第三步；

第三步，采用模糊逻辑元法识别水凝物相态，所述模糊逻辑元法识别水凝物相态包括以下过程：

(1)构建成员函数，将利用雷达进行测量的输入参数zh、zdr、kdp、ρhv、t分别与成员函数相对应，利用成员函数对输入的参数进行模糊化处理，所述任一输入参数的成员函数表达式如下：

(2)对降水相态设置判定规则，判定公式如下：

其中，wi是第i个输入参数对应的权重系数；pij是成员函数模糊化后的结果；j为降水类型相态的序号；

(3)对成员函数进行聚合；采用相加合成法，找出经过规则判断后得出的rsj最大值，所述聚合公式如下：

c＝max(rsj)；

(4)对成员函数进行解模糊，输出该rsj最大值所对应的索引值j，从而判断出索引值j所对应的水凝物相态，之后进入第四步；

第四步，策略判断；若在同一块冰雹云中出现的水凝物相态为霰粒子或/和过冷水，则将该判定结果作为人工防雹作业最佳时机的判断策略，之后进入第五步；若同一块冰雹云中出现的水凝物相态为弱回波、小雨、大雨中的任一种相态，则不需要处理，结束；

第五步，制作并发布防雹作业信息；根据炮点文件信息库，结合第四步的判断结果，在作业点位置搜索炮点文件，找出能“够得着作业”的所有相关联炮点并输出人影作业相关信息，即雹云相对相关联炮点的方位、距离和雹云所在高度。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述在第五步中，还包括声光报警提示，所述声光报警提示的信息为雹云相对相关联炮点的方位、距离和雹云所在高度。

本发明通过模糊逻辑元法进行水凝物的相态识别，根据判别策略给出人工防雹作业最佳时机，并结合炮点等信息，转化为可供人影作业的准确信息，同时在需要作业时进行声光报警。利用双偏振天气雷达双偏振信息，结合冰雹云冰雹形成的微物理特征，给出冰雹云人工防雹早期作业的时机和部位，并进行智能化声光实时提醒指示，避免作业时机贻误。本发明大大提升人工防雹作业指挥能力和效果。

附图说明

附图1为本发明的方法流程图。

附图2为本发明的成员函数示意图。

附图3为本发明的模糊逻辑元法隶属函数参数设置示意图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1：如附图1、2、3所示，一种基于双偏振天气雷达的人工防雹作业指挥方法，包括以下步骤：

第一步，数据录入和预处理，选取水平偏振反射率因子zh、差分反射率因子zdr、差传播相移kdp、水平偏振和垂直偏振回波功率零滞后互相关系数ρhv以及环境温度t为判断参数，实时录入偏振雷达探测到的zh、zdr、kdp、ρhv和t的参量数据，利用偏振参数对所有参量进行衰减订正的预处理，之后进入第二步；

第二步，数据质量控制，对录入的参量数据进行噪声剔除、滤波和平滑处理，之后进入第三步；

第三步，采用模糊逻辑元法识别水凝物相态，所述模糊逻辑元法识别水凝物相态包括以下过程：

(1)构建成员函数，将利用雷达进行测量的输入参数zh、zdr、kdp、ρhv、t分别与成员函数相对应，利用成员函数对输入的参数进行模糊化处理，所述任一输入参数的成员函数表达式如下：

(2)对降水相态设置判定规则，判定公式如下：

其中，wi是第i个输入参数对应的权重系数；pij是成员函数模糊化后的结果；j为降水类型相态的序号；

(5)对成员函数进行聚合；采用相加合成法，找出经过规则判断后得出的rsj最大值，所述聚合公式如下：

c＝max(rsj)；

(6)对成员函数进行解模糊，输出该rsj最大值所对应的索引值j，从而判断出索引值j所对应的水凝物相态，之后进入第四步；

第四步，策略判断；若在同一块冰雹云中出现的霰粒子或/和过冷水，则将该判定结果作为人工防雹作业最佳时机的判断策略，之后进入第五步；若同一块冰雹云中出现的水凝物相态为弱回波、小雨、大雨中的任一种相态，则不需要处理，结束；

第五步，制作并发布防雹作业信息；根据炮点文件信息库，结合第四步的判断结果，在作业点位置搜索炮点文件，找出能“够得着作业”的所有相关联炮点并输出人影作业相关信息，即雹云相对相关联炮点的方位、距离和雹云所在高度。

本发明中将降水相态分为弱回波、小雨、大雨、过冷水、冰雹和霰粒子等5种。这里的炮点文件信息库为现有的数据库，各炮点包含的信息有：炮点名称、炮点位置、射程、射高等人影作业信息。

在第三步中，成员函数表达式为一个通式，t＝(x,x1,x2,x3,x4)为zh、zdr、kdp、ρhv、t中的任一参量之一，x,x1,x2,x3,x4为不同参量选取的分界取值，根据需要，参数zh、zdr、kdp、ρhv、t选取不同的临界值。本发明通过模糊逻辑元法进行水凝物的相态识别，根据判别策略给出人工防雹作业最佳时机，并结合炮点等信息，转化为可供人影作业的准确信息，同时在需要作业时进行声光报警。利用双偏振天气雷达双偏振信息，结合冰雹云冰雹形成的微物理特征，给出冰雹云人工防雹早期作业的时机和部位，并进行智能化声光实时提醒指示，避免作业时机贻误。形成基于x波段双偏振雷达的防雹作业指挥系统并业务化。系统操作简便直观高效，大大提升人工防雹作业指挥能力和效果。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

根据需要，在第五步中，还包括声光报警提示，所述声光报警提示的信息为雹云相对相关联炮点的方位、距离和雹云所在高度。

这里通过对雹云、暴雨中心相对于有效作业范围内炮点的方位、距离、高度、发射角、实施阶段等信息以列表的形式显示，在冰雹云识别图上，给出需要作业的雹云部位后，能立即显示雹云作业部位相对于一定范围内炮点、火箭点的作业方位和距离，提示用户注意。

实施例2：如图1、表1、表2、表3所示，一种上述基于双偏振天气雷达的人工防雹作业指挥方法，选择三个输入参量zh，zdr，kdp来识别两种相态大雨(rain)、冰雹(hail)，包括以下步骤：

第一步，数据录入和预处理，假设zh＝47dbz，zdr＝1.2db，kdp＝2°*km-1，三个输入参量的权重因子相等，成员函数参数设置如表1所示：

第二步：采用模糊逻辑元法对输入参量进行处理的过程如下：

模糊化：经过成员函数模糊化后的结果pij如表2所示；

(2)规则判断的结果如表3所示；

(3)聚合，rs0>rs1,c＝max(rsj)＝rs0；

(4)解模糊，由c＝rs0，得出j＝0，得出相态为大雨(rain)。

因这里判断的水凝物相态结果为大雨，所以不需要发布防雹作业信息。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

表1成员函数参数设置表

表2模糊化后的pij表

表3规则判断结果表