基于双偏振雷达的强对流联合观测指挥方法、系统及设备

本技术涉及雷达观测，特别是涉及一种基于双偏振雷达的强对流联合观测指挥方法、系统及设备。

背景技术：

1、强对流是空气强烈垂直运动而导致的天气现象，是中小尺度灾害性天气的重要研究对象。强对流的一个重要特点是具有复杂快速的水汽相变过程，湿过程显著，存在复杂的动力和微物理的相互作用过程。只有充分认识强对流中的动力和微物理过程才能揭示降水形成的主要机制，提高强对流的监测预警能力，实现气象防灾减灾。

2、观测是认识天气系统中云和降水发展演变规律的重要手段，也是构建、评估和改进数值模式微物理参数化方案的基础。近年来，随着观测设备的逐渐发展，越来越多且先进的观测设备投入到强对流云和降水的观测中，针对不同天气系统展开观测研究。在观测设备中，雷达起到了至关重要的作用。目前，我国业务化常规天气雷达正逐渐完成双偏振雷达升级改造，已建成世界上最大的双偏振雷达观测网，这对云降水物理学的研究具有重要的机遇。双偏振雷达是目前最为有效的探测强对流中云和降水微物理过程的观测仪器，可以提供云和降水微物理过程的遥感观测信息，对于揭示降水微物理特征，分析其形成的关键微物理过程具有重要的参考价值。

3、然而，仅仅依靠我国业务的双偏振雷达仍然无法满足强对流的观测需求。因地球存在曲率，常规业务的s波段双偏振雷达在远距离存在低层盲区，难以完整探测部分尺度较小的强对流。因此针对强对流的联合观测，需要探测距离较短的x波段天气雷达加以补充。因此s波段和x波段天气雷达的相互配合，取长补短是联合探测强对流的发展趋势，这就涉及到强对流多源观测仪器的联合指挥方法问题。

4、x波段阵列式相控阵双偏振雷达可以反演对流内部精细的动力场信息，但反演结果对反演方法非常敏感，需要实况观测资料的直接验证。同时基于双偏振雷达的降水内部结构的微物理要素的反演也存在较大的不确定性，也需要实况观测资料加以验证。同时实况观测也可为发展新的反演方法提供支撑。因此基于无人机机载的探测手段逐渐开始发展，但是无人机等非常规观测如何与雷达观测相互配合获取强对流的动力和微物理信息目前仍不明确。开展野外观测试验需要耗费大量的人力物力和财力，因此迫切需要一种针对强对流动力和微物理探测和验证的多源观测设备的联合指挥方法和系统，以提高野外观测试验的精确度和效率。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于双偏振雷达的强对流联合观测指挥方法、系统及设备。

2、一种基于双偏振雷达的强对流联合观测指挥方法，所述方法包括：

3、将联合观测设备部署于设定观测区域内并构建精细化探测区；其中，联合观测设备包括双偏振天气雷达、ka/w波段云雷达、微雨雷达、无人机和其他观测设备；

4、获取精细化探测区内的前期预报结果和短时临近预报结果，根据前期预报结果和短时临近预报结果判断强对流是否经过精细化探测区；

5、当判断强对流经过精细化探测区时，根据双偏振天气雷达对强对流进行雷达综合监测，获取雷达综合监测结果，根据雷达综合监测结果进行短时临近预报，获取强对流经过精细化探测区的时间；

6、在强对流进入精细化探测区之前，指挥联合观测设备中的无人机释放并保持滞空状态；在强对流到达精细化探测区时，指挥联合观测设备对强对流进行多源联合观测，并收集整理多源观测数据直至强对流联合观测结束。

7、在其中一个实施例中，双偏振天气雷达包括两部s波段双偏振天气雷达、3部x波段阵列式相控阵双偏振天气雷达和1部车载x波段相控阵双偏振天气雷达；无人机包括垂直速度探测无人机、粒子探测无人机和气象要素探测无人机；其他观测设备包括gps无线电探空仪、火箭无线电探空仪、二维视频雨滴谱仪、云凝结核计数器和自动气象站。

8、在其中一个实施例中，将联合观测设备部署于设定观测区域内并构建精细化探测区，包括：

9、将两部s波段双偏振天气雷达部署于设定观测区域内，并将3部x波段阵列式相控阵双偏振天气雷达呈三角形部署在两部s波段双偏振天气雷达的探测覆盖区域内，将1部车载x波段相控阵双偏振天气雷达部署在3部x波段阵列式相控阵双偏振天气雷达的探测覆盖区域之外；

10、在3部x波段阵列式相控阵双偏振天气雷达的中心区域构建精细化探测区，将二维视频雨滴谱仪、微雨雷达、ka/w波段云雷达、云凝结核计数器、自动气象站、气象要素探测无人机和粒子探测无人机部署于精细化探测区的内部，将gps无线电探空仪、火箭无线电探空仪和垂直速度探测无人机部署于精细化探测区的周围。

11、在其中一个实施例中，在将联合观测设备部署于设定观测区域内并构建精细化探测区之后，还包括：

12、将联合观测设备中的所有设备调试至正常观测状态，并保持所有设备时间同步。

13、在其中一个实施例中，获取精细化探测区内的前期预报结果和短时临近预报结果，包括：

14、获取精细化探测区内前一天的前期预报结果，前期预报结果通过利用天气图和数值预报产品进行大尺度天气预报得到；

15、获取精细化探测区内前1-2小时的短时临近预报结果，短时临近预报结果通过利用s波段双偏振天气雷达、x波段相控阵双偏振天气雷达和静止卫星的观测数据进行强对流短时临近预报得到。

16、在其中一个实施例中，当判断强对流经过精细化探测区时，根据双偏振天气雷达对强对流进行雷达综合监测，获取雷达综合监测结果，根据雷达综合监测结果进行短时临近预报，获取强对流经过精细化探测区的时间，包括：

17、当判断强对流经过精细化探测区时，根据3部x波段阵列式相控阵双偏振天气雷达对强对流进行快速体积扫描，获取体积扫描结果，根据1部车载x波段相控阵双偏振天气雷达对强对流进行追踪扫描，获取追踪扫描结果；

18、将体积扫描结果和追踪扫描结果进行结合，获取雷达综合监测结果，根据雷达综合监测结果对强对流进行短时临近预报，获取强对流经过精细化探测区的时间。

19、在其中一个实施例中，在强对流进入精细化探测区之前，指挥联合观测设备中的无人机释放并保持滞空状态；在强对流到达精细化探测区时，指挥联合观测设备对强对流进行多源联合观测，并收集整理多源观测数据直至强对流联合观测结束，包括：

20、在强对流进入精细化探测区之前，指挥联合观测设备中的垂直速度探测无人机、粒子探测无人机、气象要素探测无人机以及火箭无线电探空仪释放，并维持滞空状态；

21、在强对流到达精细化探测区时，指挥联合观测设备对强对流进行多源联合观测，根据两部s波段双偏振天气雷达、3部x波段阵列式相控阵双偏振天气雷达和1部车载x波段相控阵双偏振天气雷达进行反演，获取强对流中的粒子相态识别分类结果、液态水含量、冰水含量、雨滴谱分布、强对流的动力场信息以及强对流的垂直结构特征，根据ka/w波段云雷达和微雨雷达执行垂直观测策略，获取精细化探测区上空对流廓线的时间演变信息；

22、根据3部x波段阵列式相控阵双偏振天气雷达进行反演获取的强对流的动力场信息，确定强对流的强上升区，引导垂直速度探测无人机前往强上升区进行观测，获取强对流内部的大气垂直速度；

23、根据粒子探测无人机和气象要素探测无人机进行观测，获取强对流过境时的环境场和微物理要素的垂直剖面结构；根据gps无线电探空仪和火箭无线电探空仪进行观测，获取精细化探测区周围的环境场要素的垂直结构，根据二维视频雨滴谱仪进行观测，获取近地面降水的雨滴分布和微物理特征，根据云凝结核计数器和自动气象站进行观测，获取近地面气溶胶和降水特征；

24、收集整理联合观测设备进行多源联合观测获取的多源观测数据，直至强对流完全移出3部x波段阵列式相控阵双偏振天气雷达的探测覆盖区域，结束强对流联合观测。

25、在其中一个实施例中，对于适合人工影响天气催化的强对流，在指挥联合观测设备对强对流进行多源联合观测时，还包括：

26、根据3部x波段阵列式相控阵双偏振天气雷达进行反演获取的强对流的动力场信息，确定强对流的强上升区，将强上升区作为人工影响天气作业目标区，根据人工影响天气作业目标区确定人工影响天气作业设施的作业位置和作业时间，并根据人工影响天气作业设施对强对流进行催化；其中，人工影响天气作业设施包括烟炉、地面火箭、高炮和人影飞机。

27、一种基于双偏振雷达的强对流联合观测指挥系统，所述系统包括：

28、设备部署单元，用于将联合观测设备部署于设定观测区域内并构建精细化探测区；其中，联合观测设备包括双偏振天气雷达、ka/w波段云雷达、微雨雷达、无人机和其他观测设备；

29、预报准备单元，用于获取精细化探测区内的前期预报结果和短时临近预报结果，根据前期预报结果和短时临近预报结果判断强对流是否经过精细化探测区；

30、雷达综合监测单元，用于当判断强对流经过精细化探测区时，根据双偏振天气雷达对强对流进行雷达综合监测，获取雷达综合监测结果，根据雷达综合监测结果进行短时临近预报，获取强对流经过精细化探测区的时间；

31、联合观测指挥单元，用于在强对流进入精细化探测区之前，指挥联合观测设备中的无人机释放并保持滞空状态；在强对流到达精细化探测区时，指挥联合观测设备对强对流进行多源联合观测，并收集整理多源观测数据直至强对流联合观测结束。

32、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

33、将联合观测设备部署于设定观测区域内并构建精细化探测区；其中，联合观测设备包括双偏振天气雷达、ka/w波段云雷达、微雨雷达、无人机和其他观测设备；

34、获取精细化探测区内的前期预报结果和短时临近预报结果，根据前期预报结果和短时临近预报结果判断强对流是否经过精细化探测区；

35、当判断强对流经过精细化探测区时，根据双偏振天气雷达对强对流进行雷达综合监测，获取雷达综合监测结果，根据雷达综合监测结果进行短时临近预报，获取强对流经过精细化探测区的时间；

36、在强对流进入精细化探测区之前，指挥联合观测设备中的无人机释放并保持滞空状态；在强对流到达精细化探测区时，指挥联合观测设备对强对流进行多源联合观测，并收集整理多源观测数据直至强对流联合观测结束。

37、上述基于双偏振雷达的强对流联合观测指挥方法、系统及设备，通过将联合观测设备部署于设定观测区域内并构建精细化探测区；获取精细化探测区内的前期预报结果和短时临近预报结果并判断强对流是否经过精细化探测区；当判断经过时，根据双偏振天气雷达对强对流进行雷达综合监测，获取强对流经过精细化探测区的时间；在强对流进入精细化探测区之前，指挥联合观测设备中的无人机释放并保持滞空状态；在强对流到达精细化探测区时，指挥联合观测设备对强对流进行多源联合观测，并收集整理多源观测数据。采用本方法能够通过部署多源观测设备实时监测各类观测设备的运行状态以及探测结果，并协同指挥各类观测设备获取强对流中动力和微物理信息，根据强对流的演变情况进行实时多源联合观测，从而可以高效准确地开展强对流的大型外场观测试验。