基于BNT的双偏振气象雷达降水粒子分类算法研究
发布时间：2021-07-14 07:10
双偏振气象雷达作为一种新型的天气探测工具,能交替发射和接收水平与垂直偏振方向的电磁波,通过对回波数据进行处理,可以提取出不同降水粒子的形状、大小、空间取向及相态等信息,与传统气象雷达相比,在降水量的测量、降水粒子分类识别、灾害性天气预报等方面具有明显优势。现业务运行的双偏振气象雷达多数应用的是基于模糊逻辑的降水粒子分类方法,模糊逻辑算法存在一个很大的弊端就是其中大量的参数需要依赖专家经验值确定。同时现有的降水粒子分类方法中对于不同的降水粒子使用单一隶属度函数或者概率模型描述其分布情况,单一的模型预设会对降水粒子分类结果产生较大影响。贝叶斯网络可以从样本中获得知识,并且无需进行模型预设,是目前不确定知识表达和推理领域最有效理论模型之一,已成功地应用于机器学习、人工智能、医疗诊断、大数据分析等多个领域。因此利用贝叶斯网络研究双偏振气象雷达降水粒子分类方法具有重要的意义,本文主要内容如下:针对现行传统降水粒子分类算法存在过度依赖专家经验值和单一模型假设会带来误差等问题,提出了一种基于离散属性贝叶斯网络的双偏振气象雷达降水粒子分类算法。首先对雷达偏振参量进行离散化处理,并基于此构建训练数据集合...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国本土NEXRAD雷达组网在20世纪80年代末，我国开始研究双偏振雷达技术，第一部双偏振雷达由中国科
中国民航大学硕士学位论文4助下，美方工程师到上海对位于上海南汇的WSR-88D雷达进行双偏振升级，使该雷达的硬件性能达到了美国WSR-88D双偏振雷达的标准。2015年，由北京敏视达雷达公司生产连州雷达是我国境内首部S波段的双偏振业务雷达，负责广东省粵西北地区检测任务。截至2018年初，广东省先后通过新建、旧雷达升级的方式，在华南地区形成了双偏振气象雷达的组网观测。截止2018年底中国新一代天气雷达网如图1-2所示。根据中国气象局出台的《气象雷达发展专项规划（2017-2020年）》[17]，截止2020年，全国新一代气象雷达网进一步优化完善，其中东部和东南沿海由双偏振气象雷达网覆盖，并使用X波段气象雷达对新一代天气雷达网的探测盲区进行补充观测。图1-2中国新一代天气雷达组网1.2.2降水粒子分类研究现状现有的降水粒子分类算法，主要是统计学领域的一些现代数学方法与信号处理理论有机结合，形成的一套雷达数据的分析与计算理论。在国外，EcclesandAtlas(1973)通过判断不同波长雷达的回波信号比值在距离上积分的正负情况来判别不同降水粒子[18]，提出了利用双波长雷达区分不同降水粒子的方法；双偏振雷达数据PRD(PolarimetricRadarData)于1986年第一次用到降水粒子分类中，Aydin等人用HZ和DRZ来对冰雹进行识别[19]。在单偏振雷达时期，冰雹识别仅能对反射率因子设定阈值来粗略判断，阈值一般取54dBZ，当反射率大于这个阈值的时候可能存在冰雹，这种冰雹检测方法非常不
中国民航大学硕士学位论文19前往美国国家海洋和大气管理局（NationalOceanicandAtmosphericAdministration,NOAA）官方网站，打开选择雷达网址https://www.ncdc.noaa.gov/nexradinv/choosesite.jsp可以选择通过地图搜索、通过城市名称搜索或者通过列表搜索找到KTLX雷达，网站提供完整的LevelⅡ和LevelⅢ的雷达数据集，可以打包下载。网站提供1991年至今的全部雷达数据，雷达数据包的时刻间隔为5分钟。NOAA数据及日期选择界面如下图所示。图2-4NOAA数据及日期选择界面其中L3为LevelⅢ简写，[N0Q]表示的是0.5°仰角下雷达的长程反射率高分辨率产品，雷达最大作用距离460km的数据。其中0为仰角代号，Q为反射率因子代号，下表给出几种仰角和主要偏振参量产品的代号。表2.5仰角和主要偏振参量产品及其代号偏振参量代号仰角代号反射率因子Q0.5°0差分反射率因子X0.9°A差分相移率K1.5°1互相关系数C1.8°B分类结果H2.4°2融化层数据M3.4°3通过NOAA网站下载的数据仅能使用其提供的气象雷达工具箱（NOAAWeatherand
本文编号：3283677
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国本土NEXRAD雷达组网在20世纪80年代末，我国开始研究双偏振雷达技术，第一部双偏振雷达由中国科
中国民航大学硕士学位论文4助下，美方工程师到上海对位于上海南汇的WSR-88D雷达进行双偏振升级，使该雷达的硬件性能达到了美国WSR-88D双偏振雷达的标准。2015年，由北京敏视达雷达公司生产连州雷达是我国境内首部S波段的双偏振业务雷达，负责广东省粵西北地区检测任务。截至2018年初，广东省先后通过新建、旧雷达升级的方式，在华南地区形成了双偏振气象雷达的组网观测。截止2018年底中国新一代天气雷达网如图1-2所示。根据中国气象局出台的《气象雷达发展专项规划（2017-2020年）》[17]，截止2020年，全国新一代气象雷达网进一步优化完善，其中东部和东南沿海由双偏振气象雷达网覆盖，并使用X波段气象雷达对新一代天气雷达网的探测盲区进行补充观测。图1-2中国新一代天气雷达组网1.2.2降水粒子分类研究现状现有的降水粒子分类算法，主要是统计学领域的一些现代数学方法与信号处理理论有机结合，形成的一套雷达数据的分析与计算理论。在国外，EcclesandAtlas(1973)通过判断不同波长雷达的回波信号比值在距离上积分的正负情况来判别不同降水粒子[18]，提出了利用双波长雷达区分不同降水粒子的方法；双偏振雷达数据PRD(PolarimetricRadarData)于1986年第一次用到降水粒子分类中，Aydin等人用HZ和DRZ来对冰雹进行识别[19]。在单偏振雷达时期，冰雹识别仅能对反射率因子设定阈值来粗略判断，阈值一般取54dBZ，当反射率大于这个阈值的时候可能存在冰雹，这种冰雹检测方法非常不
中国民航大学硕士学位论文19前往美国国家海洋和大气管理局（NationalOceanicandAtmosphericAdministration,NOAA）官方网站，打开选择雷达网址https://www.ncdc.noaa.gov/nexradinv/choosesite.jsp可以选择通过地图搜索、通过城市名称搜索或者通过列表搜索找到KTLX雷达，网站提供完整的LevelⅡ和LevelⅢ的雷达数据集，可以打包下载。网站提供1991年至今的全部雷达数据，雷达数据包的时刻间隔为5分钟。NOAA数据及日期选择界面如下图所示。图2-4NOAA数据及日期选择界面其中L3为LevelⅢ简写，[N0Q]表示的是0.5°仰角下雷达的长程反射率高分辨率产品，雷达最大作用距离460km的数据。其中0为仰角代号，Q为反射率因子代号，下表给出几种仰角和主要偏振参量产品的代号。表2.5仰角和主要偏振参量产品及其代号偏振参量代号仰角代号反射率因子Q0.5°0差分反射率因子X0.9°A差分相移率K1.5°1互相关系数C1.8°B分类结果H2.4°2融化层数据M3.4°3通过NOAA网站下载的数据仅能使用其提供的气象雷达工具箱（NOAAWeatherand
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