本發(fā)明涉及風(fēng)切變預(yù)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及基于雷達(dá)數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)的天氣預(yù)警方法、裝置以及存儲(chǔ)設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著我國(guó)航空事業(yè)的發(fā)展，航空吞吐量日益增長(zhǎng)，對(duì)低空危險(xiǎn)天氣的探測(cè)和預(yù)警需求愈發(fā)強(qiáng)烈。低空危險(xiǎn)天氣種類(lèi)多，尤其是機(jī)場(chǎng)風(fēng)切變，因其本身在時(shí)間和空間上具有不規(guī)則性和不均勻性，加之大氣風(fēng)場(chǎng)觀測(cè)手段受限于現(xiàn)有儀器水平。

2、因此，當(dāng)前風(fēng)切變預(yù)警過(guò)程中存在探測(cè)精度低和虛警、漏警等問(wèn)題。傳統(tǒng)的透射式能見(jiàn)度儀和前向散射式能見(jiàn)度儀均只能測(cè)得一小塊區(qū)域內(nèi)的平均能見(jiàn)度，時(shí)空連續(xù)性表征不足。采用激光雷達(dá)可以獲得機(jī)場(chǎng)飛行路徑上的能見(jiàn)度廓線，然而其探測(cè)精度受限于反演消光系數(shù)的精度。

3、目前，應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)風(fēng)切變探測(cè)的技術(shù)手段主要有多普勒天氣雷達(dá)、風(fēng)廓線儀、低空風(fēng)切變預(yù)警系統(tǒng)和激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)。

4、多普勒天氣雷達(dá)：探測(cè)原理為多普勒效應(yīng)，由于降水粒子與雷達(dá)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使接受到的信號(hào)與發(fā)射的信號(hào)之間存在多普勒頻移。通過(guò)計(jì)算降水粒子相對(duì)于雷達(dá)運(yùn)動(dòng)的速度，可以反演得到大氣風(fēng)場(chǎng)的情況。根據(jù)風(fēng)場(chǎng)的分布情況以及變化形式，選取合適的閾值，可以進(jìn)行低空風(fēng)切變的判別。優(yōu)點(diǎn)：多普勒天氣雷達(dá)的探測(cè)目標(biāo)是降水粒子，因此當(dāng)機(jī)場(chǎng)附近水汽條件充足時(shí)，對(duì)于下?lián)舯┝靼殡S的低空風(fēng)切變具有較好地探測(cè)性能；缺點(diǎn)：1、測(cè)得的風(fēng)速只是相對(duì)于雷達(dá)的徑向速度，需要通過(guò)反演得出實(shí)際風(fēng)場(chǎng)。而現(xiàn)有的風(fēng)場(chǎng)反演算法并不完善，得到的風(fēng)場(chǎng)與實(shí)際風(fēng)場(chǎng)之間會(huì)存在誤差；2、風(fēng)場(chǎng)探測(cè)的實(shí)際范圍較小，且隨著距離增加雷達(dá)探測(cè)精度逐漸降低，因此尺度較小的風(fēng)切變經(jīng)常會(huì)被忽略；3、由于多普勒雷達(dá)建設(shè)時(shí)在選址方面有一定的限制，無(wú)法將雷達(dá)直接對(duì)準(zhǔn)機(jī)場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)，因此無(wú)法提供實(shí)時(shí)的跑道風(fēng)場(chǎng)情況，在實(shí)際應(yīng)用中存在一些困難；4、由于探測(cè)目標(biāo)是降水粒子，多普勒天氣雷達(dá)在晴空條件下的探測(cè)能力會(huì)有所限制，探測(cè)效果不佳；5、用于低空風(fēng)切變的探測(cè)分析時(shí)，操作比較復(fù)雜，需要專(zhuān)業(yè)人員操作。其探測(cè)精度為幾米每秒到十幾米每秒之間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)切變探測(cè)精度低，還存在虛警、漏警等問(wèn)題；現(xiàn)有能見(jiàn)度測(cè)量只能測(cè)得一小塊區(qū)域內(nèi)的平均能見(jiàn)度，且時(shí)空連續(xù)性表征不足，針對(duì)此不足，提出了基于雷達(dá)數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)的天氣預(yù)警方法、裝置以及存儲(chǔ)設(shè)備。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

3、基于雷達(dá)數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)的天氣預(yù)警方法，包括以下步驟：

4、s1、高精度高時(shí)空分辨相干激光雷達(dá)，獲得高時(shí)空分辨率的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，反演風(fēng)切變場(chǎng)和能見(jiàn)度場(chǎng)；

5、s2、實(shí)時(shí)探測(cè)機(jī)場(chǎng)上空區(qū)域的大氣參數(shù)，形成機(jī)場(chǎng)輔助觀測(cè)數(shù)據(jù)；

6、s3、基于風(fēng)切變場(chǎng)、能見(jiàn)度場(chǎng)以及機(jī)場(chǎng)輔助觀測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，形成預(yù)報(bào)方案。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述反演風(fēng)切變場(chǎng)包括以下步驟：

8、通過(guò)高精度高時(shí)空分辨率相干激光雷達(dá)采集回波信號(hào)；所述回波信號(hào)包括頻率信息、強(qiáng)度信息；

9、根據(jù)，其中，v為徑向風(fēng)速，為激光波長(zhǎng)，表示頻率變化量；計(jì)算得到徑向風(fēng)速v；

10、相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)進(jìn)行掃描，得到激光雷達(dá)原始數(shù)據(jù)；原始數(shù)據(jù)包括徑向風(fēng)速數(shù)據(jù)和信噪比數(shù)據(jù)；

11、基于k-鄰域頻數(shù)算法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制；

12、基于最小二乘法，對(duì)雷達(dá)徑向方向上m個(gè)距離門(mén)，計(jì)算徑向切變值；對(duì)雷達(dá)切向方向上n個(gè)距離門(mén)，計(jì)算切向切變值；

13、根據(jù)，計(jì)算得到水平風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)切變值。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述相干測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)采用ppi掃描模式、下滑道掃描模式或dbs掃描模式進(jìn)行掃描。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，根據(jù)，計(jì)算得到雷達(dá)徑向方向上m個(gè)距離門(mén)的徑向切變值；

16、根據(jù)，計(jì)算得到雷達(dá)切向方向上n個(gè)距離門(mén)的切向切變值；

17、其中，表示從徑向計(jì)算點(diǎn)開(kāi)始第個(gè)距離門(mén)的徑向速度，表示第個(gè)距離門(mén)到雷達(dá)中心的距離，為距離門(mén)之間的間隔，表示單位距離門(mén)的長(zhǎng)度；表示從切向計(jì)算點(diǎn)開(kāi)始第j個(gè)距離門(mén)的徑向速度，表示從切向計(jì)算點(diǎn)開(kāi)始第j個(gè)距離門(mén)的方位角，為雷達(dá)方位角步進(jìn)長(zhǎng)度，為雷達(dá)的角度分辨率，表示雷達(dá)光束傳輸距離。

18、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述反演能見(jiàn)度場(chǎng)包括以下步驟：

19、判斷所使用的激光波長(zhǎng)是否偏離波長(zhǎng)550nm；

20、若激光波長(zhǎng)未偏離550nm，基于能見(jiàn)度反演算法，，結(jié)合回波信號(hào)的強(qiáng)度信息，計(jì)算得到能見(jiàn)度；其中，為能見(jiàn)度，為消光系數(shù)，為識(shí)別目標(biāo)對(duì)比閾值，；

21、若激光波長(zhǎng)偏離550nm，則對(duì)消光系數(shù)進(jìn)行修正；

22、修正后，根據(jù)，計(jì)算得到能見(jiàn)度，

23、其中，，d為局探測(cè)光源出發(fā)點(diǎn)的距離；

24、設(shè)定t為時(shí)間統(tǒng)計(jì)周期，分別計(jì)算出不同高度層處的能見(jiàn)度平均值，得到t時(shí)間內(nèi)能見(jiàn)度隨高度層變化的能見(jiàn)度廓線。

25、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述s2包括以下步驟：

26、通過(guò)民航氣象常規(guī)觀測(cè)獲取當(dāng)前機(jī)場(chǎng)的近地面風(fēng)速、近地面能見(jiàn)度值、降水、溫度、濕度和壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，形成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集；

27、基于百分位法進(jìn)行分區(qū)濾噪，得到有效的機(jī)場(chǎng)輔助觀測(cè)數(shù)據(jù)。

28、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述s3包括以下步驟：

29、風(fēng)切變場(chǎng)數(shù)據(jù)、能見(jiàn)度場(chǎng)數(shù)據(jù)以及機(jī)場(chǎng)輔助觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，并與預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本篩選；

30、將篩選后的數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練樣本集和測(cè)試樣本集；

31、基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法構(gòu)建預(yù)測(cè)模型；

32、通過(guò)輸入歷史時(shí)刻的風(fēng)切變場(chǎng)數(shù)據(jù)、能見(jiàn)度場(chǎng)數(shù)據(jù)以及機(jī)場(chǎng)輔助觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)未來(lái)時(shí)刻的能見(jiàn)度值和風(fēng)切變值；

33、根據(jù)預(yù)測(cè)的未來(lái)時(shí)刻的能見(jiàn)度值和風(fēng)切變值，形成預(yù)警報(bào)告。

34、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述預(yù)警報(bào)告包括風(fēng)切變預(yù)警報(bào)告和能見(jiàn)度預(yù)警報(bào)告；

35、所述風(fēng)切變預(yù)警報(bào)告包括：

36、當(dāng)風(fēng)切變值＜0.03時(shí)，視為輕微；

37、當(dāng)0.03≤風(fēng)切變值＜0.2時(shí)，視為強(qiáng)烈；

38、當(dāng)0.2≤風(fēng)切變值時(shí)，視為嚴(yán)重；

39、所述能見(jiàn)度預(yù)警報(bào)告包括：

40、當(dāng)能見(jiàn)度≤1km，能見(jiàn)度等級(jí)為1；

41、當(dāng)1km＜能見(jiàn)度≤10km，能見(jiàn)度等級(jí)為2；

42、當(dāng)10km＜能見(jiàn)度，能見(jiàn)度等級(jí)為3。

43、基于雷達(dá)數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)的天氣預(yù)警裝置，所述裝置包括一個(gè)或多個(gè)處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序；當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)，使得所述處理器能夠?qū)崿F(xiàn)一種基于雷達(dá)數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)的天氣預(yù)警方法。

44、一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備，所述計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備中存儲(chǔ)有至少一條程序指令，至少一條程序指令用于被處理器加載并執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)一種基于雷達(dá)數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)的天氣預(yù)警方法。

45、本發(fā)明提出的基于雷達(dá)數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)的天氣預(yù)警方法、裝置以及存儲(chǔ)設(shè)備，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

46、1、本發(fā)明基于高精度高時(shí)空分辨相干激光雷達(dá)，實(shí)時(shí)探測(cè)機(jī)場(chǎng)上空區(qū)域的大氣參數(shù)，獲得高時(shí)空分辨率的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，反演風(fēng)切變場(chǎng)和能見(jiàn)度場(chǎng)，運(yùn)用人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)等方法進(jìn)行處理，形成預(yù)報(bào)方案；

47、2、本發(fā)明通過(guò)高精度高時(shí)空分辨相干激光雷達(dá)，結(jié)合常規(guī)氣象數(shù)據(jù)資源，在中小尺度范圍內(nèi)，獲得高精度、高識(shí)別率、高分辨率的風(fēng)切變及能見(jiàn)度場(chǎng)（時(shí)空分布），提升機(jī)場(chǎng)氣象安全保障能力；

48、3、本發(fā)明通過(guò)增加能見(jiàn)度的探測(cè)，能見(jiàn)度的探測(cè)，可以明確激光雷達(dá)測(cè)量邊界，當(dāng)能見(jiàn)度較低時(shí)，激光雷達(dá)的測(cè)量數(shù)據(jù)置信度降低，地面輔助測(cè)量數(shù)據(jù)的置信度提高；當(dāng)能見(jiàn)度較高時(shí)，激光雷達(dá)的測(cè)量數(shù)據(jù)置信度提高，地面輔助測(cè)量數(shù)據(jù)的置信度降低，為全天時(shí)、全天候進(jìn)行機(jī)場(chǎng)氣象安全監(jiān)測(cè)提供了數(shù)據(jù)保障；

49、4、本發(fā)明通過(guò)三種掃描模式，三種掃描方式的結(jié)合，反演得到的風(fēng)切變值更加準(zhǔn)確，為機(jī)場(chǎng)的風(fēng)切變告警提供了可靠的數(shù)據(jù)源；

50、5、本發(fā)明通過(guò)與機(jī)場(chǎng)地面數(shù)據(jù)進(jìn)行分區(qū)濾噪，分區(qū)濾噪可以有效地剔除機(jī)場(chǎng)地面輔助數(shù)據(jù)的異常測(cè)量值，為預(yù)測(cè)模型提供了穩(wěn)定有效的輔助數(shù)據(jù)源。