CN112946658B - 一种获取大气垂直运动速度的方法、装置 - Google Patents

Abstract

提供一种获取大气垂直运动速度的方法、装置。该方法包括：基于单频雷达系统探测的方式获取降水云在所有高度上的功率谱分布；在目标方向上，基于降水云在所有高度中相邻高度上的功率谱分布，确定相邻高度上的第一速度差异，该相邻高度上的第一速度差异包括该相邻高度上的粒子下降速度差异；对该相邻高度上的粒子下降速度差异进行修正，得到该相邻高度上的大气垂直运动速度差异。

Description

一种获取大气垂直运动速度的方法、装置

技术领域

本申请实施例涉及大气主动遥感探测领域，尤其涉及气象雷达遥感、大气物理、人工影响天气领域，并且更具体地，涉及一种获取大气垂直运动速度的方法、装置。

背景技术

准确获取降水云中大气动力参数的垂直分布对于理解云和降水微物理控制过程、以及对大气状态的正确模拟至关重要，但降水云中的大气垂直运动尤其是强降水云中大气动力参数目前尚未无法直接测量。

目前，一方面使用单频雷达甚高频VHF直接探测大气垂直运动的设备成本很高，使用双频雷达反演大气垂直运动信息时，受到短波长雷达系统探测降水云的能力影响，只能获取弱降水的大气垂直运动信息；另一方面，使用单频雷达回波强度和粒子下降速度先验关系反演存在一定误差，谱分布边缘反演存在很大的不确定性；所以，一种有效的获取大气垂直运动速度的方法尤为重要。

发明内容

提供一种获取大气垂直运动速度的方法、装置，能够获取大气垂直运动速度。

第一方面，提供了一种获取大气垂直运动速度的方法，包括：

基于单频雷达系统探测的方式获取降水云在所有高度上的功率谱分布；

在目标方向上，基于所述降水云在所述所有高度中相邻高度上的功率谱分布，确定所述相邻高度上的第一速度差异，所述相邻高度上的第一速度差异包括所述相邻高度上的粒子下降速度差异；

对所述相邻高度上的粒子下降速度差异进行修正，得到所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异；

基于初始高度上的大气垂直运动速度和所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异，确定所述相邻高度中目标高度上的大气垂直运动速度。

第二方面，提供了一种获取大气垂直运动速度的装置，包括：

获取单元，基于单频雷达系统探测的方式获取降水云在所有高度上的功率谱分布；

第一确定单元，在目标方向上，基于所述降水云在所述所有高度中相邻高度上的功率谱分布，确定所述相邻高度上的第一速度差异，所述相邻高度上的第一速度差异包括所述相邻高度上的粒子下降速度差异；

第二确定单元，对所述相邻高度上的粒子下降速度差异进行修正，得到所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异；

第三确定单元，基于初始高度上的大气垂直运动速度和所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异，确定所述相邻高度中目标高度上的大气垂直运动速度。

基于以上技术方案，通过使用雷达垂直探测获取降水云在所有高度上的功率谱分布数据，相当于，使获取的数据在数据层级上更加原始、真实；通过确定相邻高度上的多普勒速度频移，相当于，规避了谱分布中其他不确定的影响，将相邻高度大气湍流运动的影响缩小至大气垂直运动的影响和众数粒径改变引起的粒子下降速度变化的影响；对相邻高度的粒子下降速度进行修正，相当于，考虑到混合区中不同高度的谱分布中粒子群属性不同，粒子下降速度不同，对粒子下降速度进行修正使不同高度的粒子下降速度更加精确，进一步，使相邻高度上的粒子下降速度差异更加精确，最终实现不同高度的大气垂直运动速度更加精确。

附图说明

图1是本申请实施例提供的获取大气垂直运动速度的方法的示意性流程图。

图2是本申请实施例提供的获取大气垂直运动速度的方法的另一示意性流程图。

图3是本申请实施例提供的装置的示意性框图。

具体实施方式

本申请可应用于大气主动遥感探测领域、气象雷达遥感领域、大气物理领域、人工影响天气领域等。

需要说明的是，本申请可以反演任何强度降水云中的大气垂直运动速度，并保证大气垂直运动速度的精度。

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

图1是本申请实施例提供的获取大气垂直运动速度的方法100的示意性流程图。

如图1所示，该方法100可包括：

S101：获取降水云在所有高度上的功率谱分布。

S102：在目标方向上，基于降水云在所有高度上的功率谱分布，确定相邻高度上的多普勒速度频移。

S103：基于相邻高度上的多普勒速度频移和修正后的相邻高度上的粒子下降速度，得到相邻高度上的大气垂直运动速度差异。

S104：基于初始高度上的大气垂直运动速度和所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异，确定相邻高度中目标高度上的大气垂直运动速度。

例如，通过计算相邻高度上第一速度差异和该相邻高度上的粒子下降速度差异，得出该相邻高度上的大气垂直运动速度差异，再基于相邻高度上的大气垂直运动速度差异和初始高度上的大气垂直运动速度，得出该相邻高度中目标高度上的大气垂直运动速度。

通过使用雷达垂直探测获取降水云在所有高度上的功率谱分布数据，相当于，使获取的数据在数据层级上更加原始、真实；通过确定相邻高度上的多普勒速度频移，相当于，规避了谱分布中其他不确定的影响，将相邻高度大气湍流运动的影响缩小至大气垂直运动的影响和众数粒径改变引起的粒子下降速度变化的影响；对相邻高度的粒子下降速度进行修正，相当于，考虑到混合区中不同高度的谱分布中粒子群属性不同，粒子下降速度和粒子群属性占比有关，对粒子下降速度进行修正使不同高度的粒子下降速度更加精确，进一步，使相邻高度上的粒子下降速度差异更加精确，最终实现，得到更加精确的不同高度的大气垂直运动速度。

需要说明的是，该第一速度差异表征目标方向上相邻高度的功率谱分布的多普勒速度频移。

在本申请的一些实施例中，所述每一个高度的功率谱分布为回波强度在速度轴上的分布；S102可包括：

调整所述相邻高度中一个高度的功率谱分布在速度轴上的位置，计算相同速度的两个谱信号幅度差异，直至所述相邻高度上的功率谱分布的幅度差异累积至最小时，基于所述一个高度的谱分布的速度调整量，得到所述相邻高度上的第一速度差异。

例如，可以通过公式1调整目标方向上相邻高度中一个高度的功率谱分布在速度轴上的位置，计算相同速度的两个谱信号幅度差异，当该相邻高度上的功率谱分布最优相关时，即当相邻高度上的功率谱分布的幅度差异累积至最小时，此时，该Δva为相邻高度的功率谱分布的多普勒速度频移：

其中，v_i表示雷达测速范围内某一谱点的速度；S(vi)表示某一高度的功率谱分布；S(v_i,r0)表示r0高度上的功率谱分布；S(v_i,r1)表示r1高度上的功率谱分布；v_imax表示雷达测速范围的最大值；v_imin表示雷达测速范围的最小值，Δva表示相邻高度的功率谱分布的多普勒速度频移；Costfunction表示相邻高度上的功率谱分布的幅度差异累积值。

需要说明的是，该目标方向表征单频雷达自上而下的数据方向或单频雷达自下而上的数据方向。

在本申请的一些实施例中，所述降水云根据相态划分为：固态区、混合区和液态区；S103可包括：确定所述所有高度中的每一个高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽；基于所述所有高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽，确定所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度；基于所述相邻高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度，确定所述相邻高度上的粒子下降速度差异；将所述相邻高度上的第一速度差异，减去所述相邻高度上的粒子下降速度差异，得到所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异。

例如，将降水云所有高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽输入至数据处理器，得到降水云的混合层的顶部高度和降水云的混合层的底部高度；例如，也可以只将降水云所有高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度输入至数据处理器，得到降水云的混合层的顶部高度和降水云混合层的底部高度。

例如，通过回波强度和粒子下降速度的关系表直接确定相邻高度上的粒子下降速度，进而确定相邻高度上的粒子下降速度差异；再如，通过判断相邻高度中的每一个高度和混合区高度的关系，当相邻高度中的每一个高度低于混合区底部高度或高于混合区的顶部高度时，通过回波强度、粒子群属性和粒子下降速度的关系，得到相邻高度上粒子下降速度，当相邻高度中的每一个高度高于混合区的底部高度且低于混合区的顶部高度时，通过确定相邻高度中的每一个高度上粒子群属性的占比，再确定相邻高度中的每一个高度的粒子下降速度，进而确定相邻高度上的粒子下降速度差异。

将降水云根据相态划分为：固态区、混合区和液态区，计算混合区的顶部高度和混合区的底部高度，相当于，考虑到混合区不同高度上的粒子群属性不同，需对混合区不同高度上粒子下降速度进行修正处理，提高混合区不同高度上粒子下降速度的准确性。

需要说明的是，所述相邻高度为目标方向上所有探测高度中任意两个相邻的高度。

在本申请的一些实施例中，将所述所有高度中每一个高度上的功率谱分布，在第一测速范围内进行零阶矩计算，得到所述每一个高度上的功率谱分布的回波强度；所述第一测速范围为雷达系统探测的测速范围；将所述所有高度中每一个高度上的功率谱分布，在第一测速范围内进行一阶矩计算，得到所述每一个高度上的功率谱分布的径向速度；将所述所有高度中每一个高度上的功率谱分布，在第一测速范围内进行二阶矩计算，得到所述每一个高度上的功率谱分布的速度谱宽。

例如，可以通过公式2对所有高度中每一个高度上的功率谱分布进行阶矩计算，输出所有高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度Z、径向速度V_Doppler和速度谱宽

其中，v_i表示雷达测速范围内某一谱点的速度；S(vi)表示某一高度的功率谱分布；v_imax表示雷达测速范围的最大值；v_imin表示雷达测速范围的最小值；Z表示某一高度上的功率谱分布的回波强度；V_Doppler表示某一高度上的功率谱分布的径向速度；

表示某一高度上的功率谱分布的速度谱宽。

当然，在其他可替代实施例中，也可将上述公式1至公式2转换为编程语言结构，本申请对此不做具体限定。

在本申请的一些实施例中，基于所述所有高度上的回波强度、径向速度及速度谱宽，对所述降水云进行亮带识别；若所述降水云存在亮带结构，则输出亮带顶部高度和亮带底部高度，所述亮带顶部高度为所述降水云混合区的顶部高度，所述亮带底部高度为所述降水云混合区的底部高度；若所述降水云不存在亮带结构，对所述降水云进行对流核识别；若所述降水云存在所述对流核，则将第一时刻的亮带顶部高度与第一阈值的和，确定为所述降水云混合区的顶部高度，将所述第一时刻的亮带底部高度与所述第一阈值的差值，确定为所述降水云混合区的底部高度；所述第一时刻为所述降水云存在亮带结构的某一历史时刻；若所述降水云不存在亮带结构，且所述降水云不存在所述对流核时，则将所述第一时刻的亮带顶部高度，确定为所述降水云混合区的顶部高度，将所述第一时刻的亮带底部高度，确定为所述降水云混合区的底部高度。

例如，将所有高度上的回波强度、径向速度及速度谱宽输入至数据处理器中，数据处理器根据垂直探测雷达亮带垂直廓线的演变特征，使用经典零度层亮带识别算法或对流核识别算法，确定出降水云混合区的顶部高度和降水云混合区的底部高度。

例如，若该降水云存在对流核时，第一阈值可以为0.5km，则混合区的顶部高度为第一时刻的亮带顶部高度与0.5km的和，混合区的底部高度为第一时刻的亮带底部高度与0.5km的差。

应理解，本申请对所述第一阈值的具体数值不作限定。例如，所述第一阈值可以是0.5km或0.75km。

通过对降水云进行亮带识别和对流核识别，确定该降水云的混合区的底部高度和降水云的混合区的顶部高度，相当于，考虑到降水云不同高度的粒子下降速度和不同高度上的粒子群属性有关，确定降水云不同高度的粒子群属性则先要明确降水云的液态区、混合区、固态区的高度范围，其中液态区的粒子群属性为雨，固态区的粒子群属性为冰晶、雪花和霰中的一种，混合区的粒子群属性为混合状态；

需要说明的是，第一时刻为降水云存在亮带结构的某一历史时刻，降水云可为层云、对流降水云、过渡云中的一种，有亮带结构的降水云为层云，可使用亮带识别算法确定层云的混合区的顶部高度和混合区的底部高度；有对流核结构的降水云为对流降水云，可使用对流核识别算法确定对流降水云的混合区的顶部高度和混合区的底部高度；对于无法识别到亮带结构也无法识别到对流核的降水云为过渡云，可根据某一历史时刻层云的亮带结构确定过渡云的混合区的顶部高度和混合区的底部高度。

在本申请的一些实施例中，基于所述相邻高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度，确定所述每一个高度上的功率谱分布的粒子下降速度；若所述每一个高度低于所述混合区的底部高度，或所述每一个高度高于所述混合区的顶部高度，则基于所述每一个高度上的功率谱分布的回波强度和第一关系，得到所述每一个高度上的功率谱分布的粒子下降速度；所述第一关系为回波强度、粒子群属性及粒子下降速度的对应关系，所述粒子群属性为所述降水云相态划分中每一个区的粒子状态；

若所述每一个高度高于所述混合区的底部高度，且低于所述混合区的顶部高度，则基于所述每一个高度、所述混合区的底部高度及所述混合区的顶部高度，得到所述每一个高度上的所述固态区的粒子群属性的占比和所述液态区的粒子群属性的占比；基于所述每一个高度上的所述固态区的粒子群属性的占比、所述液态区的粒子群属性的占比以及所述第一关系，得到所述每一个高度上的功率谱分布的粒子下降速度；将所述相邻高度上的功率谱分布的粒子下降速度做差值运算，得到所述相邻高度上的粒子下降速度差异。

例如，若所述每一个高度低于所述混合区的底部高度或所述每一个高度高于所述混合区的顶部高度时，可根据回波强度、粒子群属性及粒子下降速度的对应关系，得到每一个高度的功率谱分布的粒子下降速度，进而得到相邻高度上功率谱分布的粒子下降速度差异。

例如，基于相邻高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、混合区的顶部高度及混合区的底部高度，可以通过公式3得到固态区冰晶的粒子下降速度；可以通过公式4得到固态区雪的粒子下降速度；可以通过公式5得到固态区霰的粒子下降速度；可以通过公式6得到液态区雨的粒子下降速度：

冰晶：Z<-10dBZ,Vt＝0.48Z^0.08 公式3；

雪：-10dBZ<Z<30dBZ,Vt＝0.79Z^0.075 公式4；

霰：Z>30dBZ,Vt＝-3.4+0.1864dBZ 公式5；

雨：Vt＝2.6Z^0.107 公式6；

其中，Z为降水云不同高度上的功率谱分布的回波强度，Vt为降水云不同高度上的粒子下降速度，dBZ为雷达回波强度的一个物理量。

例如，若所述每一个高度高于所述混合区的底部高度，且低于所述混合区的顶部高度时，则该每一个高度为混合区中的高度，基于该每一个高度和混合区的顶部高度及混合区的底部高度的关系确定该每一个高度上的液相权重和该每一个高度上的冰相权重，再基于每一个高度上的液相权重和该每一个高度上的冰相权重，联合回波强度、粒子群属性及粒子下降速度的对应关系，确定该每一个高度上的粒子下降速度。

例如，可以通过公式7确定混合区中每一个高度上冰相粒子群的粒子下降速度的权重，可以通过公式8确定混合区中每一个高度上液相粒子群的粒子下降速度的权重，进而可以通过公式9确定出混合区中每一个高度上的粒子下降速度：

液相权重：

冰相权重：Wi(h)＝1.0-Wr(h) 公式8；

混合区粒子下降速度：Vt＝Vt(rain)*Wr(h)+Vt(solid)*Wi(h) 公式9；

其中，Ht为混合区的顶部高度；Hb为混合区的底部高度；h为混合区中的某一个高度，Wr(h)为混合区中h高度的液相权重，Wi(h)为混合区中h高度的冰相权重，Vt(rain)为混合中h高度上液相粒子的下降速度，Vt(solid)为混合区中h高度上冰相粒子的下降速度，该冰相粒子包括冰晶、雪花、霰中的一种；Vt为混合区中h高度的粒子下降速度。

在本申请的一些实施例中，所述降水云根据相态划分为：固态区、混合区和液态区；所述目标方向包括由下到上的第一方向，所述初始高度为所述液态区上的高度；沿所述第一方向，将所述初始高度上的功率谱分布的径向速度，减去所述初始高度上的功率谱分布的粒子下降速度，以得到所述降水云在初始高度上的大气垂直运动速度；基于所述初始高度上的大气垂直运动速度，与所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异的累积和，得到所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度；基于所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，确定所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

例如，初始高度为地面高度，则径向速度等于粒子下降速度，进而得到初始高度的大气垂直运动速度为0。

例如，沿第一方向，首先，确定初始高度的大气垂直运动速度，其次，将初始高度的大气垂直运动速度与相邻高度上的大气垂直运动速度差异进行累积求和，确定相邻高度中目标高度上的大气垂直运动速度。

例如，可以将第一方向上该相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，与某一系数的乘积，确定为该相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

例如，可以将第一方向上该相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，直接确定为相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

例如，可以将第一方向上该相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度与另一相反方向上该相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度的平均值，确定为相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

在本申请的一些实施例中，将所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，确定为所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

例如，将第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，直接确定为所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

在本申请的一些实施例中，方法100还可包括：所述目标方向包括由上到下的第二方向，所述初始高度为所述固态区上的高度；沿所述第二方向，将所述初始高度上的功率谱分布的径向速度，减去所述初始高度上的功率谱分布的粒子下降速度，以得到所述降水云在初始高度上的大气垂直运动速度；基于所述初始高度上的大气垂直运动速度，与所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异的累积和，得到所述第二方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度；基于所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度和所述第二方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，确定所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

例如，第二方向的初始高度可以为云顶高度，则初始高度的大气垂直速度为该初始高度的径向速度与该初始高度的粒子下降速度的差值。

例如，第二方向的初始高度也可以为降水云固态区的某一任意高度，则初始高度的大气垂直速度为该初始高度的径向速度与该初始高度的粒子下降速度的差值。

例如，沿第二方向，首先，先确定初始高度的大气垂直运动速度，其次，将初始高度相邻的高度的大气垂直运动与相邻高度上的大气垂直运动速度差异进行累积求和，确定相邻高度中目标高度上的大气垂直运动速度。

例如，若相邻高度中的目标高度为降水云的液态区的某一高度，则将第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，直接确定为所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，若相邻高度中的目标高度为降水云的固态区的某一高度，则将第二方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，直接确定为所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

例如，若相邻高度中的目标高度为降水云的混合区的某一高度，可以通过公式10确定第一方向上混合区中所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度的权重，可以通过公式11确定第二方向上混合区中所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度的权重，进而可以通过公式12确定出混合区中相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度：

第一方向大气垂直运动速度权重：

第二方向大气垂直运动速度权重：Wair_solid(h)＝1.0-Wair_rain(h) 公式11；

目标高度上的大气垂直运动速度：

Wair(h)＝Wair1(h)*Wair_rain(h)+Wair2(h)*Wair_solid(h) 公式12；

其中，Wair_rain(h)为第一方向大气垂直运动速度权重；Ht为混合区的顶部高度；Hb为混合区的底部高度；h为混合区中的某一个高度，Wair_solid(h)为第二方向大气垂直运动速度权重；Wair1(h)为第一方向h高度上的大气垂直运动速度，Wair2(h)为第二方向h高度上的大气垂直运动速度，Wair(h)为最终相邻高度中的h高度上的大气垂直运动速度。

通过对第一方向目标高度上的大气垂直运动速度和第二方向目标高度上的大气运动垂直度进行加权计算，相当于，提高了混合区相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度的精度，使相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度更加精确。

当然，在其他可替代实施例中，也可将上述公式3至公式12转换为编程语言结构，本申请对此不做具体限定。

图2是本申请实施例提供的获取大气垂直运动速度的方法200的另一示意性流程图。

如图2所示，该方法200可包括：

S201：获取降水云在所有高度上的功率谱分布。

例如，基于单频雷达系统探测的方式获取降水云在所有高度上的功率谱分布。

S202：自下而上方向，确定相邻高度上的多普勒速度频移。

例如，自下而上方向，基于降水云在所有高度上的功率谱分布，确定相邻高度上的多普勒速度频移。

S203：自下而上方向，确定所有高度中的每一个高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽。

例如，自下而上方向，对所有高度中每一个高度上的功率谱分布进行阶矩计算，确定所有高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽。

S204：自下而上方向，确定降水云混合区的顶部高度和降水云混合区的底部高度。

例如，自下而上方向，基于所述所有高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽，确定所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度。

S205：自下而上方向，确定所述相邻高度上的粒子下降速度差异。

例如，自下而上方向，基于所述相邻高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度，确定所述相邻高度上每一个高度的粒子下降速度，进而确定相邻高度上的粒子下降速度差异。

S206：自下而上方向，确定相邻高度上的大气垂直运动速度差异。

例如，将所述相邻高度上的多普勒速度频移，减去所述相邻高度上的粒子下降速度差异，得到所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异。

S207：自下而上方向，确定初始高度上的大气垂直运动速度。

例如，自下而上方向，将初始高度的径向速度与初始高度的粒子下降速度，确定为初始高度上的大气垂直运动速度。

S208：自下而上方向，确定相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

例如，自下而上方向，将初始高度上的大气垂直运动速度，与相邻高度上的大气垂直运动速度差异进行累积求和，得到相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

S209：自上而下方向，确定相邻高度上的多普勒速度频移。

例如，自上而下方向，基于降水云在所有高度上的功率谱分布，确定相邻高度上的多普勒速度频移。

S210：自上而下方向，确定所有高度中的每一个高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽。

例如，自上而下方向，对所有高度中每一个高度上的功率谱分布进行阶矩计算，确定所有高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽。

S211：自上而下方向，确定降水云混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度。

例如，自上而下方向，基于所述所有高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽，确定所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度。

S212：自上而下方向，确定所述相邻高度上的粒子下降速度差异。

例如，自上而下方向，基于所述相邻高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度，确定所述相邻高度上每一个高度的粒子下降速度，进而确定相邻高度上的粒子下降速度差异。

S213：自上而下方向，确定相邻高度上的大气垂直运动速度差异。

例如，自上而下方向，将所述相邻高度上的多普勒速度频移，减去所述相邻高度上的粒子下降速度差异，得到所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异。

S214：自上而下方向，确定初始高度上的大气垂直运动速度。

例如，自上而下方向，将初始高度的径向速度与初始高度的粒子下降速度，确定为初始高度上的大气垂直运动速度。

S215：自上而下方向，确定相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

例如，自上而下方向，将初始高度上的大气垂直运动速度，与相邻高度上的大气垂直运动速度差异进行累积求和，得到相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

S216:最终确定相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

例如，对自上而下方向相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度和自下而上方向相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，进行加权计算，得到相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

需要说明的是，本申请实施例提供的附图仅为示例，不应理解为对本申请的限制，在本申请的各种方法实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上结合附图详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。例如，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。又例如，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。

上文结合图1至图2，详细描述了本申请的方法实施例，下文结合图3，详细描述本申请的装置实施例。

图3是本申请实施例提供的获取大气垂直运动速度的装置300的示意性框图。

如图3所示，该装置300可包括：

获取单元310：用于获取降水云在所有高度上的功率谱分布。

第一确定单元320：用于确定在目标方向上，所述相邻高度上的第一速度差异。

第二确定单元330：用于确定修正后相邻高度上的粒子下降速度差异，得到所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异。

第三确定单元340：用于确定初始高度上的大气垂直运动速度，并基于初始高度上的大气垂直运动速度和所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异，确定所述相邻高度中目标高度上的大气垂直运动速度。

在本申请的一些实施例中，该第一确定单元320具体用于：在所述目标方向上，调整所述相邻高度上的功率谱分布，直至所述相邻高度上的功率谱分布的测量速度小于预设值时，基于所述相邻高度上的功率谱分布的调整量，得到所述相邻高度上的第一速度差异。

在本申请的一些实施例中，所述降水云根据相态划分为：固态区、混合区和液态区；该第二确定单元330具体用于：

确定所述所有高度中的每一个高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽；

基于所述所有高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽，确定所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度；

基于所述相邻高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度，确定所述相邻高度上的粒子下降速度差异；

将所述相邻高度上的第一速度差异，减去所述相邻高度上的粒子下降速度差异，得到所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异。

在本申请的一些实施例中，该第二确定单元330具体用于：将所述所有高度中每一个高度上的功率谱分布，在第一测速范围内进行零阶矩计算，得到所述每一个高度上的功率谱分布的回波强度；所述第一测速范围为雷达系统探测的测速范围；

将所述所有高度中每一个高度上的功率谱分布，在第一测速范围内进行一阶矩计算，得到所述每一个高度上的功率谱分布的径向速度；

将所述所有高度中每一个高度上的功率谱分布，在第一测速范围内进行二阶矩计算，得到所述每一个高度上的功率谱分布的速度谱宽。

在本申请的一些实施例中，该第二确定单元330具体用于：基于所述所有高度上的回波强度、径向速度及速度谱宽，对所述降水云进行亮带识别；

若所述降水云存在亮带结构，则输出亮带顶部高度和亮带底部高度，所述亮带顶部高度为所述降水云混合区的顶部高度，所述亮带底部高度为所述降水云混合区的底部高度；

若所述降水云不存在亮带结构，对所述降水云进行对流核识别；

若所述降水云存在所述对流核，则将第一时刻的亮带顶部高度与第一阈值的和，确定为所述降水云混合区的顶部高度，将所述第一时刻的亮带底部高度与所述第一阈值的差值，确定为所述降水云混合区的底部高度；所述第一时刻为所述降水云存在亮带结构的某一历史时刻；

若所述降水云不存在亮带结构，且所述降水云不存在所述对流核时，则将所述第一时刻的亮带顶部高度，确定为所述降水云混合区的顶部高度，将所述第一时刻的亮带底部高度，确定为所述降水云混合区的底部高度。

在本申请的一些实施例中，该第二确定单元330具体用于：基于所述相邻高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度，确定所述每一个高度上的功率谱分布的粒子下降速度；

若所述每一个高度低于所述混合区的底部高度，或所述每一个高度高于所述混合区的顶部高度，则基于所述每一个高度上的功率谱分布的回波强度和第一关系，得到所述每一个高度上的功率谱分布的粒子下降速度；所述第一关系为回波强度、粒子群属性及粒子下降速度的对应关系，所述粒子群属性为所述降水云相态划分中每一个区的粒子状态；

若所述每一个高度高于所述混合区的底部高度，且低于所述混合区的顶部高度，则基于所述每一个高度、所述混合区的底部高度及所述混合区的顶部高度，得到所述每一个高度上的所述固态区的粒子群属性的占比和所述液态区的粒子群属性的占比；基于所述每一个高度上的所述固态区的粒子群属性的占比、所述液态区的粒子群属性的占比以及所述第一关系，得到所述每一个高度上的功率谱分布的粒子下降速度；

将所述相邻高度上的功率谱分布的粒子下降速度做差值运算，得到所述相邻高度上的粒子下降速度差异。

在本申请的一些实施例中，所述降水云根据相态划分为：固态区、混合区和液态区；所述目标方向包括由下到上的第一方向，所述初始高度为所述液态区上的高度；该第三确定单元340具体用于：沿所述第一方向，将所述初始高度上的功率谱分布的径向速度，减去所述初始高度上的功率谱分布的粒子下降速度，以得到所述降水云在初始高度上的大气垂直运动速度；

基于所述初始高度上的大气垂直运动速度，与所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异的累积和，得到所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度；

基于所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，确定所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

在本申请的一些实施例中，该第三确定单元340具体还可用于：将所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，确定为所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

在本申请的一些实施例中，所述目标方向包括由上到下的第二方向，所述初始高度为所述固态区上的高度；该第三确定单元340具体还可用于：沿所述第二方向，将所述初始高度上的功率谱分布的径向速度，减去所述初始高度上的功率谱分布的粒子下降速度，以得到所述降水云在初始高度上的大气垂直运动速度；

基于所述初始高度上的大气垂直运动速度，与所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异的累积和，得到所述第二方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度；

基于所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度和所述第二方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，确定所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

应理解，装置实施例与方法实施例可以相互对应，类似的描述可以参照方法实施例。为避免重复，此处不再赘述。具体地，图3所示的装置300可以对应于执行本申请实施例的方法100或200中的相应主体，并且装置300中的各个模块的前述和其它操作和/或功能分别为了实现图1或图2中的各个方法中的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。

上文中结合附图从功能模块的角度描述了本申请实施例的装置300。应理解，该功能模块可以通过硬件形式实现，也可以通过软件形式的指令实现，还可以通过硬件和软件模块组合实现。具体地，本申请实施例中的方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路和/或软件形式的指令完成，结合本申请实施例公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。可选地，软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器、可编程只读存储器、电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域的成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成该方法实施例中的步骤。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，该模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。例如，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以该权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种获取大气垂直运动速度的方法，其特征在于，所述方法包括：

基于单频雷达探测的方式获取降水云在所有高度上的功率谱分布；

在目标方向上，基于所述降水云在所述所有高度中相邻高度上的功率谱分布，确定所述相邻高度上的第一速度差异，所述相邻高度上的第一速度差异包括所述相邻高度上的粒子下降速度差异；

对所述相邻高度上的粒子下降速度差异进行修正，得到所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异；

基于初始高度上的大气垂直运动速度和所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异，确定所述相邻高度中目标高度上的大气垂直运动速度；

其中，每一个高度的功率谱分布为回波强度在速度轴上的分布；所述在目标方向上，基于所述降水云在所述所有高度中相邻高度上的功率谱分布，确定所述相邻高度上的第一速度差异，包括：

在所述目标方向上，调整所述相邻高度中一个高度的功率谱分布在速度轴上的位置，计算相同速度的两个谱信号幅度差异，直至所述相邻高度上的功率谱分布的幅度差异累积至最小时，基于所述一个高度的谱分布的速度调整量，得到所述相邻高度上的第一速度差异；

其中，所述降水云根据相态划分为：固态区、混合区和液态区，所述对所述相邻高度上的粒子下降速度差异进行修正，得到所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异，包括：

确定所述所有高度中的每一个高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽；

基于所述所有高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽，确定所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度；

基于所述相邻高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度，确定所述相邻高度上的粒子下降速度差异；

将所述相邻高度上的第一速度差异，减去所述相邻高度上的粒子下降速度差异，得到所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异；

其中，所述目标方向包括由下到上的第一方向，所述初始高度为所述液态区上的高度；所述基于初始高度上的大气垂直运动速度和所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异，确定所述相邻高度中目标高度上的大气垂直运动速度，包括：

沿所述第一方向，将所述初始高度上的功率谱分布的径向速度，减去所述初始高度上的功率谱分布的粒子下降速度，以得到所述降水云在初始高度上的大气垂直运动速度；

基于所述初始高度上的大气垂直运动速度，与所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异的累积和，得到所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度；

基于所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，确定所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述所有高度中的每一个高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽，包括：

将所述所有高度中每一个高度上的功率谱分布，在第一测速范围内进行零阶矩计算，得到每一个高度上的功率谱分布的回波强度；所述第一测速范围为雷达系统探测的测速范围；

将所述所有高度中每一个高度上的功率谱分布，在第一测速范围内进行一阶矩计算，得到每一个高度上的功率谱分布的径向速度；

将所述所有高度中每一个高度上的功率谱分布，在第一测速范围内进行二阶矩计算，得到每一个高度上的功率谱分布的速度谱宽。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述所有高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽，确定所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度，包括：

基于所述所有高度上的回波强度、径向速度及速度谱宽，对所述降水云进行亮带识别；

若所述降水云存在亮带结构，则输出亮带顶部高度和亮带底部高度，所述亮带顶部高度为所述降水云混合区的顶部高度，所述亮带底部高度为所述降水云混合区的底部高度；

若所述降水云不存在亮带结构，对所述降水云进行对流核识别；

若所述降水云存在所述对流核，则将第一时刻的亮带顶部高度与第一阈值的和，确定为所述降水云混合区的顶部高度，将所述第一时刻的亮带底部高度与所述第一阈值的差值，确定为所述降水云混合区的底部高度；所述第一时刻为所述降水云存在亮带结构的某一历史时刻；

若所述降水云不存在亮带结构，且所述降水云不存在所述对流核时，则将所述第一时刻的亮带顶部高度，确定为所述降水云混合区的顶部高度，将所述第一时刻的亮带底部高度，确定为所述降水云混合区的底部高度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述相邻高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度，确定所述相邻高度上的粒子下降速度差异，包括：

基于所述相邻高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度，确定每一个高度上的功率谱分布的粒子下降速度；

若每一个高度低于所述混合区的底部高度，或每一个高度高于所述混合区的顶部高度，则基于每一个高度上的功率谱分布的回波强度和第一关系，得到每一个高度上的功率谱分布的粒子下降速度；所述第一关系为回波强度、粒子群属性及粒子下降速度的对应关系，所述粒子群属性为所述降水云相态划分中每一个区的粒子状态；

若每一个高度高于所述混合区的底部高度，且低于所述混合区的顶部高度，则基于每一个高度、所述混合区的底部高度及所述混合区的顶部高度，得到每一个高度上的所述固态区的粒子群属性的占比和所述液态区的粒子群属性的占比；基于每一个高度上的所述固态区的粒子群属性的占比、所述液态区的粒子群属性的占比以及所述第一关系，得到每一个高度上的功率谱分布的粒子下降速度；

将所述相邻高度上的功率谱分布的粒子下降速度做差值运算，得到所述相邻高度上的粒子下降速度差异。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，确定所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，包括：

将所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，确定为所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还可包括：所述目标方向包括由上到下的第二方向，所述初始高度为所述固态区上的高度；所述基于所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，确定所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，包括：

沿所述第二方向，将所述初始高度上的功率谱分布的径向速度，减去所述初始高度上的功率谱分布的粒子下降速度，以得到所述降水云在初始高度上的大气垂直运动速度；

基于所述初始高度上的大气垂直运动速度，与所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异的累积和，得到所述第二方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度；

基于所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度和所述第二方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，确定所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

7.一种获取大气垂直运动速度的装置，其特征在于，包括：

获取单元，基于单频雷达系统探测的方式获取降水云在所有高度上的功率谱分布；

第一确定单元，在目标方向上，基于所述降水云在所述所有高度中相邻高度上的功率谱分布，确定所述相邻高度上的第一速度差异，所述相邻高度上的第一速度差异包括所述相邻高度上的粒子下降速度差异；

第二确定单元，对所述相邻高度上的粒子下降速度差异进行修正，得到所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异；

第三确定单元，基于初始高度上的大气垂直运动速度和所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异，确定所述相邻高度中目标高度上的大气垂直运动速度；

其中，每一个高度的功率谱分布为回波强度在速度轴上的分布；所述第一确定单元具体用于：

在所述目标方向上，调整所述相邻高度中一个高度的功率谱分布在速度轴上的位置，计算相同速度的两个谱信号幅度差异，直至所述相邻高度上的功率谱分布的幅度差异累积至最小时，基于所述一个高度的谱分布的速度调整量，得到所述相邻高度上的第一速度差异；

其中，所述降水云根据相态划分为：固态区、混合区和液态区，所述第二确定单元具体用于：

确定所述所有高度中的每一个高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽；

基于所述所有高度上的功率谱分布的回波强度、径向速度及速度谱宽，确定所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度；

基于所述相邻高度中每一个高度上的功率谱分布的回波强度、所述混合区的顶部高度和所述混合区的底部高度，确定所述相邻高度上的粒子下降速度差异；

将所述相邻高度上的第一速度差异，减去所述相邻高度上的粒子下降速度差异，得到所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异；

其中，所述目标方向包括由下到上的第一方向，所述初始高度为所述液态区上的高度；所述第三确定单元具体用于：

沿所述第一方向，将所述初始高度上的功率谱分布的径向速度，减去所述初始高度上的功率谱分布的粒子下降速度，以得到所述降水云在初始高度上的大气垂直运动速度；

基于所述初始高度上的大气垂直运动速度，与所述相邻高度上的大气垂直运动速度差异的累积和，得到所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度；

基于所述第一方向上所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度，确定所述相邻高度中的目标高度上的大气垂直运动速度。

Images