基于双偏振雷达网的相态识别产品拼图方法及装置

摘要

本发明实施例提供一种基于双偏振雷达网的相态识别产品拼图方法及装置，针对同时被M部双偏振雷达覆盖的第一格点，根据双偏振雷达网中双偏振雷达的站点个数、双偏振雷达网中各双偏振雷达的性能以及双偏振雷达的观测目标，综合考量后确定拼图方案，然后根据拼图方案对第一格点进行相态识别产品拼图，从而得到统一的、具有较大观测范围的相态拼图产品，从而能够给出暴雨、台风等大范围灾害天气的整体结构。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及气象观测技术领域，尤其涉及一种基于双偏振雷达网的相态识别产品拼图方法及装置。

背景技术

目前，常规的气象雷达由于仅能获取反射率因子，因此很难将不同相态的降水粒子区分开来。相较于常规的气象雷达，双偏振雷达除了具有水平极化通道外，还具有垂直极化通道。因此，双偏振雷达可以获取更多维度的信息，以区分不同相态的降水粒子。

双偏振雷达基于降水粒子对电磁波的散射理论识别降水粒子。对于单部雷达而言，当云内不同相态的水成物由于其形状、大小、密度和在空间的取向不同时，对偏振波的散射和退偏振效应也将不同。根据长期的观测事实，可以统计出常见降水相态的双偏振参量特征，进而使用相态识别算法将观测参量和各个双偏振参量特征逐一对比，筛选出最为接近的降水相态作为相态识别产品。然而，单部雷达的覆盖范围有限，无法给出暴雨、台风等大范围灾害天气的整体结构。为解决该问题，考虑通过在同一个区域部署多部双偏振雷达形成双偏振雷达网，将双偏振雷达网中的各部双偏振雷达的相态识别产品进行拼图，从而形成统一的、具有较大范围的相态拼图产品。

因此，如何将双偏振雷达网中的各部双偏振雷达的相态识别产品进行拼图，是目前急待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种基于双偏振雷达网的相态识别产品拼图方法及装置，以实现对双偏振雷达网中各部双偏振雷达的相态识别产品进行拼图。

第一方面，本发明实施例提供一种基于双偏振雷达网的相态识别产品拼图方法，包括：

确定观测范围包含第一格点的M部双偏振雷达，所述第一格点是笛卡尔坐标系下的格点，所述M部双偏振雷达包括于双偏振雷达网，M≥2；

根据所述双偏振雷达网中双偏振雷达的站点个数、所述双偏振雷达网中各双偏振雷达的性能或所述双偏振雷达的观测目标中的至少一个，确定所述第一格点的拼图方案；

根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图。

一种可行的设计中，所述拼图方案具体为先识别后拼图方案，所述根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图，包括：

对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达，将所述第一双偏振雷达的实时观测数据遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到所述第一双偏振雷达的球坐标系下每个点的相态识别产品；

根据所述第一双偏振雷达的波束宽度和所述第一双偏振雷达的球坐标系下每个点的相态识别产品，确定所述第一格点的相态识别产品，进而得到针对所述第一格点的M个相态识别产品；

对所述M个相态识别产品进行拼图，得到所述双偏振雷达网的第一格点的相态识别产品。

一种可行的设计中，所述根据所述第一双偏振雷达的波束宽度和所述第一双偏振雷达的球坐标系下每个点的相态识别产品，确定所述第一格点的相态识别产品，包括：

按照所述第一双偏振雷达的波束宽度将笛卡尔坐标系下的格点分成第一部分和第二部分，所述第一部分包含的格点位于所述波束宽度范围以内，所述第二部分包含的格点位于所述波束宽度范围以外；

按照所述第一双偏振雷达的波束宽度将所述球坐标系下每个点的相态识别产品投影到笛卡尔坐标系下，得到所述第一部分包含的格点化的相态识别产品；

根据笛卡尔坐标系下的降水类型场和所述第一部分包含的各格点的相态识别产品，对所述第二部分包含的各格点进行插值，得到所述第二部分包含的各格点的相态识别产品；

确定所述M部双偏振雷达分别对所述第一格点的相态识别产品，得到针对所述第一格点的M个相态识别产品，进而得到针对所述第一格点的M个相态识别产品。

一种可行的设计中，所述根据降水类型场和所述第一部分包含的各格点的相态识别产品，对所述第二部分包含的各格点进行插值，得到所述第二部分包含的各格点的相态识别产品，包括：

确定待插值格点的降水类型场，所述待插值格点的降水类型场，所述待插值格点包含于所述第二部分；

当所述待插值格点的降水类型场为对流云降水时，从所述第一部分确定出垂直于所述待插值格点的格点，根据垂直于所述待插值格点的格点对所述待插值格点进行插值；

当所述待插值格点的降水类型场为层状云降水时，从所述第一部分确定出平行于所述待插值格点的格点，根据平行于所述待插值格点的格点对所述待插值格点进行插值。

一种可行的设计中，所述拼图方案具体为先拼图后识别方案，所述根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图，包括：

对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达的实时观测数据，根据所述第一格点的位置，在所述第一双偏振雷达对应的球坐标系中确定参考点，根据所述参考点在所述球坐标系下的坐标参数，确定所述双偏振参量在所述第一格点的插值结果，从而得到M个插值结果，对所述M个插值结果进行拼图，得到所述实时观测数据在所述第一格点的拼图结果，所述第一双偏振雷达是所述M部双偏振雷达中的任意一部双偏振雷达；

将根据所述M部双偏振雷达的实时观测数据得到的所述第一格点的拼图结果，结合所述实时观测数据在笛卡尔坐标系下的降水类型场和环境温度场，遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到所述第一格点的相态识别产品。

一种可行的设计中，所述根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图之前，还包括：

根据降水相态，将所述第一双偏振雷达的历史观测数据分成N类子数据，所述N类子数据对应N种不同类型的降水相态；

根据第一类子数据，确定第一类型降水相态下，每个双偏振参量的隶属函数，所述第一类子数据包含于所述N类子数据中，所述第一类子数据对应所述第一类型降水相态。

一种可行的设计中，所述根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图之前，还包括：

对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达，根据所述第一双偏振雷达的实时观测数据，确定球坐标系下每个点的降水类型场；将所述球坐标系下每个点的降水类型场转换到笛卡尔坐标系下，得到所述第一双偏振雷达在笛卡尔坐标系下每个格点的降水类型场；

对于所述第一格点，根据M个降水类型场确定该格点的降水类型场，所述M个降水类型场是根据同时覆盖所述第一格点的M部双偏振雷达得到的；

当M个降水类型场中层状云降水多于对流云降水时，则确定所述第一格点的降水类型场为层状云降水；

当所述M个降水类型场中对流云降水等于或多于层状云降水时，则确定所述第一格点的降水类型场是对流云降水。

一种可行的设计中，所述将所述第一双偏振雷达的实时观测数据遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到每个点的相态识别产品之后，还包括：根据球坐标系下每个点的降水类型场和环境温度场，对对应点的相态识别产品进行校正。

一种可行的设计中，所述根据所述M部双偏振雷达的实时观测数据得到的所述第一格点的拼图结果，遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到所述第一格点的相态识别产品之后，还包括：

根据所述第一格点的降水类型场和环境温度场，对所述第一格点的相态识别产品进行校正。

第二方面，本发明实施例提供一种拼图装置，包括：

第一确定模块，用于确定观测范围包含第一格点的M部双偏振雷达，所述第一格点是笛卡尔坐标系下的格点，所述M部双偏振雷达包括于双偏振雷达网，M≥2；

第二确定模块，用于根据所述双偏振雷达网中双偏振雷达的站点个数、所述双偏振雷达网中各双偏振雷达的性能或所述双偏振雷达的观测目标中的至少一个，确定所述第一格点的拼图方案；

拼图模块，用于根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图。

一种可行的设计中，所述拼图模块，在所述第二确定模块确定出所述拼图方案为先识别后拼图方案时，具体用于对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达，将所述第一双偏振雷达的实时观测数据遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到所述第一双偏振雷达的球坐标系下每个点的相态识别产品；根据所述第一双偏振雷达的波束宽度和所述第一双偏振雷达的球坐标系下每个点的相态识别产品，确定所述第一格点的相态识别产品，进而得到针对所述第一格点的M个相态识别产品；对所述M个相态识别产品进行拼图，得到所述双偏振雷达网的第一格点的相态识别产品。

一种可行的设计中，所述拼图模块，在根据所述第一双偏振雷达的波束宽度和所述第一双偏振雷达的球坐标系下每个点的相态识别产品，确定所述第一格点的相态识别产品时，具体用于按照所述第一双偏振雷达的波束宽度将笛卡尔坐标系下的格点分成第一部分和第二部分，所述第一部分包含的格点位于所述波束宽度范围以内，所述第二部分包含的格点位于所述波束宽度范围以外；按照所述第一双偏振雷达的波束宽度将所述球坐标系下每个点的相态识别产品投影到笛卡尔坐标系下，得到所述第一部分包含的格点化的相态识别产品；根据笛卡尔坐标系下的降水类型场和所述第一部分包含的各格点的相态识别产品，对所述第二部分包含的各格点进行插值，得到所述第二部分包含的各格点的相态识别产品；确定所述M部双偏振雷达分别对所述第一格点的相态识别产品，得到针对所述第一格点的M个相态识别产品，进而得到针对所述第一格点的M个相态识别产品。

一种可行的设计中，所述拼图模块，在根据降水类型场和所述第一部分包含的各格点的相态识别产品，对所述第二部分包含的各格点进行插值，得到所述第二部分包含的各格点的相态识别产品时，具体用于确定待插值格点的降水类型场，所述待插值格点的降水类型场，所述待插值格点包含于所述第二部分；当所述待插值格点的降水类型场为对流云降水时，从所述第一部分确定出垂直于所述待插值格点的格点，根据垂直于所述待插值格点的格点对所述待插值格点进行插值；当所述待插值格点的降水类型场为层状云降水时，从所述第一部分确定出平行于所述待插值格点的格点，根据平行于所述待插值格点的格点对所述待插值格点进行插值。

一种可行的设计中，所述拼图模块，在所述第二确定模块确定出所述拼图方案为先拼图后识别方案时，具体用于对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达的实时观测数据，根据所述第一格点的位置，在所述第一双偏振雷达对应的球坐标系中确定参考点，根据所述参考点在所述球坐标系下的坐标参数，确定所述双偏振参量在所述第一格点的插值结果，从而得到M个插值结果，对所述M个插值结果进行拼图，得到所述实时观测数据在所述第一格点的拼图结果，所述第一双偏振雷达是所述M部双偏振雷达中的任意一部双偏振雷达；将根据所述M部双偏振雷达的实时观测数据得到的所述第一格点的拼图结果，结合所述实时观测数据在笛卡尔坐标系下的降水类型场和环境温度场，遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到所述第一格点的相态识别产品。

一种可行的设计中，上述的装置还包括：

第三确定模块，用于在所述拼图模块根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图之前，根据降水相态，将所述第一双偏振雷达的历史观测数据分成N类子数据，所述N类子数据对应N种不同类型的降水相态；根据第一类子数据，确定第一类型降水相态下，每个双偏振参量的隶属函数，所述第一类子数据包含于所述N类子数据中，所述第一类子数据对应所述第一类型降水相态。

一种可行的设计中，上述的装置还包括：

第四确定模块，用于在所述拼图模块根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图之前，对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达，根据所述第一双偏振雷达的实时观测数据，确定球坐标系下每个点的降水类型场；将所述球坐标系下每个点的降水类型场转换到笛卡尔坐标系下，得到所述第一双偏振雷达在笛卡尔坐标系下每个格点的降水类型场；对于所述第一格点，根据M个降水类型场确定该格点的降水类型场，所述M个降水类型场是根据同时覆盖所述第一格点的M部双偏振雷达得到的；当M个降水类型场中层状云降水多于对流云降水时，则确定所述第一格点的降水类型场为层状云降水；当所述M个降水类型场中对流云降水等于或多于层状云降水时，则确定所述第一格点的降水类型场是对流云降水。

一种可行的设计中，上述的装置还包括：

校正模块，在所述拼图模块将所述第一双偏振雷达的实时观测数据遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到每个点的相态识别产品之后，用于根据球坐标系下每个点的降水类型场和环境温度场，对对应点的相态识别产品进行校正。

一种可行的设计中，所述校正模块，还用于在所述拼图模块根据所述M部双偏振雷达的实时观测数据得到的所述第一格点的拼图结果，遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到所述第一格点的相态识别产品之后，用于根据所述第一格点的降水类型场和环境温度场，对所述第一格点的相态识别产品进行校正。

本发明实施例提供的基于双偏振雷达网的相态识别产品拼图方法及装置，针对同时被M部双偏振雷达覆盖的第一格点，根据双偏振雷达网中双偏振雷达的站点个数、双偏振雷达网中各双偏振雷达的性能以及双偏振雷达的观测目标，综合考量后确定拼图方案，然后根据拼图方案对第一格点进行相态识别产品拼图，从而得到统一的、具有较大观测范围的相态拼图产品，从而能够给出暴雨、台风等大范围灾害天气的整体结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的相态识别结果拼图方法的流程图；

图2是本发明一实施例提供的相态识别结果拼图的过程示意图；

图3是本发明一实施例提供的相态识别结果拼图方法所适用的隶属函数的示意图；

图4为本发明一个实施例提供的拼图装置的结构示意图；

图5为本发明另一实施例提供的拼图装置的结构示意图；

图6为本发明又一实施例提供的拼图装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例提供的相态识别结果拼图方法的流程图。本实施例的执行主体是拼图装置，该装置可以通过软件、硬件或者软硬件结合的方式实现，该装置可以是电子设备的部分或者全部。

如图1所示，本实施例包括：

101、确定观测范围包含第一格点的M部双偏振雷达，所述第一格点是笛卡尔坐标系下的格点，所述M部双偏振雷达包括于双偏振雷达网，M≥2。

本发明实施例中，气象观测过程中采用的气象雷达为双偏振雷达。相较于常规的气象雷达，双偏振雷达除了具有水平极化通道外，还具有垂直极化通道。因此，双偏振雷达不仅可以获取回波强度(Z)、径向速度(V)外，还可以获取以下双偏振参量：差分反射率因子Z_DR，差分相位Φ_DP，差传播相移率K_DP，退极化偏振比L_DR表示，零滞后相关系数用ρ_hv表示。

由于同一个区域部署多个站点，每个站点上设置一部双偏振雷达。例如，中国国土对应的区域内，部署200多部双偏振雷达，该200多部双偏振雷达可以观测到中国国土的所有范围内的天气状况。其中，每个雷达的观测区域可能被划分为大小相同的多个格点。为了使得多个雷达的观测区域覆盖整个待观测区域，每部双偏振雷达的覆盖区域和其周围的双偏振雷达的覆盖区域部分重叠。也就是说，同一个格点可能属于不同的双偏振雷达的观测区域。因此，若同一个格点同时被多部双偏振雷达覆盖，需要对不同双偏振雷达的相态识别产品进行拼图。

本步骤中，对于笛卡尔坐标系下的第一格点，该第一格点同时被M部双偏振雷达覆盖。

102、根据所述双偏振雷达网中双偏振雷达的站点个数、所述双偏振雷达网中各双偏振雷达的性能及所述双偏振雷达的观测目标，确定所述第一格点的拼图方案。

本步骤中，需要综合考量双偏振雷达网的雷达站点个数、雷达的性能以及双偏振雷达的观测目标，确定效率最佳的拼图方案。

103、根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图。

本步骤中，根据上述步骤102中确定出的拼图方案，对第一格点进行相态识别产品拼图。

本发明实施例提供的相态识别产品拼图方法，针对同时被M部双偏振雷达覆盖的第一格点，根据双偏振雷达网中双偏振雷达的个数、双偏振雷达网中各双偏振雷达的性能以及双偏振雷达的观测目标，综合考量后确定拼图方案，然后根据拼图方案对第一格点进行相态识别产品拼图，从而得到统一的、具有较大观测范围的相态拼图产品，从而能够给出暴雨、台风等大范围灾害天气的整体结构。

图2是本发明一实施例提供的相态识别结果拼图的过程示意图。拼图过程中，首先，通过大量历史观测资料的统计，建立本地化的相态识别参数，如隶属函数等；其次，根据双偏振雷达网中双偏振雷达的分布、双偏振雷达的硬件性能以及观测目标等，确定出最佳的拼图方案；再次，确定降水类型场的格点化和拼图方法；再次，确定环境温度场的格点化方法和拼图方法；最后，对偏振雷达网的观测数据进行相态识别并拼图，可以先逐站点的识别出每部双偏振雷达的降水相态，然后对球坐标系下的相态产品进行拼图；或者先将双偏振雷达网的观测参量进行拼图，然后对拼图后位于第一格点下的参量做相态识别；在相态识别及拼图过程中，使用降水类型场和/或环境温度场对所得产品进行校验。下面，对该过程进行详细说明。

首先、建立本地化的相态识别参数。

一种可行的实现方式中，根据降水相态，将第一双偏振雷达的历史观测数据分成N类子数据，所述N类子数据对应N种不同类型的降水相态，所述第一双偏振雷达包含于M部双偏振雷达中，所述M部双偏振雷达是覆盖区域包含第一格点的双偏振雷达，所述第一格点是笛卡尔坐标系下的格点；根据第一类子数据，确定第一类型降水相态下，每个双偏振参量的隶属函数，所述第一类子数据包含于所述N类子数据中，所述第一类子数据对应所述第一类型降水相态。

示例性的，气象观测中，双偏振雷达基于降水粒子对电磁波的散射理论识别降水粒子。具体的，当云内不同相态的水成物由于其形状、大小、密度和在空间的取向不同时，对偏振波的散射和退偏振效应也将不同。因此，可以根据长期的观测事实，统计出常见降水相态的双偏振参量特征，进而使用相态识别算法将观测参量和各个双偏振参量特征逐一对比，筛选出最为接近的降水相态作为相态识别结果。因此，可以通过大量历史观测资料的统计，建立本地化的相态识别参数。

具体的，相态识别算法本质上通过简单的数据运算，将双偏振雷达的各个观测参量与典型相态的特征进行对比，选出最接近的相态作为相态识别结果。隶属函数是相态设备算法的基本计算单元，表示了某偏振参量与降水相态的匹配程度。图3是本发明一实施例提供的相态识别结果拼图方法所适用的隶属函数的示意图。

请参照图3，X轴为任意双偏振参量，P(x)为隶属函数的值，该隶属函数的值具体由四个顶点X1、X2、X3和X4描述。当x在x2～x3范围内时，P(x)的值为1，表示观测参量与该相态的匹配程度很好；当x＜x1或x＞x4时，P(x)的值为0，表示观测参量不属于该相态分类。当x在x1～x2或x3～x4范围内时，P(x)的值分别是0～1和1～0。由于不同地域、不同型号的双偏振雷达的观测参量不完全相同，因此，需要对每部双偏振雷达建立本地化的隶属函数，并根据隶属函数建立相态识别参数。建立过程中，根据探空的观测结果，将层状云降水按照高度分为雪和冰晶区、融化区、雨水区；根据地面站采集到的观测结果，确定出冰雹区；然后，统计实时相态的双偏振参量特征；最后，将统计结果按照从小到大排序，选取位置为5％、20％、80％和95％的点作为相态识别的梯形隶属函数的x1、x2、x3和x4，即第一参数、第二参数、第三参数和第四参数。

其次，确定最佳拼图方案。

示例性的，拼图算法首先需要将双偏振雷达在球坐标系下的观测数据转换到笛卡尔坐标系下。由于笛卡尔坐标系的网格参数(格点分辨率、垂直层数)并不固定，转换过程中的参数设置会直接影响相态识别的效率。例如，双偏振雷达按照原始距离分辨率做格点化后，笛卡尔坐标系与球坐标系呈现多对一的关系，即球坐标系系的一个点对应笛卡尔坐标系下的至少一个格点，数据流增加约10倍，造成相态识别算法所需计算量的增加。

请参照图2中虚线所示部分，为了保证相态识别算法能够具有足够的时效性，必须根据双偏振雷达网的站点分布、雷达性能及其观测目标，科学的设置网格参数，即确定拼图方案。其中，监测目标主要指格点间距、垂直方向层数等。确定拼图方案的过程中，需要对球坐标转换笛卡尔坐标前后的数据量进行评估，将识别算法设置在数据量最小的步骤中以减少计算量，并在必要时适当降低格点的水平和垂直的分辨率。对于站点数量多、检测范围大的业务雷达网，监测目标是使用2～4倍距离分辨率作为格点间距、垂直方向约10层登高平面位置指示器(Constant Altitude Plan Position Indicator，CAPPI)，此时，将相态识别算法设置在拼图算法之后，即采用先拼图后识别的方案进行相态识别结果的拼图，可以大幅度提高相态识别的运算效率。而对于双偏振雷达网中站点数量较少、监测范围小的精细雷达网，监测目标是使用1～2倍距离分辨率作为格点分辨率、垂直方向约20层CAPPI，此时，将相态识别结果设置在拼图算法之前，即采用先识别后拼图的方案进行相态识别结果的拼图，可以提高运算效率。

再次，确定降水类型场的格点化和拼图方法。

一种可行的实现方式中，对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达，根据所述第一双偏振雷达的实时观测数据，确定球坐标系下每个点的降水类型场；将所述球坐标系下每个点的降水类型场转换到笛卡尔坐标系下，得到所述第一双偏振雷达在笛卡尔坐标系下每个格点的降水类型场；对于所述第一格点，根据M个降水类型场确定该格点的降水类型场，所述M个降水类型场是根据同时覆盖所述第一格点的M部双偏振雷达得到的；当M个降水类型场中层状云降水多于对流云降水时，则确定所述第一格点的降水类型场为层状云降水；当所述M个降水类型场中对流云降水等于或多于层状云降水时，则确定所述第一格点的降水类型场是对流云降水。

具体的，请参照图2中双点划线所示部分，双偏振参量的组网拼图过程中，根据实时雷达观测数据，识别对流云和层状云的特征，确定出双偏振雷达观测区域的降水类型场，用于相态识别结果的校正。该降水类型场保存在以方位和距离构成的二维球坐标平面内，表示球坐标系所有点下投影到该区域的降水类型。

在降水类型场的格点化和拼图过程中，首先将球坐标系下的点转换到以经纬度构成的二维笛卡尔坐标系下，形成与三维笛卡尔坐标系初步对应的结果。随后，将二维笛卡尔坐标系内每个格点的降水类型，赋值给第一格点正上方所有具有观测值的三维格点，得到格点化的降水类型场。由于第一格点同时被M部双偏振雷达覆盖，因此，针对第一格点，有M个降水类型场。当该M个降水类型场存在差异时，将以多数双偏振雷达的相态识别结果作为该格点的降水类型场。若识别为层状云降水和对流云降水的双偏振雷达站点的数量相同时，该格点可能位于对流云的回波边缘，拼图算法将倾向于对流云降水类型场。

再次，确定环境温度场的格点化和拼图方法。

一种可行的实现方式中，对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达，根据所述第一双偏振雷达的实时观测数据，确定球坐标系下每个点的环境温度场；将所述球坐标系下每个点的环境温度场，转换到笛卡尔坐标系下，得到所述第一双偏振雷达在笛卡尔坐标系下每个格点的环境温度场；对于所述第一格点，根据M个环境温度场分别对应的融化层高度，确定平均融化层高度，所述M个环境温度场是根据同时覆盖所述第一格点的M部双偏振雷达得到的；根据所述平均融化层高度，确定所述第一格点的环境温度场。

具体的，环境温度场的格点化则是将一维方位存储的融化层的顶和底的高度，投影到双偏振雷达覆盖范围内以经纬度构成的二维笛卡尔坐标系下。在对环境温度场进行拼图时，先对共同覆盖区域内不同双偏振雷达的融化层高度进行平均，得到平均融化层高度；然后，根据平均融化层高度，将笛卡尔坐标系下的第一格点的位置，标记该格点对应高度为大于0℃、0℃左右和小于0℃，用于对相态识别产品的校正。之后再将该结果与数值预报模式结合，得到每个格点的具体温度。

再次，相态识别产品拼图阶段：

(1)先识别后拼图的相态识别产品拼图过程：

一种可行的实现方式，所述根据所述拼图方案，对于同时覆盖第一格点的M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达，将所述第一双偏振雷达的实时观测数据遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，结合球坐标系下的降水类型场和环境温度场，得到所述第一双偏振雷达的球坐标系下每个点的相态识别产品；按照所述第一双偏振雷达的波束宽度将笛卡尔坐标系下的格点分成第一部分和第二部分，所述第一部分包含的格点位于所述波束宽度范围以内，所述第二部分包含的格点位于所述波束宽度范围以外；按照所述第一双偏振雷达的波束宽度将所述球坐标系下每个点的相态识别产品投影到笛卡尔坐标系下，得到所述第一部分包含的格点化的相态识别产品；根据笛卡尔坐标系下的降水类型场和所述第一部分包含的各格点的相态识别产品，对所述第二部分包含的各格点进行插值，得到所述第二部分包含的各格点的相态识别产品；确定所述M部双偏振雷达分别对所述第一格点的相态识别产品，得到针对所述第一格点的M个相态识别产品；对所述M个相态识别产品进行拼图，得到所述双偏振雷达网的第一格点的相态识别产品。

本方案中，对于M部双偏振雷达中的任意一部第一双偏振雷达，先根据该双偏振雷达的实时观测数据，识别球坐标系下的每个点的相态识别产品，然后，将球坐标系下的相态识别产品插值到笛卡尔坐标系下，得到第一格点的相态识别产品，对于第一格点来说，存在M个相态识别产品。然后，对M个相态识别产品进行拼图。

具体的，请参照图2中疏黑点框出的部分。该方案中，首先，使用本地化的相态识别参数对位于球坐标系下的观测参量进行识别，得到单部雷达的相态识别结果；然后，对球坐标系下的相态识别结果进行格点化。由于相态识别结果无法进行空间上的插值，在由球坐标系转换到笛卡尔坐标系的过程中，将严格按照双偏振雷达的波束宽度进行投影，位于起止仰角内、波束覆盖范围外的三维格点(以下称之为第二部分包含的格点)将赋予待添补标识。最后，将各部双偏振雷达格点化的数据进行拼图，共同覆盖区域内的拼图的权重使用数据质量系数，从而选取具有更高数据质量的点作为最终的拼图值。其中，数据质量系数可以根据双偏振雷达网的观测数据中，非降水回波的影响、电磁波传播和散射特效的影响或雷达硬件的影响等确定出。

上述实施例中，由于相态识别结果在格点化时严格按照波束宽度进行投影，使得拼图后存储较大面积的空间不连续性。为了改善位于双偏振雷达波束范围外的未知格点的相态识别结果的拼图，本发明实施例中，根据降水物理特性的填补方案对上述的被标识为待填补的格点进行后处理。该过程中，由于对流云在垂直方向的空间连续性较好，对于降水类型为对流云的待填补的格点，选取垂直方向上距离该格点最近的相态识别产品结果进行填补。而对于降水类型为层状云的待填补点，考虑到层状云降水在水平方向的相态分布较为连续，选取位于待填补格点水平方向一定范围内的层状云降水相态进行统计，将出现频次最高、且位于环境温度场内的降水相态作为相态识别结果。

(2)先拼图后识别的相态识别产品拼图过程。

一种可行的实现方式中，所述根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图时，具体是确定观测范围包含第一格点的M部双偏振雷达，所述第一格点是笛卡尔坐标系下的格点，M≥2；对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达的实时观测数据，根据所述第一格点的位置，在所述第一双偏振雷达对应的球坐标系中确定参考点，根据所述参考点在所述球坐标系下的坐标参数，确定所述双偏振参量在所述第一格点的插值结果，从而得到M个插值结果，对所述M个插值结果进行拼图，得到所述实时观测数据在所述第一格点的拼图结果，所述第一双偏振雷达是所述M部双偏振雷达中的任意一部双偏振雷达；将根据所述M部双偏振雷达的实时观测数据得到的所述第一格点的拼图结果，结合笛卡尔坐标系下的降水类型场和环境温度场，遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到所述第一格点的相态识别产品。

本方案中，对于M部双偏振雷达中的任意一部第一双偏振雷达，先将球坐标系下的实时观测数据，插值到笛卡尔坐标系下，然后，对第一格点进行拼图；最后，对拼图后的第一格点进行相态产品识别。

示例性的，请参照图2中密黑点框出的部分，先拼图再识别方案，直接使用拼图后位于笛卡尔坐标系下的双偏振参量，结合本地化的相态识别参数直接进行模糊逻辑运算，并通过拼图后可以一一对应的环境温度场和降水类型场对识别结果进行校正。识别后的结果直接作为双偏振雷达网的相态识别结果。

最后，校正阶段。

对相态识别产品校正过程中，不论先拼图后识别的方案还是先识别再拼图的方案，都需要在模糊逻辑运算后使用降水类型场和环境温度场对识别产品进行校正。

对于先识别后拼图方案而言，将所述第一双偏振雷达的实时观测数据遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到每个点的相态识别产品之后，还根据球坐标系下每个点的降水类型场和环境温度场，对对应点的相态识别产品进行校正。该校正过程中，对球坐标系下的观测参量进行识别，然后使用球坐标系下降水类型场和环境温度场进行校正，然后再对识别产品进行拼图。例如，当拼图方案具体为先拼图后识别方案时，对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达，将所述第一双偏振雷达的实时观测数据遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到所述第一双偏振雷达的球坐标系下每个点的相态识别产品之后，还结合所述实时观测数据在球坐标系下的降水类型场和环境温度场，对所述球坐标系下对应点的相态识别产品进行校正。

对于先拼图后识别方案而言，根据所述M部双偏振雷达的实时观测数据得到的所述第一格点的拼图结果，遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到所述第一格点的相态识别产品之后，还根据所述第一格点的降水类型场和环境温度场，对所述第一格点的相态识别产品进行校正。该过程中，对球坐标系下的每个点经过模糊逻辑运算后，与拼图的降水类型场和环境温度场结合进行校正，得到相态识别产品拼图。

下面，对如何校正相态识别产品进行详细说明。

根据融化层的所在高度，具体的限制条件是：1)雪仅能出现在融化层底部及其以上的高度；2)纯雨滴仅能出现在融化层顶部及其以下的高度。对于先识别后拼图方法中位于球坐标系下的相态识别产品，使用球坐标系下的环境温度场进行校正。而对于先拼图后识别方法中位于笛卡尔坐标系下的相态识别产品，使用格点化并拼图后的环境温度场进行校正。

根据降水的类型，具体的限制条件是：1)对流云降水在整层均不能够出现干雪和湿雪两种降水相态；2)层状云降水在整层均不能够出现大滴、霰和冰雹三种降水相态。对于先识别后拼图方案中位于球坐标系下的相态识别产品，使用球坐标系下的降水类型场进行校正。而对于先拼图后识别方案中位于笛卡尔坐标系下的相态识别产品，使用格点化并拼图后的降水类型场进行校正。另外，属于对流云的降水相态不会出现在层状云降水中，相反属于层状云的降水相态也不会出现在对流云降水中。属于融化层以内的降水相态不会出现在融化层以外的高度中，属于融化层以下的降水相态不会出现在融化层以上的高度中，属于融化层以上的降水相态不会出现在融化层以下的高度中。

图4是本发明实施例提供的一种拼图装置的结构示意图，该拼图装置可以通过软件和/或硬件的方式实现。如图4所示，该拼图装置100包括：

第一确定模块11，用于确定观测范围包含第一格点的M部双偏振雷达，所述第一格点是笛卡尔坐标系下的格点，所述M部双偏振雷达包括于双偏振雷达网，M≥2；

第二确定模块12，用于根据所述双偏振雷达网中双偏振雷达的站点个数、所述双偏振雷达网中各双偏振雷达的性能或所述双偏振雷达的观测目标中的至少一个，确定所述第一格点的拼图方案；

拼图模块13，用于根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图。

一种可行的设计中，所述拼图模块13，在所述第二确定模块12确定出所述拼图方案为先识别后拼图方案时，具体用于对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达，将所述第一双偏振雷达的实时观测数据遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到所述第一双偏振雷达的球坐标系下每个点的相态识别产品；根据所述第一双偏振雷达的波束宽度和所述第一双偏振雷达的球坐标系下每个点的相态识别产品，确定所述第一格点的相态识别产品，进而得到针对所述第一格点的M个相态识别产品；对所述M个相态识别产品进行拼图，得到所述双偏振雷达网的第一格点的相态识别产品。

一种可行的设计中，所述拼图模块13，在根据所述第一双偏振雷达的波束宽度和所述第一双偏振雷达的球坐标系下每个点的相态识别产品，确定所述第一格点的相态识别产品时，具体用于按照所述第一双偏振雷达的波束宽度将笛卡尔坐标系下的格点分成第一部分和第二部分，所述第一部分包含的格点位于所述波束宽度范围以内，所述第二部分包含的格点位于所述波束宽度范围以外；按照所述第一双偏振雷达的波束宽度将所述球坐标系下每个点的相态识别产品投影到笛卡尔坐标系下，得到所述第一部分包含的格点化的相态识别产品；根据笛卡尔坐标系下的降水类型场和所述第一部分包含的各格点的相态识别产品，对所述第二部分包含的各格点进行插值，得到所述第二部分包含的各格点的相态识别产品；确定所述M部双偏振雷达分别对所述第一格点的相态识别产品，得到针对所述第一格点的M个相态识别产品，进而得到针对所述第一格点的M个相态识别产品。

一种可行的设计中，所述拼图模块13，在根据降水类型场和所述第一部分包含的各格点的相态识别产品，对所述第二部分包含的各格点进行插值，得到所述第二部分包含的各格点的相态识别产品时，具体用于确定待插值格点的降水类型场，所述待插值格点的降水类型场，所述待插值格点包含于所述第二部分；当所述待插值格点的降水类型场为对流云降水时，从所述第一部分确定出垂直于所述待插值格点的格点，根据垂直于所述待插值格点的格点对所述待插值格点进行插值；当所述待插值格点的降水类型场为层状云降水时，从所述第一部分确定出平行于所述待插值格点的格点，根据平行于所述待插值格点的格点对所述待插值格点进行插值。

一种可行的设计中，所述拼图模块13，在所述第二确定模块12确定出所述拼图方案为先拼图后识别方案时，具体用于对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达的实时观测数据，根据所述第一格点的位置，在所述第一双偏振雷达对应的球坐标系中确定参考点，根据所述参考点在所述球坐标系下的坐标参数，确定所述双偏振参量在所述第一格点的插值结果，从而得到M个插值结果，对所述M个插值结果进行拼图，得到所述实时观测数据在所述第一格点的拼图结果，所述第一双偏振雷达是所述M部双偏振雷达中的任意一部双偏振雷达；将根据所述M部双偏振雷达的实时观测数据得到的所述第一格点的拼图结果，结合所述实时观测数据在笛卡尔坐标系下的降水类型场和环境温度场，遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到所述第一格点的相态识别产品。

图5是本发明实施例提供的另一种拼图装置的结构示意图，如图5所示，该拼图装置100在上述图4的基础上，还包括：

第三确定模块14，用于在所述拼图模块13根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图之前，根据降水相态，将所述第一双偏振雷达的历史观测数据分成N类子数据，所述N类子数据对应N种不同类型的降水相态；根据第一类子数据，确定第一类型降水相态下，每个双偏振参量的隶属函数，所述第一类子数据包含于所述N类子数据中，所述第一类子数据对应所述第一类型降水相态。

再请参照图5，上述的装置还包括：

第四确定模块15，用于在所述拼图模块13根据所述拼图方案，对所述第一格点进行相态识别产品拼图之前，对于所述M部双偏振雷达中的第一双偏振雷达，根据所述第一双偏振雷达的实时观测数据，确定球坐标系下每个点的降水类型场；将所述球坐标系下每个点的降水类型场转换到笛卡尔坐标系下，得到所述第一双偏振雷达在笛卡尔坐标系下每个格点的降水类型场；对于所述第一格点，根据M个降水类型场确定该格点的降水类型场，所述M个降水类型场是根据同时覆盖所述第一格点的M部双偏振雷达得到的；当M个降水类型场中层状云降水多于对流云降水时，则确定所述第一格点的降水类型场为层状云降水；当所述M个降水类型场中对流云降水等于或多于层状云降水时，则确定所述第一格点的降水类型场是对流云降水。

再请参照图5，上述的装置还包括：校正模块16，用于在所述拼图模块13将所述第一双偏振雷达的实时观测数据遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到每个点的相态识别产品之后，用于根据球坐标系下每个点的降水类型场和环境温度场，对对应点的相态识别产品进行校正。

一种可行的设计中，上述的校正模块16用于在所述拼图模块13根据所述M部双偏振雷达的实时观测数据得到的所述第一格点的拼图结果，遍历每种降水相态的各双偏振参量的隶属函数，得到所述第一格点的相态识别产品之后，用于根据所述第一格点的降水类型场和环境温度场，对所述第一格点的相态识别产品进行校正。

图6为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。如图6所示，该电子设备200包括：

至少一个处理器21和存储器22；

所述存储器22存储计算机执行指令；

所述至少一个处理器21执行所述存储器22存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器21执行如上所述的基于双偏振参雷达网的参量拼图方法。

处理器21的具体实现过程可参见上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

可选地，该用户设备20还包括通信部件23。其中，处理器21、存储器22以及通信部件23可以通过总线24连接。

本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如上所述的基于双偏振参雷达网的参量拼图方法。

本发明实施例还提供一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行如上述基于双偏振参雷达网的参量拼图方法。

在上述的实施例中，应该理解到，所描述的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，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。

所述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单元，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。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，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单元中。上述模块成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能模块的形式实现的集成的模块，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。

应理解，上述处理器可以是中央处理单元(central processing unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。

存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器，还可以为U盘、移动硬盘、只读存储器、磁盘或光盘等。

总线可以是工业标准体系结构(industry standard architecture，ISA)总线、外部设备互连(peripheral component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(extendedIndustry standard architecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本发明附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。

上述存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于专用集成电路(application specific integrated circuits，ASIC)中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于终端或服务器中。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。