對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據精度的驗證方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于氣象探測技術領域，尤其是一種對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據精度的驗證方法，用于風廓線雷達的重要技術指標一一水平風速風向精度的驗證，實現了該項技術指標驗證的準確性與便捷性。
【背景技術】
[0002]邊界層風廓線雷達屬于低空氣象探測的新型設備，利用不同波束的無線電回波計算雷達正頂一定高度椎體范圍內的水平風速風向及垂直氣流。其中水平風速風向的測量精度是最為重要的探測指標。實際驗證過程中，如何獲取雷達正頂一定高度椎體范圍內的水平風速風向較為困難。
[0003]目前風廓線雷達風速風向數據驗證主要采取探空球驗證的方法。探空球攜帶無線電經瑋儀或GPS，利用其質量輕、隨風飄的特點，其水平速度與方向即為對應點的水平風速與風向。通過發放大量探空球，選定有效球的方式，在一定范圍內可驗證風廓線雷達風速風向數據的準確性。在實際操作中，由于探空球無法控制，存在水平風速較大時無法準確反應雷達正頂椎體范圍內風速風向的問題，并且本身由于單擺效應等原因，探空球獲取的風速數據存在一定誤差。
[0004]氣象上也常用高塔測風的方法進行精度比對。利用高塔測風需要建設一個高度較高的鐵塔，將風速風向傳感器放置在鐵塔的各個高度層，對固定高度的測點具有較高的準確性，但存在測點高度有限、成本較高、維護困難等問題。
[0005]系留氣球是一種無動力飛行器。氣球用系纜與地面設施連接，球體內充氦氣，依靠浮力懸停在空中。系留氣球具備部署簡單靈活，可通過調節系纜長度準確控制浮空高度，滯空時間長，便于搭載各種小型儀器測量設備，成本較低等特點。利用其自身特點，作為邊界層風廓線雷達風速探測數據驗證的驗證設備具有諸多優勢。
[0006]目前風廓線雷達風速風向數據驗證存在驗證成本偏高、時間跨度較長、準確度較差等問題，現有方法主要為探空球驗證法和高塔驗證法，但這兩者均存在一些問題。
[0007]如圖1示出現有使用探空球驗證風廓線雷達風速風向的示意圖，在實際操作中，由于探空球無法控制，存在水平風速較大時無法準確反應風廓線雷達正頂椎體范圍內風速風向的問題，探空球沒有位于探測范圍內，使得探空球出現圖1中示出可能的飛行軌跡，并且本身由于單擺效應等原因，造成探空球獲取的風速數據存在一定誤差。
[0008]如圖2示出現有技術利用高塔側風驗證風廓線雷達風速風向的示意圖，一般高塔測風法只能測某幾個高度層的風速風向，靈活性較差，圖2中示出風速風向計位于高塔0-300米的某些高度，而且高塔的高度一般都有限制，高塔很難達到數百米以上的高度，由于高塔的建設成本較高，高塔存在維護成本較高且相對困難等問題。
【發明內容】
[0009](一 )要解決的技術問題
[0010]有鑒于現有風廓線雷達風速風向數據驗證存在驗證成本偏高、時間跨度較長、獲取的風速數據準確度較差等問題，本發明的主要目的在于提供一種基于小型系留氣球系統對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據精度的驗證方法，以實現便捷準確的風廓線雷達風速數據驗證。
[0011](二)技術方案
[0012]為達到上述目的，本發明第一方面提供一種對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據精度的驗證方法，該方法包括步驟如下:
[0013]步驟1:從系留氣球搭載的風速風向測量設備，獲取風速風向測量設備長時間探測區域上方的某一高度的風速風向數據；
[0014]步驟2:在探測區域布置邊界層風廓線雷達，從邊界層風廓線雷達，獲取與風速風向測量設備相同高度的實時風廓線數據；
[0015]步驟3:計算不同高度下風廓線數據與風速風向計數據的均方誤差，實現對風廓線雷達在某一高度探測風速風向數據精度的驗證。
[0016]為達到上述目的，本發明第二方面再提供一種對邊界層風廓線雷達風速風向探測數據精度的驗證方法，在大風情況下該方法包括步驟如下:
[0017]步驟S2a:安裝設備；
[0018]步驟S2b:根據氣壓計數據反推系留氣球離地高度，通過調節系纜長度令系留氣球離地第一高度，讀取設定時間內風速風向數據；
[0019]步驟S2c:整理該設定時間段內風廓線雷達探測數據，得到該設定時間段內第一高度下的風速風向數據；
[0020]步驟S2d:調節系纜長度，令系留氣球升高第二高度，讀取該設定時間段內的風速風向數據，整理風廓線雷達數據得到對應高度與該設定時間段內的風速風向數據；
[0021]步驟S2e:重復步驟S2d，直至達到風廓線雷達測量范圍或系留氣球系纜最長位置；
[0022]步驟S2f:計算不同高度下風廓線數據與風速風向計數據的均方誤差，判斷風廓線雷達該時間段在該點的數據準確性；
[0023]步驟S2g:移動錨泊設施至風廓線雷達上風向相距一距離，調節系纜長度令系留氣球離地第三高度，再次進行風速風向數據驗證。
[0024](三)有益效果
[0025]從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果:
[0026]1.本發明提供的基于小型系留球系統的對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據驗證的方法，利用系留氣球系統可定點懸浮，升空高度較高，高度升降操作靈活等特點，可以方便的對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據進行驗證，相比采用探空球驗證的方法，該方法快速便捷，定點性能高，可準確驗證風速風向數據。對于系留氣球系統無需專門改裝，大大降低了驗證成本和測試時間。
[0027]2.本發明提供的這種基于小型系留球系統的對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據驗證的方法，使用了系留氣球平臺獲取不同高度的風速風向數據，相對于高塔測風驗證的方法，該方法高度操作靈活，測量高度上限高，驗證成本低廉，所以具有很高的實用價值。
[0028]3.本發明提供的這種基于小型系留球系統的對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據驗證的方法，該方法可用于邊界層風廓線雷達出廠測試時對風速風向數據的驗證，可用于風廓線雷達更換使用地點后對風速風向數據準確度的驗證。
[0029]4.本發明提供的這種基于小型系留球系統的對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據驗證的方法，該方法可用于大風情況下風廓線雷達的數據驗證，解決了長期風大區域布設的風廓線雷達難以驗證的技術問題。
【附圖說明】
[0030]圖1是現有技術使用探空球驗證風廓線雷達風速風向的示意圖。
[0031]圖2是現有技術利用高塔側風驗證風廓線雷達風速風向示意圖。
[0032]圖3是本發明對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據精度的驗證方法的流程圖。
[0033]圖4是本發明提供的基于系留氣球系統驗證風廓線雷達風速風向的對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據精度的驗證設備示意圖。
[0034]圖5本發明是風廓線雷達測量范圍示意圖。
[0035]圖6本發明利用系留氣球探測某高度風速風向數據的示意圖。
[0036]圖7是本發明出現大風情況下對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據精度的驗證設備的示意圖。
[0037]圖8是本發明出現大風情況下對邊界層風廓線雷達探測風速風向數據精度的驗證方法流程圖。
【具體實施方式】
[0038]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0039]請參閱圖3本發明對邊界層風廓線雷達風速風向探測數據精度的驗證方法的流程圖，實施該方法包括步驟如下:
[0040]步驟1:從系留氣球搭載的風速風向測量設備，獲取風速風向測量設備長時間探測區域上方的某一高度的風速風向數據；
[0041]步驟2:在探測區域布置邊界層風廓線雷達，從邊界層風廓線雷達，獲取與風速風向測量設備相同高度的實時風廓線數據；
[0042]步驟3:計算不同高度下風廓線數據與風速風向計數據的均方誤差，實現對風廓線雷達在某一高度探測風速風向數據精度的驗證。
[0043]實施例1:
[0044]本發明使用系留氣球搭載的風速風向測量設備獲取風速風向數據；通過收放系留氣球的系纜，對所述系留氣球升降，調整改變所搭載的風速風向測量設備的高度，從而獲取不同高度下的風速風向數據。從風廓線雷達獲取的風速風向數據提取不同高度一時間段內的風速風向數據，與系留氣球搭載的風速風向測量設備獲取的數據進行對比，計算不同高度的均方誤差，得到風廓線雷達風速風向數據探測精度。與風廓線雷達本身指標對比從而得到風廓線雷達精度指標是否符合技術指標要求。將從邊界層風廓線雷達獲取的不同高度的實時風廓線數據與前者對比；計算風廓線數據的誤差，以驗證其探測精度。從所述風速風向數據獲取系留氣球升空高度。利用所述風速風向測量設備獲取風速風向測量值。
[0045]本發明是利用系留氣球系統工作可靠、部署簡單靈活以及能夠長時間定點懸停的特點，搭載風速風向測量儀器、氣壓測量儀器，長時間探測某區域上方一定高度范圍內風速風向，與布置于該地點的邊界層風廓線雷達探測數據進行對比驗證，實現邊界層風廓線雷達風速風向數據的驗證。在介紹本發明提供的用于邊界層風廓線雷達測量風速精度進行驗證的方法之前，下面首先對邊界層風廓線雷達、系留氣球系統進行簡要描述。
[0046]1.1系留氣球系統
[0047]系留氣球系統是一種無動力氣球飛行器。氣球用系纜與地面設施連接，球體內充氦氣，依靠浮力懸停在空中。
[0048]1.2邊界層風廓線雷達
[0049]邊界層風廓線雷達用于測量雷達放置區域正頂錐形范圍內一定高度的風速風向以及垂直氣流，實