基于深度學(xué)習(xí)的多普勒氣象雷達(dá)回波外推算法研究.pdf

1、強(qiáng)對(duì)流天氣演變迅速、破壞性強(qiáng)，是具有重大殺傷性的災(zāi)害性天氣之一，嚴(yán)重威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。臨近天氣預(yù)報(bào)是對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警的主要手段，通常使用雷達(dá)回波外推和數(shù)值預(yù)報(bào)相結(jié)合的方法。雷達(dá)回波外推是指根據(jù)當(dāng)前的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)，推算預(yù)測(cè)未來的回波數(shù)據(jù)，是2小時(shí)以內(nèi)的臨近天氣預(yù)報(bào)使用的主要方法。
　　傳統(tǒng)的雷達(dá)回波外推方法在回波穩(wěn)定時(shí)表現(xiàn)較好，可以較為準(zhǔn)確地跟蹤回波運(yùn)動(dòng)變化，但對(duì)于回波變化較快的天氣過程，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率大幅下降。此外，傳

2、統(tǒng)的雷達(dá)回波外推方法的預(yù)測(cè)時(shí)效較短，準(zhǔn)確性隨預(yù)測(cè)時(shí)長的增加快速下降。隨著中國新一代多普勒天氣雷達(dá)逐漸部署使用，如何改進(jìn)雷達(dá)回波外推算法，有效利用多普勒天氣雷達(dá)回波數(shù)據(jù)來提高臨近天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效，是一個(gè)意義重大的研究方向。
　　本論文首先分析了新一代多普勒天氣雷達(dá)CINRAD-SA的工作方式和回波數(shù)據(jù)，并對(duì)當(dāng)前主流的雷達(dá)回波外推算法進(jìn)行了介紹和分析。根據(jù)雷達(dá)回波的時(shí)序性特性，本論文引入了深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域用于解決時(shí)序問題的RNN網(wǎng)絡(luò)

3、，在研究和分析了RNN網(wǎng)絡(luò)的原理和特性后，使用RNN網(wǎng)絡(luò)中的LSTM模型應(yīng)用于雷達(dá)回波外推問題。最后，根據(jù)LSTM模型對(duì)雷達(dá)回波外推問題的實(shí)踐，提出了一種基于LSTM模型的RET-RNN（Radar Echo Tracking RNN）模型，并在實(shí)踐過程中對(duì)RET-RNN模型的學(xué)習(xí)率調(diào)整策略和激活函數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。
　　在氣象學(xué)中，反射率因子與降水的強(qiáng)度具有一定程度的關(guān)聯(lián)，由雷達(dá)回波生成的反射率因子圖是測(cè)量短期臨時(shí)降水的重要工具。本