大雨滴对雷达定量测量降水的影响研究

根据米散射雷达截面公式,分别利用模拟M-P谱分布和模拟强降水对流谱分布以及实测强降水雨滴谱资料,计算粒子直径6次方之和(Zd)与3.2 cm、5.5 cm和10 cm三种波长雷达的等效反射率因子值(Ze)及二者之间的差值,进而分析其对雷达定量测量降水的影响。结果表明:随着降水强度增大,单位体积内雨滴个数(N)、大雨滴含量和Zd值均增加,对3.2 cm波长雷达,ZeZd且Ze-Zd增大,差值超过2 dB;对5.5 cm波长雷达,Ze由小于Zd值逐渐转变为大于Zd值,差值在±1 dB左右;对10cm波长雷达,ZeZd且|Ze-Zd|增大,差值达-1 dB;在同一滴谱分布下,波长越短,大雨滴对雷达反射率因子测量值影响越大,对雷达定量测量降水影响越严重。     

雷达常数C的实用计算法及误差分析

目前,天气雷达的观测工作,逐步由定性描述趋向定量测量,如何正确测定雷达有关参数并进而计算雷达常数C,是这个问题的关键之一。 (一)雷达常数C的含意。 降水回波强度的大小,可由反射因子Z(Ze)来表征。根据雷达气象方程,Z(Ze)可由下列公式计算:     

数字化天气雷达和双线偏振雷达的标定方法初探

数字化天气雷达定量探测的精度误差与雷达标定的误差有直接关系。特别是对于双线偏振其差反射率因子ＺＤＲ的典型值又为－３－＋５ｄＢ，而不同类型降水物的ＺＤＲ值可能仅相差十分之几分贝，因此，雷达标定的精度是至关重要的。     

利用雷达确定降雪强度和降雪量

水文工作者和河流预报员能通过雷达探测水域上方的降雨量确定径流量,结果比单靠雨量器的布点方法要好,尤其是当用雨量器记录检验雷达预测结果时是如此.Car/son和Marshall(1972年),Jatila(1973年),Wilson(1975年)及Collier与Larke(1978年)曾对雷达反射率因子在确定一次强降雪过程总降雪量方面的可行性作过检验.在这一研究中,雷达的等效反射因子Ze用于确定对50公里范围内目标点适时降雪率的估计.因此,这一方法,可以作为改进时间间隔在1-2小时内的短期降雪预报方法.下文把因子Ze称为Z,表示等质量水滴的反射率,其值比冰(或雪)粒子的反射率低6.7dB.     

713天气雷达数据标定应用技术的探讨

1　雷达标定的作用　　随着雷达探测能力的提高 ,雷达标定技术的发展 ,对强风暴的识别、大范围定量估测降水能力也随之不断地提高 ,天气雷达效能得到充分的发展。目前我国正在进行的天气雷达标定和数据终端改建项目 ,就是对目前正在业务使用的天气雷达完善其数字处理功能 ,通过规范标定技术 ,提高其定量估测降水能力 ,提高现有数字化雷达测量的准确性和可比性 ,通过标定 ,也使天气雷达台站工作人员对本站雷达观测的可靠性有所了解。2　雷达标定时其回波信号放大选择对数中频放大(对数中放 )　　早期天气雷达的接收机采用线性中频放大器(线性…     

一种改进短临降水预报的雷达产品应用方法

通过将组合反射率因子、垂直累积液体水两种雷达产品合并成一种新的雷达产品CR_VIL,使用6万多张CR_VIL产品与对应时次6min自动站雨量数据,通过统计分析得到CR_VIL的6min雨量均值表。在短时临近预报系统中根据雷达回波外推结果,使用CR_VIL的6min雨量均值表求得各时段定量降水估测值(QPE)作为该时段的定量降水预报值(QPF),得到预报时效2h,时间分辨率为6min的定量降水预报数据,业务运行中对1h的预报结果进行检验,晴雨预报准确率为87.0%,短时强降水TS=0.106,Bias=1.09,表明CR_VIL应用在业务系统中对短时强降水具有一定预报能力。     

基于SYSCAL方法的天气雷达反射率因子在线标定技术

CINRAD天气雷达采用了一种基于SYSCAL的反射率因子在线标定技术,能够在雷达运行中动态检测和校正发射和接收通道的性能变化导致的反射率因子测量偏差,且标定具有良好的性能和时效。通过理论推演详细解析了CINRAD天气雷达反射率因子在线标定的原理,介绍了其在CINRAD/SA天气雷达中的技术实现方式和相应的标定方法及由来。以武汉CINRAD/SA天气雷达的一次在线标定为例对标定实效进行检验和分析,指出了CINRAD天气雷达反射率因子在线标定技术中存在的一些问题。掌握天气雷达反射率因子在线标定原理和技术,对于正确实施标定,保证回波质量和提高雷达故障诊断分析能力,十分必要。     

新一代天气雷达回波强度自动标校技术

回波强度标定技术直接关系到定量测量的准确度,是新一代天气雷达组网定量测量的基础,是提高天气雷达探测精度的重要手段。简要介绍了新一代天气雷达系统的回波强度自动标校技术,并以CINRAD/CC雷达为例,对新一代多普勒天气雷达(CINRAD/CC)自动标校的技术原理作了详细分析,对其在自动标校中采用的DDS(Direct Digital Synthesis)技术以及标校技术的实施方法作了具体的介绍,对其回波强度自动标校的准确度进行了测量,给出了系统自动标校的实际检验结果。结果表明该系统发射参数、接收参数在出现较大变化时,能保证回波强度的测量准确度在1 dB以内。还对影响自动标校准确度的因素作了分析。     

地基雷达与TRMM/PR的一致性分析

天气雷达对中小尺度灾害性天气具有较强的监测预警能力,对研究中小尺度对流系统的云雨结构、理解降水内部的热力学和动力学过程有很大的帮助。单站点地基雷达受到诸如电磁波衰减、地物干扰等影响,在探测上存在一些限制。为了扩大天气雷达探测区域,需要采用多部天气雷达组网联合探测。然而雷达组网的各雷达之间没有进行统一标定,影响雷达网资料一致性、组网拼图,以及使雷达资料在数值模式同化的应用中受到限制。本文以TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星搭载的经过精确标定的测雨雷达PR(Precipitation Radar)数据产品作为标准参照源,订正地基雷达GR(Ground-based Radar)的反射率因子偏差。为了减小PR与GR之间观测值对比的不一致性,利用最佳配对数据对比法(ABCD, Available Best Comparable Dataset法),对2008年1月至2014年9月间,江苏省六部地基雷达(南京、常州、连云港、南通、徐州、盐城)的反射率因子值进行订正。最后对方法的应用范围、存在的问题及未来展望进行了讨论。     

用雷达反射率因子估算大气垂直速度

本文利用实测雨滴谱资料,统计出雨滴在静止大气中的平均多普勒下落速度V_T与雷达反射率因子Ze(dB)的线性关系,计算结果表明,用此统计关系估算V_T的精度比文献1中“M3-方法”估算V_T的精度有明显提高,而且实用性较强。     

六角形冰晶的94 GHz毫米波后向散射特性的模拟计算分析

利用离散偶极子近似法(DDA),研究了等效半径Re在0.8 mm范围内的柱状和片状冰晶在不同空间取向、温度和尺度比时,对94 GHz雷达发射的水平偏振波产生的后向散射,并讨论了等效雷达反射率因子Ze随粒子谱中值直径及冰水含量的变化。结果表明,温度对后向散射效率的影响较低,空间取向对后向散射效率的影响与粒子大小和形状有关。当雷达波垂直指向天顶,在冰晶粒子等效半径Re0.8 mm时,水平取向冰晶的后向散射效率比随机取向大,粒子越偏离球形,差别基本上越大;在同一取向时,粒子越偏离球形,后向散射效率基本上越大。在一定冰水含量下,取向、形状和冰晶谱的形状参数对Ze的影响和粒子谱中值直径有关;对于垂直指向的雷达,如果将六角形冰晶等效为等体积球形冰晶,当粒子较大(0.4 mmRe0.8 mm)时,其Ze将被低估。     

复杂地形下C波段雷达定量降水估计算法

C波段雷达定量降水估计（QPE）精度受到很多因素的影响,主要包括:（1）雷达标定,（2）非气象回波的干扰,（3）降水物垂直空间变化,（4）地形或地物的严重遮挡,（5）Z-R关系的代表性,（6）雷达拼图的质量,（7）雷达观测回波衰减等。文中雷达定量降水估计算法基于陕西省C波段天气雷达展开,从雷达探测数据质量控制、地形遮挡、Z-R关系和雷达拼图等方面提高C波段天气雷达定量降水估计的精度,产生降水类型产品和1 h定量降水估计产品,产品空间分辨率为0.01°×0.01°,时间分辨率为6 min。通过对7次降水过程进行评估,结果表明:基于混合仰角反射率因子处理模块和降水类型分类模块进行雷达定量降水估计,得到的结果与地面雨量站观测降水接近,1 h累计降水量的统计评分指标均方根误差稳定在3 mm以下,相对误差稳定在50%左右,相对偏差保持在?30%以内,雷达定量降水估计产品的离散度和绝对偏差都较低,表明该算法得到的雷达定量降水估计稳定可靠。      

毫米波云雷达与激光云高仪观测数据对比分析

2013年5月1日至6月8日,中国气象局气象探测中心在中国气象局大气探测综合试验基地进行了云高观测试验,试验仪器包括:(1)毫米波云雷达(35 GHz),观测数据为回波功率值,时间分辨率1 min;(2)激光云高仪,观测数据为后向散射光强度,时间分辨率为1 min;本工作对39天试验数据进行对比分析,结果表明:毫米波云雷达数据获取率要比激光云高仪的数据获取率高26%;在雾霾天气时激光云高仪的数据获取率比毫米波云雷达低51%;降水天气对激光云高仪测量云底高度的结果影响较大,对云雷达的测量的结果影响较小;毫米波云雷达和激光云高仪测得云底高度平均相差不超过300 m,比较接近。     

基于云团的分组Z-R关系拟合方案效果评估与误差分析

为了降低因Z-R关系不确定导致的雷达定量降水估测(Quantitative Precipitation Estimation,简称QPE)误差,提出了基于云团的分组Z-R关系拟合方案,在风暴单体识别算法得到的不同降水云团或同一个云团内部的不同数据分组区域内,拟合并采用不同的Z-R关系反演地面降水信息。以2013年6月5—7日的梅雨锋过程为例,使用覆盖长江中下游地区的28部多普勒雷达和全国逐分钟雨量计的观测资料,对单一动态关系、简单分组Z-R关系以及基于云团的分组ZR关系反演的雷达1 h QPE进行效果对比和误差分析,结果表明:(1)基于云团的分组Z-R关系可以有效识别降水云系的局部特征,这是基于云团的分组Z-R关系优于其他两种Z-R关系方案的重要原因。(2)雷达波束部分遮挡导致的偏弱反射率因子,对雷达QPE数据场的不连续性和Z-R关系的不确定性均有影响。(3)雷达硬件或雷达标定引入的偏强(弱)的反射率因子,与简单分组Z-R关系得到的雷达QPE局部高(低)估相关,这降低了简单分组Z-R关系在大范围降水过程中的适用性,但对基于云团的分组Z-R关系的影响较小。     

移动式X波段双偏振雷达资料处理

移动式双偏振雷达在冰雹外场观测时位置的变化、雷达信号本身的涨落以及降水系统的演变等原因会造成测量参量产生较大脉动,使用小雨法对其差分反射率因子(Z_(DR))进行了系统误差标定。同时将各参量奇异值剔除后,当信噪比SNR≥10 dB时,雷达测量的各偏振参量值可信。分析了3、5、7、9、11点平滑处理沿径向分布廓线,认为本雷达采用7点平滑处理,既考虑了参量脉动性的减小,也避免丢失真实信息。     

声雷达定量测量C_T~2中的几个问题

本文讨论了逾量衰减和风对声线的弯曲作用对声雷达接收功率的影响.分析和计算表明在很多情况下分子吸收、逾量衰减和风的影响对测量C_T~2是不能忽略的,不考虑这些因素有时可使C_T~2低估500％以上.引进有效湍流外尺度后使声散射截面表达式在实际应用中变得合理而简单.由简化的几何模型导出了风衰减因子,经计算和以往的实验事实相符.因此在原声雷达方程中应加入风衰减因子.声雷达方程加上逾量衰减算式、风衰减算式和分子衰减算式,组成了适合定量测量C_T~2的声雷达方程组.利用温度脉动仪测定低高度上的C_T~2值可使估算工作简化,此方法在多普勒声雷达上应用效果会较好,本文并给出了初步实验结果.     

CINRAD/SA-D雷达差分反射率金属球标定试验

目前我国新一代天气雷达正升级为双偏振体制,CINRAD/SA-D双偏振天气雷达对气象目标差分反射率(Z_(DR))的精确测量是参数标定的重要环节。对徐州双偏振雷达配置VCP-sect扫描模式,采用目标方位±5°的扇扫组合,且关闭地物等所有雷达滤波算法,用无人机分别携带2种标准金属球开展Z_(DR)标定试验。分析试验结果,发现采用40cm金属球,控制无人机与金属球间隔为68m时,Z_(DR)平均值为-0.265dB,最小为-0.125dB,最大为-0.375dB,满足雷达定标Z_(DR)的技术要求。研究结果为业务雷达开展双偏振雷达定标Z_(DR)提供了技术方案。     

多普勒天气雷达在低纬高原地区建立高分辨率降水资料场中的应用

利用昆明多普勒天气雷达资料、自动雨量站的降水资料以及TRMM/PR资料,对多普勒天气雷达在低纬高原地区建立高分辨率降水资料场中的应用进行了研究。结果表明：（1） 在低纬高原地区的降水云层的零度亮带的高度值变化较大,其最高值与最低值的差达到3 787.8 m,这在建立高分辨率降水资料场时是需要考虑的,选择雷达体扫复合仰角的PPI反射因子来进行雷达降水估测是比较合适的;（2） 在强降水和大面积中等强度降水的情况下,还需要考虑降水衰减的影响。通过试验发现：对于低纬高原地区雷达测量降水,使用迭代法对雷达衰减订正的效果比较好,其订正后的雷达反射因子明显高于雷达直接探测的反射因子,最大的订正差值超过了9 dBz;（3） 在雷达-自动雨量站联合校准中采用卡尔曼滤波方法对雷达测量降水的误差修正有明显的改进作用。     

降雨强度,雨区衰减与双线偏振雷达观测量关系的研究

本文为了改装双线偏振雷达的需要,用扩展边界条件法计算了椭球形雨滴的后向散射截面、衰减截面及吸收截面,得出了任意谱参数情况下,可能产生的散射强度及差反射率因子Z_(DR)值的大小。给出了降雨强度、衰减系数和双线偏振雷达观测量间的关系。为双线偏振雷达定量测量降雨工作及讨论雨区对雷达波衰减打下了基础。     

区域雷达网同步观测对比分析

利用长江中游的合肥、宜昌、武汉、常德和长沙雷达周围的1:25万的地形高度数据得到各雷达的混合扫描仰角和等射束高度拼图。选用2004年7月17—19日5部雷达同步观测的雷达体扫资料,分析了各雷达的最低扫描仰角;在尽量排除地物杂波、波束阻挡、距离衰减和波束展宽等因素影响的情况下,对比分析了5部雷达构成的有重叠覆盖区的7个雷达对的反射率因子差异。结果表明:(1)对雷达最低扫描仰角进行分析可以检查雷达的仰角标定,武汉和合肥雷达平均最低观测仰角比VCP21扫描方式规定的要低;(2)用雷达对等距离线上的反射率垂直剖面可以分析雷达对同步观测的回波空间位置和强度差异,常德雷达和其周围雷达同步观测的回波高度明显偏低;(3)用雷达对等距离线上某高度的反射率因子曲线变化的一致程度可以分析雷达的方位标定,这5部雷达没有明显的方位定标偏差;(4)用雷达对等距离线上某高度的平均反射率因子差可以分析雷达对同步观测的系统观测差,宜昌雷达和其周围的雷达相比,观测的回波强度偏强,而武汉和其周围的雷达相比,观测的回波强度偏弱;(5)反射率因子差的时间平均值随着反射率因子的大小变化而变化,当观测的反射率因子越大时雷达对的反射率因子差的时间平均值也越大。