雷达估测降水方法改进在降水预报中的应用

利用2008—2013年自动站雨量资料及相应的雷达体扫资料,用最优化法统计得出海南地区不同区域不同月份的Z-I关系,并将统计结果用于2014年5—9月的非热带气旋影响的的降水估测检验,采用平均绝对误差和均方根误差方法得到计算结果,表明经过优化的Z-I关系后,雷达估测降水比Z=200I1.6时更加接近实际雨量。优化Z-I关系前,雷达与雨量计平均值比值范围在40%~70%之间,即估测降水比实际雨量偏弱,优化Z-I关系后,雷达与雨量计平均值比值范围提高到50%~90%以上,说明雷达估测降水方法改进后,效果有了显著提高。     

西安地区积层混合云的Z-R关系研究

根据2013—2014年5—10月西安地区观测得到的雨滴谱数据,结合C波段新一代多普勒天气雷达的观测资料,对西安地区43次积层混合云降水的平均雨滴谱分布、微物理特征量及雷达反射率因子Z和雨强R的关系进行统计分析。结果表明:积层混合云降水的平均雨滴谱呈单峰型,Gamma分布对降水大粒子的拟合明显优于M-P分布;积层混合云中雨滴数浓度最大值及对雨强贡献最大值均出现在雨滴直径小于1 mm的范围内;利用最小二乘法建立了西安地区积层混合云的Z-R关系Z=168R1.43;当雨滴谱数据计算的回波强度小于(大于)30 dBz,雷达对回波强度有明显高估(低估)现象,针对此现象提出了积层混合云雷达回波的5档修正方案;利用Z=168R1.43估算西安积层混合云降水个例的降雨量更接近实测降雨量,估算降雨量的相对误差从51.3%减小到25.4%。     

天气雷达Z I关系本地化及RPG降水产品改进

利用2004—2008年5—9月大连新一代天气雷达和自动站资料,在进行回波分型、多次采用最优化Z I关系,结合系统误差消除的技术方法,得到适用于实际业务需要的整体本地化Z I关系。以大连地区2008年全部5次大暴雨过程为例,经RPG数据处理系统中的降水估计产品检验,较沿用 WSR 88D 默认值生成值准确率提高40%以上,经2009—2011年使用,估算准确率稳定在75%以上,提高了天气雷达数据处理的质量。     

基于雷达资料的上海地区暴雨面雨量计算及应用

根据上海地区小时雷达资料的定量降水估测(quantitative precipitation estimation,QPE)网格产品和经过质量控制的自动站雨量资料进行暴雨面雨量计算方法研究,计算方法为:将暴雨区内自动站周围9个网格点的QPE平均值作为自动站的雷达估测雨量,计算各测站雨量与雷达估测雨量的差值,用克里金插值方法将差值场插值到雷达降水估算产品相同的网格点上,再将网格点上残差插值数据加上网格点上雷达估测雨量,得到各网格点用自动站订正后的雷达估测小时雨量资料。文中24个典型暴雨各测站订正后QPE与实测雨量的平均绝对误差比订正前减小了27%;两个典型暴雨主要降水阶段经国家气象站资料订正后QPE与实测雨量的平均误差比订正前减小了33%～39%,暴雨过程总雨量经国家气象站资料订正后减小了34%～59%。根据以上方法得到的网格点雨量计算和绘制上海地区2007—2015年24个典型暴雨降水区域的小时面雨量值和图、过程面雨量值和图、行政区和水利片面雨量值和图。最后基于.NET Framework 4.0基础架构软件开发平台,使用Microsoft Visual Studio 2012和Microsoft Visual Studio软件开发工具制作"基于雷达资料暴雨面雨量自动化计算查询系统",供业务科研人员实时查询和计算。     

Z-I关系最优化在海口雷达估测热带气旋降水中的应用

利用海口新一代天气雷达2008—2013年观测数据和地面观测的逐时雨量资料,得到分区域最优化Z-I关系,在海南岛全省范围内进行降水估测。结果表明:优化Z-I关系后得到的雷达与雨量计平均比值基本接近1,同时平均绝对误差和均方根误差也明显偏小,说明雷达测量值接近于雨量计,明显优于雷达默认的Z-I关系值,可见,优化Z—I关系后雷达反演值更接近于雨量观测值,同时雷达定量估测各区域雨量的精度得到很大提高。     

沂沭河流域不同多普勒雷达降水量估算方法的效果评估

利用2005年和2006年九次大型降雨过程的多普勒雷达体扫复合仰角的回波强度资料及相应的雨量计观测资料, 通过改进的最佳窗概率配对法、 遗传算法和最优化法分别得到沂沭河流域多普勒雷达降水Z－R关系, 对不同算法的优化结果和降水误差进行比较分析及验证, 并将最优的Z－R关系用于估算区域降水量。同时利用雨量计资料采用卡尔曼滤波、 变分等6种估测方法进行面雨量估算的校正, 并对上述几种方法的估测精度进行比较分析。结果表明: 将地面雨量计观测值作为真值, 在站点降水的估测上, 卡尔曼最优插值法和卡尔曼变分法估测的降水量计算精度最高, 最优插值法和变分法次之, 卡尔曼滤波法和平均校准法的计算精度要低于最优插值和变分法, Z－R关系法的精度最低。在区域面降水量的估测上, 雷达探测到的降水量的分布形势与雨量计得到的降水场比较一致, 但中心的降水强度上有较大的偏差。Z－R关系法的平均相对误差为70.51%。经过雷达雨量计联合校正后, 使估算精度明显提高, 其中卡尔曼最优法计算精度最高。平均校准法、卡尔曼滤波法、最优插值法、变分法、卡尔曼最优法和卡尔曼变分法的平均相对误差分别为: 16.55%、16.27%、13.44%、13.86%、13.16%、13.51%。     

应用多普勒雷达作暴雨的观测分析及临近预警

本文运用多普勒雷达产品和石家庄加密自动站雨量资料对 2004 年、2005 年汛期发生在河北省境内的三场暴雨天气进行了分析,结果发现利用多普勒雷达产品时空分辨率高、产品丰富和速度场变化较降水变化超前的优点,配合加密自动站雨量的实时降水资料,努力做好暴雨的短时临近预警,及时修正和弥补前期预报的失误或不足是完全可行的.同时,探讨了几条多普勒雷达产品在暴雨临近预警应用中可参考的方法.     

滑动时间窗长度对太行山区雷达反演降水的影响

利用雷达估算太行山降水对于海河流域水循环解析、变化预测及流域水资源管理具有重要意义。本文利用2013和2014年6—9月太行山东部中低山区多普勒天气雷达反射率(Z)产品和自动雨量站降水(I)数据,采用不同滑动时间窗(1~5h)估算Z-I关系,利用2013—2014年45次降水事件验证不同时间窗Z-I关系在小雨、中雨和暴雨情况下的精度,并针对2013年7月9日降水事件进行个例分析。结果表明:不同滑动时间窗Z-I关系反演降水精度不同,误差随滑动时间窗增大,呈现先下降后上升的趋势,其中2h滑动时间窗误差最小。对于不同量级降水的反演,2h滑动时间窗Z-I关系对中雨的改进最大。个例分析表明:滑动时间窗Z-I算法的主要优势在于改善其他算法对雨强较大降水的低估。     

最小二乘法与A值平均法估测降水对比

利用贵州省兴义多普勒天气雷达复合体扫基数据资料及自动站雨量资料,在充分考虑了本地地理环境、气候背景的前提下,对贵州省黔西南地区2008～2009年产生的强天气过程进行了降水估测分析。分别采用最小二乘法及A值平均法得到该区域的Ze-I关系,然后对这2种方法的统计结果所做的Ze-I方程进行了对比。选取2010年2次强降水天...     

自动激光雨滴谱仪在雷达降水估测中的应用

利用Parsivel激光降水粒子谱与地面雨量计对2008年9月9号山西的一次混合降水天气过程进行分析,根据汾阳、介休两站的雨滴谱资料,利用最小二乘法拟合出反射率因子Z与雨强I的关系Zott=159Iott1.5,利用最优化关系法计算出地面雨量计与雷达反射率因子的关系Zrad=200Irain1.2,WSR_88D中默认的关系ZDef=300I1.4,然后分别利用3种Z-I关系对此次降水过程进行估测,计算过程累计雨量,并将估测降水结果与地面雨量计实测结果进行对比.结果表明:利用雨滴谱关系的估测降水效果最好,利用雨量计关系的估测降水结果次之,默认关系计算结果最差;第一者相对第二者提高4％左右,相对第三者则提高近18％左右.     

舟山地区台风降水Z-R关系研究及其应用

利用2004—2005年舟山多普勒天气雷达台风基数据资料和浙江省自动雨量站网资料, 拟合适合于舟山地区台风降水的Z-R关系:Z=70R1.38, 并对其进行有效性确认。应用此关系对台风“南玛都”和“卡努”的降水进行雨量估测并与美国WSR-88D默认Z-R关系及实时雨量资料进行对比。结果表明:对于小雨量地区, 应用美国WSR-88D默认Z-R关系估测台风降水比较接近于实际。但是, 对于大雨量地区来说, 应用此关系估测台风降水更接近实际雨量, 而应用默认Z-R关系估测台风降水, 大雨雨量被严重低估。文中并进一步分析了产生误差的主要原因。     

多普勒雷达降水产品优化

通过对雷达1h、3h降水产品进行应用检验,找出降水产品的局限性及其测量误差;利用反射率因子及自动站雨量资料,通过调整雷达混合扫描面弥补了降水产品因山脉等地物挡角大而缺测面大的缺陷;结合雨量站资料运用最优插值、卡尔曼滤波等方法对本地Z-I关系及降水产品进行调整优化;调整后的降水产品估测降水的误差明显减小,产品质量大为提高。     

短时强降水和持续性强降水的雨滴谱特征对比

短时强降水和持续性强降水的雨滴谱特征因冷云和暖云过程不同有时会存在较大差异,分析两者雨滴谱特征的差异有助于深入了解不同类型强降水的微物理特征,对提高雷达定量估测降水精度起到一定作用。以2018年6月湖北省一次由西南低涡产生的短时强降水(SHR)和持续性强降水(PHR)过程为例,利用自动站气象站资料、CINRADA/SA多普勒天气雷达产品、DSG5型降水现象仪雨滴谱资料以及ERA5再分析资料,对比分析了SHR和PHR的雨滴谱特征及其拟合的雷达反射率因子(Z)-雨强(R)关系(Z=aR^b)的差异。结果表明:(1) SHR过程的对流云降水各粒径(D)平均数浓度高且粒径大,与其内部活跃的冰相过程和暖云层中的雨滴碰并、碰撞-破碎微物理过程相关;PHR过程的层状云降水小粒径(D<2 mm)平均数浓度高而中、大粒径的平均数浓度低。(2)归一化Gamma谱截距参数(lgN_w)和质量加权平均直径(D_m)分布显示SHR过程的谱型分布更广,具有较大的D_m和较小的lgN_w,对流、层状云降水分离线...     

多普勒雷达降水产品优化

通过对雷达1h、3h降水产品进行应用检验，找出降水产品的局限性及其测量误差；利用反射率因子及自动站雨量资料，通过调整雷达混合扫描面弥补了降水产品因山脉等地物挡角大而缺测面大的缺陷；结合雨量站资料运用最优插值、卡尔曼滤波等方法对本地Z-I关系及降水产品进行调整优化；调整后的降水产品估测降水的误差明显减小，产品质量大为提高。     

利用多普勒雷达资料作站点雨量及面雨量临近预报

通过对近两年收集的降水过程的雷达回波资料进行统计分析,得到本地区主要降水过程类型及其回波演变特征;利用反射率因子的基数据和风廓线产品数据等资料,运用交叉相关法计算区域速度、读取风廓线得到环境风速度,自动判别降水回波类型、识别回波整体及单体移动速度;应用本地实时的dBz-I关系及线性外推法计算未来1～2 h站点降水量及面雨量,实现降水临近预报自动化;应用自动站雨量资料及雷达联合自动站资料所作的雨强实时分析场对1 h站点雨量预报及区域雨量预报进行初步检验,1～24.9 mm和≥25 mm以上站点预报的平均相对误差分别为58%、33%;区域雨量预报的雨区范围及中心分布与实况具有较好的一致性;2 h降水预报在回波较稳定时,仍有较好的预报效果.     

乌鲁木齐机场一次寒潮多相态降水过程分析

利用常规观测资料及新疆区域自动站、乌鲁木齐风廓线雷达、多普勒雷达资料,针对2015年2月13日发生在乌鲁木齐地区的一次雨雪天气过程,从大气背景环境、风温垂直结构、冷暖平流及雨、雪相态转换成因等方面进行分析。结果表明:此次寒潮降水天气的大尺度环流背景是中亚地区高空脊向极区发展,脊顶北风引导极地冷空气南下,在西西伯利亚地区发展成大槽。大槽东移进入新疆地区后,槽后冷空气与北上的西南暖湿气流在天山山区汇合造成此次寒潮降水天气。乌鲁木齐机场出现雪转雨再转雪等相态转换,是由于先受冷平流控制,随着地面冷锋前部暖平流临近,低空暖层厚度加大,降雪粒子在降落过程中融化为雨滴,地面降水相态转为雨夹雪和雨,冷锋系统进入后,再次处于冷平流控制下,降水相态再由雨转为雪。风廓线雷达风场资料的分析结果表明,空中冷暖平流的性质和转换与降水相态变化有较好的对应关系;风廓线垂直速度显示,降雪粒子与雨滴粒子相比,垂直速度较小且雨滴粒子主要集中在1000 m以下。利用多普勒雷达产品分析地面冷锋的移动、空中冷暖平流的变化,有助于对降水相态变化的预报。     

成都多普勒天气雷达定量测量降水研究

本文简要引述了天气雷达定量测量降水的基本原理;用历史资料,对成都多普勒天气雷达反射率因子Z与降水强度I之间的经验计算公式中a、b的取值进行了严格检验,结果发现其计算精度约为88.1%,并对误差原因进行了详细分析;对今后开展天气雷达定量测量降水工作提出了建议。     

雨滴谱的变化对降水估测的影响研究

选取2013年5月20日发生在广东三水的一次飑线过程作为研究对象,首先结合飑线回波带移经三水及其上空雷达回波的时间-高度分布特征将降水过程划分为3个阶段,然后通过计算各时刻的粒子总数密度、中值体积直径和峰值数分析降水过程雨滴谱的变化,再对Z-R关系(Z=aR~b)进行分析,根据雨滴谱实测资料分别统计整体Z—R关系和3个降水阶段的Z—R关系,在此基础上讨论雨滴谱的变化和雷达观测的回波强度对降水估计的影响。结果表明:中值体积直径在对流云降水阶段和层状云降水阶段基本一致,但对流云降水阶段的粒子总数密度远大于层状云降水阶段;对流云降水阶段以双峰型为主,当降水向层状云类型发展时,多峰谱比例增加;雷达观测的回波强度常低于雨滴谱计算的反射率因子,离地面越近两者的相关性越好;根据3个降水阶段分别进行Z—R关系拟合,即分型Z-R关系,通过相对误差分析可知,利用分型Z—R关系反演雨强的效果明显优于整体Z-R关系反演效果,雨滴谱在层化降水阶段估计的相对误差最小、对流云降水阶段反演精度稍低于层状云降水阶段,这与对流云降水中雨强和雨滴谱谱型变化大且快有关;在雷达观测方面,利用分型Z-R关系反演雨强的相对误差较小而雷达观测的误差在对流云降水阶段较小,当降水向层状云降水转化时,雷达观测引起的相对误差增大,这主要是由于对流云降水阶段中雨滴谱仪和雷达对应的回波强度误差最小,也与雷达观测精度、两种仪器采样的时空差异和雨滴谱特征变化等因素有关。     

最优化处理法估测黔西南地区降水

利用2004年多普勒雷达资料及自动站雨量资料,在黔西南地区进行降水估计。采用最优化处理法得到该区域的Z-I关系。选取2005年1~7月的部分资料进行检验对比,并对误差进行分析。结果表明,用此方法得出的Z-I适用性较好,准确率达80%以上。     

昆明市主城区一次局地短时强降水特征研究

利用NCEP 1°×1°再分析资料、多普勒天气雷达及5 min地面自动站加密观测资料,对2018年6月8日夜间昆明主城区突发的局地短时强降水天气过程,从环流背景、地形作用、中尺度特征等方面进行分析,结果表明:孟加拉湾低压、切变线与地面冷锋是此次过程的天气尺度影响系统;充沛的水汽条件、对流不稳定条件是强降水天气形成的有利条件;主城特殊的地形及南侧滇池水体对降水有增幅作用。多普勒雷达特征显示",列车效应"明显,强回波集中在中低层,具有明显的辐合;6 min的雷达组合反射率CR和雨强分布RZ与5 min的雨量变化有较好的对应关系。