确定Z-I关系的几种方法及其在定量测雨中的精度

本文介绍用雨滴谱、Z_r～I_g(Z_雷～I_计)、A值平均、平均A值几种Z～I关系测定单点累计降水量的方法。以1981年三次降水过程资料为例求得各种Z～I关系,并对1980年6月24日和7月9日两次资料进行检验,结果表明几种方法的精度都较好.只要提高测定Z、I值精度.在Z～I关系中选取适当的b值,再分雨型统计Z～I关系,则后两种方法的精度还可再提高。     

雨滴谱资料在雷达面雨量估测中的应用

利用福建省龙岩市单站Parsivel 2雨滴谱仪2015—2016年监测资料,拟合修订本地不同季节的多普勒天气雷达Z/I关系,将修订后的Z/I关系应用于本地雷达降水估算中,以龙岩区域自动站降水资料为检验依据,分析2015—2018年10次降水过程中多普勒天气雷达Z/I关系修订前后对流域面雨量估算精度的变化。结果表明:利用雨滴谱资料进行本地Z/I关系修订后,面雨量估算值较自动站偏小,误差下降了20%,雷达面雨量的估算精度总体提高了50%。     

下沉气流对Z-I关系的影响

采用伽玛分布形式的雨滴谱表达式，讨论了下沉气流W对Z－I关系的影响。发现随着W（向下为正）增大，关系式Z＝AI^b中系数A值减小,b值增大。利用地面实测雨滴谱资料计算出不同下沉气流下Z、I后回归得到的A、b值，以及根据由平均谱拟合得到的伽玛分布参数计算出A、b值，它们随W改变的变化趋势，均与理论分析结果一致。还讨论了环境气压场p对Z－I关系的作用，气压减小时，A值减小，b值增大，但变化不如W影响时的变化影响。此外，结合实测雨滴谱资料，分析了雨滴平均谱特征以及相关物理量的演变过程。     

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%。     

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。     

不同雨型的Z—I关系及几种误差讨论

本文根据湖南、安徽两地共437张雨滴谱资料做了以下几项工作: 1.分别按不同雨型、不同反射因子Z和雨强I值统计了它们的Z—I关系,结果表明按雨型统计的Z—I关系最合理。2.不同雨型的Z—I关系有显著性差异,不能互相代用。3.湖南、安徽两地对流性降水的Z—I关系无显著性差异,从而得到两地对流性降水中统一的Z—I关系式。4.分别对(1)不同雨型、不同地点或不同时间降雨的Z—I关系的性质;(2)雨滴谱取样间隔对统计Z—I关系的影响;(3)雷达上不同读数(或开机)时间间隔造成的测量误差进行了讨论。     

闽中北前汛期多普勒雷达定量估测降水分析

使用2002、2003年福建中北部27个气象站5—6月自记雨量资料及相应的雷达体扫资料，通过用最优化法统计得出不同区域的Z-I关系，并将统计结果用于2005年5—6月的降水估测。同时利用实时雨量资料采用卡尔曼最优（卡尔曼滤波＋最优插值）、变分等估测方法对2005年几次混合型降水过程进行实时雨量校正，用福建北部武夷山九曲溪流域雨量计检验校正后的雨量值，并对上述几种方法的测量精度进行比较、分析。结果表明：卡尔曼最优、变分法及100km距离范围内的最优化法的过程平均相对误差小于25％，100km距离范围以外最优化法的过程平均相对误差明显增大，Z=300I^1,4估测的误差最大。     

雨滴在静止大气中的平均多卜勒速度

为了克服用雷达反射因子Z求静止大气中平均多卜勒速度■关系式(即■_0—Z关系)随时间、地点、雨型而显示出的不稳定性,本文导出了雷达反射因子Z、雨强I和■_0之间的新关系式,即■_0=1.288(Z/I)0.2537。资料验证表明,这个新关系式是稳定的,而且精度比■_0—Z关系高。它还为使用常规测雨雷达和雨量计这种半遥感方法确定■_0提供了理论依据。     

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。     

日平均计算方法对气温统计值的影响

为了弄清不同日平均计算方法对气温统计值的影响,利用陕西6个基准站的定时气温资料分别进行24次观测与4次观测,以及4次与3次观测值计算所得日平均气温计算值的差异分析,并对1961-2010年的3次、4次、24次计算的年平均气温序列进行均一性的惩罚最大F检验(PMFT).结果表明:24次气温定时值计算的日平均气温均值高于4次值,平均差值为0.13℃,标准差为0.39℃,两者差值在秋季较大.4次比3次日平均气温值平均偏低0.14℃,标准差为0.85℃,一年中,夏季差值最大.不同次数的日平均气温计算方法可引起月、年平均气温值0.2℃甚至以上的升降.24次气温值的使用可以使单站的气温增暖速率提高0.03～0.04℃/10a.但日平均气温计算方法的改变不会造成气温序列的非均一.     

不同时间分辨率对气象要素月平均值统计的影响

通过我国12个国家基准气候站建站至2000年的气压、气温、相对湿度、风速每日4次与24次定时观测资料月平均值的差值、差值平均值、标准差的对比分析,研究不同时间分辨率统计的资料序列的均一性;在此基础上,对全国所有基准站建站至2000年气温历年月平均值进行统计,绘制了全国基准站建站至2000年气温4次与24次定时累年月平均值差值的平均值分布图,并做了初步分析.结果表明,采用两种不同时间分辨率统计气象要素月平均值会出现统计误差,气压、相对湿度、风速4次与24次定时观测资料月平均值偏差在观测精度之内,气温的差值超过了观测精度.我国绝大部分地区的气温4次定时观测资料要比24次观测资料统计的月平均值偏小0.1～0.3 ℃.在气候分析和气候变化研究中,必须考虑因不同时间分辨率统计气温月平均值引起的统计误差,排除非气候原因造成的影响.     

用变分方法校准天气雷达测定区域降水量的数值计算和精度分析

本文应用武汉地区1987年5月25日和5月12日二次降水过程的WSR—81S型数字化雷达的彩色分层数字资料和自动雨量计校准子系统的雨量资料。分别用变分方法和平均校准方法去校准雷达测定区域降水量,并对这两种方法进行比较,发现变分校准技术的效果最佳,能够达到一定的精度。同时介绍了变分方程的数值解法及其权重系数的选择,分析比较了Column Max和ZPPI两种图像数字资料的使用效果。     

雷达定量估测不同类型降水

利用2002、2003年自记雨量资料及相应的雷达体扫资料,用最优化法统计得出福建中北部不同区域不同降水类型的z-I关系,并将统计结果用于2005年、2006年的降水估测.同时利用实时雨量资料采用卡尔曼最优(卡尔曼滤波 最优插值)、变分等估测方法进行实时雨量校正,用福建北部武夷山九曲溪流域雨量计检验校正后的雨量值,并对上述几种方法的点及面的估测结果进行比较.结果表明:卡尔曼最优法及100 km距离范围内的最优化法对站点及面平均降雨量估测误差最小,Z=300I1.4估测的误差最大.     

用雷达反射因子Z和衰减系数k确定雨强I的方法

本文根据实测资科,对k和Ⅰ之间关系进行统计分析,发现此关系和Z—Ⅰ关系一样是不稳定的。为克服上述缺陷,在假定雨滴谱满足马歇尔-帕尔默分布的基础上,我们提出了用Z和k这两个信息量来确定雨强I的关系式。实测资料表明,此关系式对不同时间、地点和雨型的降水过程都普遍适用,而且经过文中指出的订正方法订正后,用此关系式计算的雨强比只有一个信息量的k—Ⅰ和Z—Ⅰ关系式计算的精度要高得多。另外,若选取Z、W这两个信息量确定雨强Ⅰ时,精度还可以进一步提     

多普勒天气雷达定量估测降水中反射率因子选取方法讨论

雷达定量测量降水主要依据是Z-R关系。目前对于其中系数A、b选取影响估测降水精度的研究工作很多,但是在工作中如何选取合适的Z值的研究工作较少。本文则利用固定的A=280、b=1.45值研究反射率因子Z值选取对估测降水精度的影响。结果表明,综合考虑时间、仰角高度等因素的选取方法其结果要优于单层单体扫过程的结果。     

An observational study on vertical raindrop size distributions during stratiform rain in a semiarid plateau climate zone

雨滴谱随高度变化的观测有助于我们改进雷达估雨精度和认识云雨微物理过程的特征。以往研究较少关注半干旱区的垂直雨滴谱及Z–R关系回归方法的不确定性。在我国半干旱区内蒙古锡林浩特地区,我们使用一台小型垂直指向测雨雷达MRR,观测了两次夏季层状云降雨过程的雨滴谱垂直分布,并利用强度顺序滤波(SIFT)方法计算了Z–R关系。结果表明:这两次层状云降雨过程在零度层以下的平均雨强、平均雨滴总数及Z–R关系的两个参数(a和b)垂直变化较小;利用SIFT方法计算的Z–R关系估算降雨比传统的最小二乘法准确。     

梅州多普勒雷达反射率因子与雨强的统计规律

利用2007年4～9月、2009年4～8月梅州雷达PPI、CAPPI回波强度和地面气象站雨量有显著相关,6、18、30、60 min平均后的回波强度与雨量的相关系数依次提高。空间平滑后的回波强度与滞后2 min的雨量相关性最好。分段最优化Z-I关系的结果与Z=300I1.4的比较,20 dBz以下两者的估测值基本一致,20～45 dBz后者估测值偏低,45 dBz以上后者估测值偏高。2年的观测数据表明,各时段最优化得到的Z-I关系式系数变动较大,但30 dBz以上回波强度与地面平均雨强的变化不大,可在强降水估测时作参考。     

最优化法求Z—Ⅰ关系及其在测定降水量中的精度

本文介绍了用最优化原理求取Z—I关系的新方法,并将求得的最优化Z—I关系式应用于雷达探测单点和区域降水量。结果表明:探测降水量精度可以明显提高。经过检验,表明该关系式具有一定代表性。     

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.     

利用PMS的 GBPP-100型雨滴谱仪观测资料确定Z-R关系

根据地面雨滴谱确立雷达反射率因子Z和雨强R之间的关系需要大量的观测资料.本文利用GBPP-100型地面雨滴谱仪在沈阳、哈尔滨和河南观测的雨滴谱资料做形变误差订正后,用最小二乘法拟合三地的Z-R关系,并按照层状云、积层混合云和积雨云降水分类,确定了三种降水类型的Z-R关系.结果表明,Z=ARb形式能够很好地描述以上的Z-R关系,对降水类型分类得到的Z-R关系代表性更好.系数A、b以层状云最小,积层混合云次之,积雨云最大.A值随着雨滴尺度的增大而增大,随数密度增大而减小,b值则随着数密度和雨滴尺度的共同增大而增大.