天气雷达-雨量计网联合探测区域降水量的精度

本文分析5次降水天气过程的数字化天气雷达资料和16个雨量计资料表明:用天气雷达-雨量计网联合探测区域降水量的精度比单独使用雷达或常规雨量计网的探测精度高。文中还讨论了联合探测方案其它一些优点。     

变分技术在校准数字化天气雷达定量估测降水中的应用

利用1998年7月20－22日鄂东地区持续性特大暴雨的数字化天气雷达反演资料和雨量计网测量资料，采用变分技术校准雷达定量估测降水，结果表明：经变分法校准后的雷达估测降水不仅保留了雷达探测到的降水形势，并且与雨量计网测定的降水量之间的误差有明显的改进。     

713测雨雷达测定区域降水量初探

本文应用1983年7月14日、1984年8月30日和9月1日三次降水回波资料,初探了雷达探测区域降水量的可能性。试验表明:雷达测量能满足一定精度。若采用雷达—雨量计系统联合探测降水的方案,精度可进一步提高。如用Apple—Ⅱ微机与713测雨雷达联接组成的天气雷达探测与资料处理系统,还能实时提供区域降水量信息。     

雨量计密度对校准雷达估测降水的影响及单点对校准的贡献

利用新一代天气雷达基数据资料和天津三次不同类型降水天气过程的降水量资料,采用变分校准方法,以校准区域内所有雨量计校准雷达得到的估测降水场作为"真值场",对比分析14种不同密度雨量计网校准雷达估测降水的效果,并对雨量计网中单个雨量计站点对校准雷达的贡献进行试验分析。结果表明:（1）参加校准的雨量计密度较小时,雷达估测降水的误差较大,估测效果不好;随校准雨量计密度的不断加大,雷达估测降水的偏差明显减小、估测精度不断提高并逐渐趋于稳定。（2）校准不同类型降水需要的雨量计密度不同,这与降水的性质有关;当校准雷达估测降水的效果与"真值场"的相当时,所需的雨量计密度为121 km²·部^-1。（3）在雨量计校准网中任意增加降水量不为零的站点,会在增加的站点周围出现估测偏差（高估或低估）,偏差的大小与站点降水量相对于其周围雨量计平均值的大小有关、偏差的影响范围则与站点周围雨量计的分布密度有关。（4）任意增大（减小）雨量计校准网中单个站点的降水量会使雷达对站点周围降水的估计偏高（偏低）,高（低）估的程度及影响范围与站点降水量增大（减小）的多少及站点周围雨量计分布密度有关,而与降水类型及降水随时间的演变无关。     

主特征提取法在天气雷达降水估测集成分析中的应用

提出使用主特征提取法对天气雷达定量估测降水的几种模式结果进行集成分析，获得降水分布的共同特征，并参照雨量计资料确定雷达探测范围内的降水强度分布，实例分析表明效果较好。     

天气雷达回波数据处理机

一、概况很长时间以来雨量计是降水探测资料的唯一来源,然而雨量计的布点不可能太密,并且受到地形及其它条件的限制,往往造成大面积的空缺,使降水探测的精度和范围受到很大影响。又雨量计情报的收集和传递速度慢,时效很低,很难及时直接用到降水预报中去。天气雷达的出现为降水预报提供了实时的情报,但是我国目前的天气雷达还只能进行一般常规PPI和RHI的定性观测,观测员的经验等人为因素还起很大的作用,因而误差较大。因此在天气雷达装备上需要解决从定性向定量探测的转化,也就是要求天气雷达能对一定时空范围内的降水强度和降水总量作出实时准确的估计。雷达回波数据处理机就是在这种情况下提出来的。国外从六十年代起就着手进行这方面的研究工作并收到了显著的效果,有些雷达站已配备不同型式的数字化处理系统     

雷达-雨量计-粒子激光探测仪联合估算降水量

为了提高区域降水量观测的空间分辨率, 提出了雷达-雨量计-粒子激光探测仪联合校准法。首先, 利用粒子激光探测仪观测到的滴谱资料建立实时的Z-I关系, 然后, 利用变分法对同时有雷达回波和雨量计资料的点的实测校准因子进行校准, 获得最优校准因子分析场, 最后, 对有雨量计的点取雨量计实际观测值, 没有雨量计的点利用最优校准因子分析场估算降水。利用此方法对辽宁省2007年5月15日一次天气过程进行降水量估算, 结果表明: 雷达-雨量计-粒子激光探测仪联合校准法结合了雨量站观测资料单点精度高和雷达资料时空分辨率高的优点, 提高了降水量的估算精度, 更好地反映了降水的空间分布。     

遥感、遥测信息在短时预报中的综合分析及应用

利用卫星、雷达、闪电定位、自动雨量计等遥感、遥测设备获取的多种信息,对低纬高原地区所发生的强对流天气系统进行综合分析,着重讨论多普勒天气雷达、闪电定位仪和自动遥测雨量计等先进探测工具,在短时预报中的作用。分析表明:因多普勒雷达具有很强的探测能力,对其所获取的对流天气中的径向速度、回波强度和回波顶高进行仔细分析,可在短时降水和冰雹预报中取得较好效果;闪电定位仪可对整个低纬高原及周边地区的中小尺度风暴系统活动实施全天候监测,是短时强对流预报的有效工具;自动遥测雨量计可与多普勒天气雷达相配合提高对短时降水的监测预警能力;卫星云图与多普勒雷达、闪电定位仪和自动雨量计等遥感、遥测手段结合应用,可提高对低纬高原地区中小尺度风暴系统发生发展天气背景场的监测预警和短时预报能力。     

遥感、遥测信息在短时预报中的综合分析及应用

利用卫星、雷达、闪电定位、自动雨量计等遥感、遥测设备获取的多种信息,对低纬高原地区所发生的强对流天气系统进行综合分析,着重讨论多普勒天气雷达、闪电定位仪和自动遥测雨量计等先进探测工具,在短时预报中的作用。分析表明：因多普勒雷达具有很强的探测能力,对其所获取的对流天气中的径向速度、回波强度和回波顶高进行仔细分析,可在短时降水和冰雹预报中取得较好效果;闪电定位仪可对整个低纬高原及周边地区的中小尺度风暴系统活动实施全天候监测,是短时强对流预报的有效工具;自动遥测雨量计可与多普勒天气雷达相配合提高对短时降水的监测预警能力;卫星云图与多普勒雷达、闪电定位仪和自动雨量计等遥感、遥测手段结合应用,可提高对低纬高原地区中小尺度风暴系统发生发展天气背景场的监测预警和短时预报能力。     

校准雨量计密度对雷达联合雨量计估测流域平均面雨量的影响

使用加密雨量计网资料联合合肥新一代多普勒天雷达资料,通过5个个例对2003年佛子岭和响洪殿子流域内6月下旬至7月中旬的3次典型梅雨期层积混合云降水过程,进行了校准雨量计密度对雷达联合雨量计估测流域平均面雨量的影响研究。文中采用Z=300I~(1.4)和Z=200I~(1.6)两种关系式进行雷达降水估测,以各流域内布设12部雨量计距离平方反比法得到的平均面雨量作为真值,使用的校准雨量计数量逐渐从12部减少至1部,对雷达联合雨量计网以及单独使用雨量计网进行降水估算,并对结果进行了分析。结果表明:相比于作为真值的12部雨量计平均面雨量序列,两流域内未经校准的雷达估测累积平均面雨量均存在20%—50%的低估,使用不同的Z-I关系时,只是低估的程度有所变化;整体上用于校准的雨量计数量越多,校准效果越好,随着校准雨量计数量的增加,均方根误差值逐渐减小,并趋于稳定,同真值序列的相关性逐渐增强;雨量计数量一定时,校准雨量的结果优于单独使用相同雨量计估算的雨量结果;单部雨量计校准时,受雨量计在流域内的分布和相对于雨区的位置等影响,结果随着校准雨量计的不同而变化;文中研究的两流域内,当校准雨量计的数量大于等于2部时,均方根误差稳定,同真值的相关性较高,对应的雨量计密度在佛子岭流域为每900km~2布设1部,响洪殿流域为每700 k~2布设1部。     

风廓线雷达回波信号强度定标方法

风廓线雷达返回信号功率定标通常通过返回信号信噪比和系统噪声功率的估算得到。该方法存在着噪声电平的确定、外部噪声等不确定性因素,影响了定标的精度。采用信号源分别对接收机和信号处理器进行定量测试,进而对雷达系统进行定标,是另一种可行的办法,该文利用这种方法对CFL-03风廓线雷达进行了定标,并利用该雷达在东莞2009年7月和8月探测资料与广州S波段天气雷达和地面雨量计资料进行比较。结果表明:用该定标方法得到的回波强度与天气雷达回波强度和地面雨量计资料估算的回波强度基本一致,平均标准差在1 dB左右,表明这种定标方法是可行的。     

新一代天气雷达定量降水估测集成系统

降水的定量测量是天气雷达的重要应用之一,新一代天气雷达定量降水估测集成系统(QPEGS)是一套基于新一代天气雷达的雷达雨量计联合估测降水软件,利用多种雨量计校准雷达降水的方法,生成1小时降水分布。其产品的时间分辨率达10分钟,空间分辨率1 km×1 km,适合省市级业务台站使用。过去3年的数据评估表明:校准雨量计数量和估测精度有明显正相关,校准雨量计数越多,降水估测精度越高,2003年的小时降水估测误差约40%,过程降水量的估测误差小于20%;雨量计密度保持不变的情况下,降水时段越长,降水区域越大,降水估测的精度也越高。     

雷达与雨量计联合估测降水的相关性分析

在对比分析质量控制前后雷达估测降水量与自动雨量计降水量之间相关性的基础上,采用雷达-雨量计联合校准方法,对14种不同密度雨量计校准雷达估测降水的效果进行分析。结果表明:在使用雷达资料和雨量计资料前有必要对资料的质量进行分析与控制。联合雨量计校准雷达能明显提高雷达对降水的估测能力;采用不同密度雨量计校准雷达,随着校准雨量计密度的加大,雷达估测降水的精度不断提高并趋于稳定。校准雷达的效果及所需雨量计密度与降水类型有关,当校准效果相同时,积云强降水过程需要的雨量计密度最大,积混对流性降水过程次之,层云稳定性降水过程需要的雨量计密度最小。不同方法的校准效果不同,卡尔曼滤波方法适合于对稳定性降水的校准,或在雨量计密度低的地区对雷达进行校准;变分校准法和最优插值法的校准效果相当,适合对积混对流性降水的校准,或在雨量计密度高的地区对雷达进行校准。     

利用雷达资料对自动雨量计实时质量控制的方法研究

自动雨量计资料是对降水的直接测量,在流域面雨量计算、气候研究、气象服务等方面具有重要意义。但是,由于风力、蒸发、灌溉、校准、漏斗堵塞、机械故障、信号传输等原因往往造成其存在不同类型的系统误差和随机误差, 自动雨量计数据在定量使用前需要进行质量控制。目前,天气雷达以其高时空分辨率的优势已经成为监测降水的重要手段,本文首先采用两步校准法改善雷达估测降水,然后对雷达—雨量计对之间的差异进行统计学的分析,确定自动雨量计质量控制的一些标准,从而对雨量计进行质量控制。最后用两个降水过程对自动雨量计质量控制的结果进行了检验,结果表明:两步校准法改善了雷达估测降水的系统性偏差,并减小了雨量计站点上的相对误差;可以利用雷达估测降水实现对自动雨量计的实时质量控制,就整个数据集而言,约0.1%的数据被怀疑为误判,误判的自动雨量计主要位于雨带的边缘。但该质量控制算法同时也存在一定的局限性:在雨带的边缘或没有天气雷达覆盖的区域,以及雷达资料存在数据质量问题的情况下,往往会造成对雨量计的误判。     

双多普勒天气雷达联合探测大气风场技术进展

本文详细总结了目前国内外关于双多普勒天气雷达联合探测大气风场的技术和发展动态，阐述了双多普勒天气雷达联合探测大气风场技术方法的发展进程和几种探测方法的优缺点。从中可以了解到目前双多普勒天气雷达联合探测大气风场的最新技术——综合和连续调整技术。     

用CAPPI和PPI资料测定区域降水量精度比较

应用上海中心气象台７１４数字化天气雷达的体积扫描资料所得的不同高度上的ＣＡＰＰＩ资料和低仰角时ＰＰＩ资料。估算区域降水量并得到降水量分布形势。然后采用平均校准法进行了校准，最后又与用雨量计网测量的区域降水量及其分布形势作了比较，得到一些有意义的结果。     

新疆库尔勒-尉犁地区一次冰雹天气过程分析

利用常规气象探测资料和卫星雷达产品,结合库尔勒及其临近区域高密度自动气象站网资料,对2006年5月3日发生在库尔勒—尉犁地区的冰雹天气过程环流背景和雷达回波特征进行初步的分析,为冰雹天气的短时预报、雷达监测和防雹减灾提供了一些参考依据。     

多平台(雷达、卫星、雨量计)降水信息的融合技术初探

为提高卫星降水估计的精度,利用CMORPH资料和雨量计资料,基于最优插值法OI(Optimum Interpolation)有效合成,得到0.125°×0.125°降水分析产品;基于广东省境内5部新一代多普勒天气雷达(CINRAD/SA)的降水估计拼接产品,即0.01°×0.01°降水分析产品.为进一步扩展降水的探测范围,将以上两种不同分辨率产品进行区域定量协调,并以各自均方根误差平方的倒数作为权重系数将两者融合.误差分析表明,前期雨量计订正的CMORPH能有效减小系统偏差;交叉检验表明,CMORPH融合了雨量计资料后,比单纯OI雨量计的效果要好.两种不同分辨率产品有明显的区域差异特征;获取的一套降水产品既能体现雷达资料的优势,又能体现CMORPH融合雨量计的优势,在降水估测精度和扩大降水估测范围上都有了较好改观,能够反映不同尺度平台的降水信息.     

双雷达资料共面投影程序设计与显示

大面积降水分布的定量测量一直是气象和水文探测中的重要课题。长期以来，气象和水文部门都是依靠雨量计网测定区域降水量。当降水分布比较均匀时，这种方法能保证一定的精度。但是，暴雨等强对流天气降水局地性很强，这时利用常规的雨量计网不能准确测定区域降     

基于CINRAD-SA双偏振雷达新型定量降水估测方法研究

杭州下沙S波段天气雷达在双偏振升级的基础上增加了精细化探测技术,为了进一步提高雷达定量降水估测精度,本文参考小时雨量计订正雷达估测降水算法模型,建立了一种基于分钟级雨量计数据的实时定量降雨估测雨强订正方法(简称QPE-ADJUST法),利用雨量计资料对雷达的QPE数据逐体扫实时订正,累计完成1 h、3 h降水估测产品,提高了雷达降水估测精度。通过对雷达产品及自动站数据资料的评估,分别从降水估测算法、雷达分辨率影响及体扫周期速度影响3方面对QPE-ADJUST法的估测降水效果进行了统计分析。结果表明:QPE-ADJUST法在雷达高分辨率、快体扫周期的情况下均比其他算法更好地表现出降水时空分布特征,并将雷达小时定量降水估测的误差从50%降低至20%左右,有很高的估测精度和稳定性,具有业务应用价值。