业务双偏振雷达网与自动站联合定量降水估测方法及效果分析研究
发布时间：2021-04-12 18:29
随着越来越多的双偏振雷达投入到业务应用中,迫切需要建立一套适合业务运行的双偏振雷达降水估测算法。本文分析了苏州、阳江和那曲三地的雨滴谱（DSD）特征,并基于雨滴谱数据讨论选取最优的降水估测公式拟合方法,拟合得到降水估测公式,并形成了一套考虑冰雹影响的本地化双线偏振雷达降水估测算法,将该算法应用到广东省发生的多次降水过程,评估降水估测结果并分析误差原因。在形成的单部双偏振雷达降水估测算法的基础上,建立联合自动站雨量数据估测降水的算法,同时讨论了自动站密度对于降水估测结果的影响。考虑到双偏振雷达逐步布网的情况,初步讨论建立了业务双偏振雷达组网的算法。主要结论如下:（1）比较苏州、阳江和那曲三个地区的DSD特征,在小粒子端（D<1mm）苏州的数密度最大,而在大粒子端（D>1mm）阳江的数密度最大,根据三地DSD数据模拟得到的偏振雷达参量具有明显的地区差异,意味着降水估测公式也存在地区差异,因此需要结合当地的DSD建立本地化的降水估测公式和算法,其后的试验验证了公式和算法本地化的必要性。在考虑观测数据存在偏差的条件下,基于DSD数据的模拟试验和利用雷达实际观测数据的试验都证明了非线...
【文章来源】：中国气象科学研究院北京市
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
微物理参量（Dm和Nw）和由DSD数据计算的雷达参量（ZH和ZDR）的散点图
此即使利用偏振雷达估测本次降水，也是一个非常大的挑战。为保证三个强降水站点在评估范围内，本次过程选择距雷达 20-120km的区域进行评估，表 4.4 中列出了本次降水过程的降水估测评估结果。其中根据小时雨量分为两部分，一部分是中小降水（小时雨量小于 50mm），另一部分是强降水（大于 50mm）。结果显示算法对于中小降水估测效果较好，NB 接近 0，而对强降水估测效果较差，出现了严重的低估。表 4.4 本次降水过程的评估结果小时雨量 CC RMSE(mm) NE(%) NB(%)全部 0.88 7.94 36.99 7.26<50 mm 0.85 5.72 39.00 0.76>50 mm 0.68 29.96 31.20 30.25图 4.6 表示了降水量最大的 3 个站点的降水估测情况，其中每个柱状条都代表着一个小时观测或估测的降水量，第 1-5 小时分别对应时间段 3:00-4:00、4:00-5:00、5:00-6:00、6:00-7:00 和 7:00-8:00。在这三个站点处可以发现相同的情况：算法对小时雨量小于 50mm的降水估测较好，而严重低估了小时雨量大于 50mm的降水。
DP曲线。比较图4.7a黑色和红色两条ZH-ZDR和ZH-KDP平均线，可以发现对于同样的回波强度，萝岗雨滴谱仪观测到了偏小的 ZDR和稍微偏大的 KDP，这意味着萝岗雨滴谱仪观测到了尺度比较小但密度比较大的雨滴。萝岗雨滴谱仪所在的区域不是强降水区，已经偏离了阳江雨滴谱对应的曲线，那么强降水区即 ZH-ZDR集中分布的区域更是偏离了黑色曲线，从相对位置来看，本次过程降水的平均回波强度更大，但雨滴尺度更小，粒子数密度更大。ZH-ZDR、ZH-KDP分布越接近降水估测公式拟合时采用的雨滴谱分布，降水估测偏差就越小
【参考文献】：
期刊论文
[1]雨滴谱仪网数据在雷达定量降水估测中的应用[J]. 张扬,刘黎平,何建新,文浩. 暴雨灾害. 2016(02)
[2]雨滴谱的变化对降水估测的影响研究[J]. 吴亚昊,刘黎平,周筠珺,杨杰,郑佳锋. 高原气象. 2016(01)
[3]雷达定量估测降水技术在三峡流域面雨量估算中的应用[J]. 陈良华. 长江流域资源与环境. 2012(S1)
[4]不同校准方法检验雷达定量估测降水的效果对比[J]. 东高红,吕江津. 气象与环境学报. 2012(04)
[5]X波段双极化雷达在北京夏季降水估测中的应用[J]. 陈羿辰,刘锦丽,段树,苏德斌,吕达仁. 气候与环境研究. 2012(03)
[6]雷达定量降水估计技术及效果评估[J]. 高晓荣,梁建茵,李春晖. 热带气象学报. 2012(01)
[7]X波段双线极化雷达反射率的衰减订正[J]. 何宇翔,吕达仁,肖辉,雷恒池,刘得民,段树. 大气科学. 2009(05)
[8]漂移克里金方法在雷达和雨量计联合估测降水中的应用[J]. 黄小玉,黄小玉,陈媛,熊毅,陈波,夏正龙,廖玉芳. 气象学报. 2009(02)
[9]基于天气雷达网三维拼图的混合反射率因子生成技术[J]. 肖艳姣,刘黎平,杨洪平. 气象学报. 2008(03)
[10]X波段双偏振多普勒天气雷达降雨估算试验[J]. 马学谦,董万胜,楚荣忠,韦志刚. 高原气象. 2008(02)
博士论文
[1]利用雨滴谱对移动双偏振雷达进行质量控制及降水估测[D]. 吴林林.中国气象科学研究院 2014
[2]基于雷达组网拼图的定量降水估测算法优化及效果评估[D]. 勾亚彬.中国气象科学研究院 2014
本文编号：3133771
【文章来源】：中国气象科学研究院北京市
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
微物理参量（Dm和Nw）和由DSD数据计算的雷达参量（ZH和ZDR）的散点图
此即使利用偏振雷达估测本次降水，也是一个非常大的挑战。为保证三个强降水站点在评估范围内，本次过程选择距雷达 20-120km的区域进行评估，表 4.4 中列出了本次降水过程的降水估测评估结果。其中根据小时雨量分为两部分，一部分是中小降水（小时雨量小于 50mm），另一部分是强降水（大于 50mm）。结果显示算法对于中小降水估测效果较好，NB 接近 0，而对强降水估测效果较差，出现了严重的低估。表 4.4 本次降水过程的评估结果小时雨量 CC RMSE(mm) NE(%) NB(%)全部 0.88 7.94 36.99 7.26<50 mm 0.85 5.72 39.00 0.76>50 mm 0.68 29.96 31.20 30.25图 4.6 表示了降水量最大的 3 个站点的降水估测情况，其中每个柱状条都代表着一个小时观测或估测的降水量，第 1-5 小时分别对应时间段 3:00-4:00、4:00-5:00、5:00-6:00、6:00-7:00 和 7:00-8:00。在这三个站点处可以发现相同的情况：算法对小时雨量小于 50mm的降水估测较好，而严重低估了小时雨量大于 50mm的降水。
DP曲线。比较图4.7a黑色和红色两条ZH-ZDR和ZH-KDP平均线，可以发现对于同样的回波强度，萝岗雨滴谱仪观测到了偏小的 ZDR和稍微偏大的 KDP，这意味着萝岗雨滴谱仪观测到了尺度比较小但密度比较大的雨滴。萝岗雨滴谱仪所在的区域不是强降水区，已经偏离了阳江雨滴谱对应的曲线，那么强降水区即 ZH-ZDR集中分布的区域更是偏离了黑色曲线，从相对位置来看，本次过程降水的平均回波强度更大，但雨滴尺度更小，粒子数密度更大。ZH-ZDR、ZH-KDP分布越接近降水估测公式拟合时采用的雨滴谱分布，降水估测偏差就越小
【参考文献】：
期刊论文
[1]雨滴谱仪网数据在雷达定量降水估测中的应用[J]. 张扬,刘黎平,何建新,文浩. 暴雨灾害. 2016(02)
[2]雨滴谱的变化对降水估测的影响研究[J]. 吴亚昊,刘黎平,周筠珺,杨杰,郑佳锋. 高原气象. 2016(01)
[3]雷达定量估测降水技术在三峡流域面雨量估算中的应用[J]. 陈良华. 长江流域资源与环境. 2012(S1)
[4]不同校准方法检验雷达定量估测降水的效果对比[J]. 东高红,吕江津. 气象与环境学报. 2012(04)
[5]X波段双极化雷达在北京夏季降水估测中的应用[J]. 陈羿辰,刘锦丽,段树,苏德斌,吕达仁. 气候与环境研究. 2012(03)
[6]雷达定量降水估计技术及效果评估[J]. 高晓荣,梁建茵,李春晖. 热带气象学报. 2012(01)
[7]X波段双线极化雷达反射率的衰减订正[J]. 何宇翔,吕达仁,肖辉,雷恒池,刘得民,段树. 大气科学. 2009(05)
[8]漂移克里金方法在雷达和雨量计联合估测降水中的应用[J]. 黄小玉,黄小玉,陈媛,熊毅,陈波,夏正龙,廖玉芳. 气象学报. 2009(02)
[9]基于天气雷达网三维拼图的混合反射率因子生成技术[J]. 肖艳姣,刘黎平,杨洪平. 气象学报. 2008(03)
[10]X波段双偏振多普勒天气雷达降雨估算试验[J]. 马学谦,董万胜,楚荣忠,韦志刚. 高原气象. 2008(02)
博士论文
[1]利用雨滴谱对移动双偏振雷达进行质量控制及降水估测[D]. 吴林林.中国气象科学研究院 2014
[2]基于雷达组网拼图的定量降水估测算法优化及效果评估[D]. 勾亚彬.中国气象科学研究院 2014
本文编号：3133771
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