基于数字高程模型和反射率因子垂直廓线的天气雷达波束遮挡订正算法

天气雷达在部署时如果周围存在山体,雷达波束将会在山体附近受到部分遮挡甚至是完全遮挡,会对雷达探测范围和雷达数据的准确性产生较大影响。为解决波束遮挡问题,使用北京地区的SRTM数字高程数据,模拟位于北京房山的X波段双偏振雷达的波束遮挡情况,计算雷达体扫各层的波束遮挡率并与雷达反射率图片进行对比以验证其可行性。依据波束遮挡率,选取根据非遮挡区域的反射率因子计算的平均垂直廓线对雷达的部分波束遮挡区域的反射率因子进行订正,并通过定量分析对平均垂直廓线法进行订正效果分析。结果表明:数字高程模型模拟的波束遮挡率能较好地代表雷达的波束遮挡情况,平均垂直廓线法能够较好地订正天气雷达的波束阻挡区域的反射率,但其订正效果容易受到生成廓线区域选择的影响。

利用雷达反射率因子垂直廓线改进复杂地形下的台风降水估测精度

文章发展了一种利用雷达垂直反射率因子廓线改进复杂地形下台风降雨的雷达定量估测方法。该方法通过全局与区域最优拟合的垂直反射率因子廓线(VPR)获取近地面的最优反射率,并获取最优的动态Z-R关系。该方法充分考虑了复杂地形下的垂直降雨结构特征以及地形增雨增幅影响,因此有效弥补了雷达在复杂地形下VPR监测不完整问题。利用浙江地区三个典型登陆台风对方法进行检验,结果表明,反演的VPR能够较好地反映洋面、平原与山区的低层反射率因子结构差异,符合实际降水系统低层结构特征。相比传统的定量降水估计方法.改进算法较好地解决了复杂地形区域的强降水低估问题,其估测的小时降水与地面检验的雨量站观测相关系数达到0.85~0.94,降水累积估测误差减少约50%。

多普勒雷达实时反射率因子垂直廓线观测研究

使用2002年6～7月长江中游地区宜昌S波段多普勒雷达在两次大范围混合性强降水过程中部分时段体积扫描强度数据以及周边100km范围内的7个雨量计整理成10min记录一次的雨量资料,分析了实时雷达反射率因子垂直廓线的特征.研究表明:反射率因子垂直廓线可反映出所选区域上空零度层亮带高度位置、回波的垂直变化规律等信息,以此分析降水的类型、云中粒子的发展变化;从雷达连续体扫得到的中、低仰角对应高度上的实时反射率因子垂直廓线的变化规律、PPI图像上对应雨量站点上空的回波变化情况及10min记录一次的地面雨量的变化趋势对比来看,发现三者能很好地统一起来,可用来较细致地分析降水云体的变化,有利于在无地面雨量计的地区分析降水量的大小、确定降水类型、估测降水的发展;对无亮带、反射率因子值较大而且越低仰角值越大的反射率因子垂直廓线的区域,对应地面上常有对流性强降水出现.

用反射率因子垂直廓线联合雨量计校准估测夏季区域强降水

提出了一种使用平均雷达反射率因子垂直廓线(VPR)联合雨量计校准估测地面降水的方法。选用2002年、2003年夏季长江中下游地区的宜昌和合肥新一代S波段多普勒雷达在几次大范围强降水过程中的部分时段体积扫描强度数据和周边100 km范围内整理成10 min一次的雨量资料,计算了区域上空短时平均VPR在地面的可能反射率因子值,并用此值反演降水,计算相对误差。同时,还分析了超短时强降水地区实时VPR的特征。结果表明:用最小二乘曲线拟合VPR数值,并联合雨量计平均校准因子估测降水,在大部分区域比较合理。与实测的降水比较可以看到,这种方法对提高估测区域性降水的精度都有效果;对于强对流性降水区域,只须用拟合法得到的地面反射率因子值估测地面降水。通过分析超短时强降水对应区域的实时VPR特征,有利于在无地面雨量计的地区通过分析VPR的特征来估测降水量的大小,结合其他要素分析降水的发展变化。

利用反射率因子垂直廓线填补雷达波束遮挡区的方法研究

新一代天气雷达很多位于地形复杂的山区,地形遮挡形成观测盲区,严重影响了新一代天气雷达数据的应用效果。利用基于高分辨率地形数据计算的波束遮挡信息,依据反射率因子垂直廓线,由高仰角无遮挡的反射率因子观测数据得到低仰角完全遮挡区的数据。以杭州雷达为例,通过直接对比反射率因子值和对比填补前后雷达估算降水效果两种途径检验了填补效果,结果表明:填补与观测"真值"有很好的一致性,填补后降水估算效果优于填补前。本文提出一种填补低仰角完全遮挡区的方法,适用于均匀性降水系统。

雷达反射率因子数据中的亮带自动识别和抑制

为了减轻雷达反射率因子数据中的亮带污染对雷达降水估计的影响,一种基于新一代天气雷达体扫资料自动识别零度层亮带平均高度、厚度和区域以及对亮带进行抑制的算法被提出。该算法首先利用近距离分层平均方法建立视反射率因子垂直廓线,然后基于亮带VPR曲线在融化层高度的显著弯曲特征来识别和抑制亮带。比较该方法识别的零度层亮带的平均高度和实测0℃等温层高度表明,前者比后者平均低0.5km。亮带的厚度大多在1～1.25km。亮带区域识别算法能合理地识别亮带反射率因子高值区,用经过亮带抑制后的体扫资料得到的组合反射率因子和反射率因子垂直剖面上的高值区被抑制掉,用经过抑制后的亮带区的所有反射率因子库建立的平均VPR在融化层高度的显著弯曲消失。通过亮带抑制后的雷达体扫资料将用于雷达降水估计。

利用雷达回波垂直廓线估测地物阻挡区域层状云降水的技术研究

将雷达50 km探测半径的可视范围分为4个区域,分别获取平均反射率因子垂直廓线,确定与对应区域的雨量计匹配最佳的平均反射率因子廓线上的Z值;同时获取雷达波束被阻挡地区各雨量计高空平均反射率因子垂直廓线,并寻找该廓线与可视区域内的平均反射率因子垂直廓线相关性最好的廓线,以及被阻挡区域的Z值对应的最佳匹配高度上的Z值,对其进行降水估计。采用安徽合肥雷达站和雨量计站点资料进行试验,并进行误差分析,结果表明:利用最佳匹配方法得出的平均反射率因子垂直廓线上的Z值对雷达波束被阻挡区域的降水估计效果有一定改进。

回波强度垂直廓线与雷达定量估测降水的关系

为了分析不同高度回波强度与地面降水的关系,提高雷达定量估测降水的能力,本文对石家庄2006~2008年5~9月共77次降水过程的反射率因子垂直廓线（VPR）进行了统计分析。对比降水实况和VPR发现,各个高度层的反射率因子波峰（谷）同降水波峰（谷）相一致,而且降水强度越大,反射率因子核心高度越低。同时,还比较了距离雷达站不同的水平距离和不同海拔高度的反射率因子特征,发现海拔高度对5 mm/h以下降水率和垂直高度在4 km以下各层的反射率因子会造成一定的影响,而对强降水和高层反射率因子影响较小。另外,零度层亮带在VPR上表现出反射率因子增大的特征,影响降水估测效果。为了消除零度层亮带的影响,选取1.5~3.5 km为估测降水的最佳高度范围,各站具体选取高度则取决于其距雷达站的水平距离和海拔高度。

风暴生命史雷达特征量反演

从风暴演变各阶段物理特征出发,基于多普勒雷达观测的三维反射率因子,定义物理量——单体重力势能。结果表明:单体重力势能是一个能够简洁、客观描述风暴单体整体强度的物理量;利用该物理量可描述单体生命史为发展和减弱两个基本过程;单体重力势能大小有助于辨别风暴类型和强度。同时,生成和分析了风暴单体演变各阶段的反射率因子垂直廓线,分析表明:在30～150km的雷达观测范围内,风暴单体的反射率因子垂直廓线(降水廓线)及其随时间的变化能较好地揭示风暴的垂直结构和生命史演变特征,但没有用重力势能那样简洁。

CINRAD-SA/SB零度层亮带识别方法

该文提出一种使用S波段多普勒天气雷达回波三维特征和反射率因子垂直廓线(vertical profile of reflectivity,VPR)来自动识别零度层亮带的方法(简称3DVPR-BBID),并利用2003年6月22日—7月11日和2007年7月合肥雷达资料、2008年6月广州雷达资料以及相应的探空资料,同仅使用VPR识别零度层亮带的方法(简称VPR-BBID)进行比较。结果表明:VPR-BBID和3DVPR-BBID在大部分情况下能够有效识别零度层亮带的存在,而且3DVPR-BBID能够减少VPR-BBID产生的误识别。在同探空资料观测的零度层高度的比较中,两种方法确定的零度层高度同实况比较接近,进一步分析表明:3DVPR-BBID确定的零度层高度比VPR-BBID确定的更接近观测值。

西藏林芝地区零度层亮带识别

西藏林芝地区地形复杂,雷达站周边群山环绕,导致了严重的雷达回波遮挡。林芝的新一代天气雷达是国内遮挡最严重的站点之一。在林芝CINRAD/CD雷达数据遮挡严重的情况下,结合该雷达的遮挡情况,通过计算某一高度所有无遮挡区方位的平均反射率因子获取垂直廓线的方法,得到零度层亮带的底高、顶高和峰值高度。为了交叉验证,提取同时刻的Ka波段全固态测云雷达数据,使用分级逐库订正法进行衰减订正,然后识别亮带所在位置并计算亮带参数。最后,将两部雷达的识别结果与最临近时刻探空数据的0℃层高度进行对比分析。结果表明:两部雷达都能有效识别亮带所在位置,且与其他低海拔地区相比,林芝地区的零度层亮带高度更接近于零度层高度,且其厚度较小。