C波段双线偏振多普勒雷达资料质量分析

以中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室C波段双线偏振雷达2011年完成升级改造后观测的一次降水过程资料为例,讨论其探测资料质量及其对降水粒子的探测性能,统计分析降水回波的差分反射率因子ZDR、零滞后互相关系数ρHV(0)与信噪比SNR的关系,以及系统初始相位的稳定性,反射率因子ZH分别与差分反射率因子ZDR和差传播相移率KDP资料的一致性。结果表明:差分反射率因子ZDR及零滞后互相关系数ρHV(0)在信噪比小于15 dB时受噪声影响较大,资料变得不可信;距离雷达3 km以内的偏振参量不稳定,资料不可用。系统初始相位在观测过程中相对稳定,无明显波动。利用垂直扫描数据进行系统误差订正后的ZDR资料能较好地反映降水粒子的实际情况,而对差传播相移ΦDP分类处理后拟合的差传播相移率KDP资料也与实际情况相一致。

CINRAD-SA双偏振雷达资料在降水估测中的应用初探

对基于水平反射率ZH和差分传播相移率K_(DP)的降水估测综合法R(C)进行了改进,并对广州S波段双偏振雷达2016年2次飑线和2次台风降水过程的Φ_(DP)使用小波分析进行滤波处理,在此基础上使用变距最小二乘法拟合得到K_(DP)的值。分别使用R(C)和R(Z_H)法对2次飑线和2次台风降水过程进行降水估算,将估算结果和雨量计小时雨量进行了对比,并将两种方法的评估结果进行了对比。结果表明:(1)对于飑线类型降水,R(C)法对5 mm·h^(-1)以上的降水估测精度要好于R(Z_H)法,且降水率越大,R(C)法优势越明显,当降水率≥20 mm·h^(-1)时,两次过程R(C)法比R(Z_H)法的平均相对误差(RE)降低了17. 2%,平均绝对误差(AE)减少了1.89 mm,平均均方根误差(RMSE)减少了1.66 mm;(2)对于台风类型降水,R(C)法对5 mm·h^(-1)以上的降水估测精度也好于R(Z_H)法,当降水率≥20 mm·h^(-1)时,两次过程R(C)法比R(Z_H)法的平均RE降低了33. 19%,平均AE减少了3. 95 mm,平均RMSE减少了4.05 mm;(3)对于飑线和台风两种类型降水R(C)法都明显改善了降水率较大时的R(Z_H)法低估问题,但R(C)法在降水率>10 mm·h^(-1)时也存在低估,可能是由雨滴谱资料观测误差导致拟合的系数偏小或雷达硬件造成的观测偏差等造成的。

影响双线偏振雷达相位探测精度的分析

从理论公式出发,讨论了不同谱宽、相关系数、雷达波长等参数对差传播相移ΦDP的探测精度δ的影响,并根据实际的雷达探测资料进行了验证和分析。结果表明,在其他参数不变的条件下,δ随着样本对数M的增加而减小,M较小时,减小的幅度很大,随着M的增大,减小的幅度逐渐变小;δ随着谱宽的增大而增大,只有在σV=1m.s-1时除外;δ随着|ρHV|越大而减小;S和C波段的雷达探测的δ要明显小于X波段。对CPDRW实测的一次强降水过程的探测资料分析结果表明,实际的观测中很难满足δ<1°的探测精度要求,还需要对原始探测资料进行预处理。就本个例而言,当平均区间为3km时,对所有降水回波的观测都能满足δ要求,其研究结果可为今后双线偏振雷达应用提供参考依据。

双线偏振多普勒雷达资料质量分析

以中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室的车载C波段双线偏振多普勒雷达(CPDRW)2011年完成升级改造后观测的一次大范围层状云降水过程资料为例,讨论了该设备改造后探测资料质量的改进情况及其对降水粒子的探测性能,同时利用模糊逻辑法结合地物的常规特性和偏振特性,建立了一种运用双线偏振雷达观测资料识别地物及地物与降水混合回波的方法,并利用该雷达的观测资料对识别结果进行了分析检验,最后统计分析了降水回波的差分反射率因子(Z_(DR))、零滞后互相关系数(ρ_(HV)(0))与信噪比的关系,以及系统初始相位的稳定性及降水资料的一致性。分析结果表明,在常规参量的基础上添加偏振参量并采用模糊逻辑法构建的综合识别模式和常规识别模式都能较好地识别地物,但综合识别模式明显改善了常规识别模式0速度区过度识别的问题,且在地物与降水回波混合的情况下叠加混合回波识别模式具有更加明显的优势。雷达改造前,Z_(DR)及ρ_(HV)(0)在信噪比小于25 dB时受噪声影响很大,测量值存在较大误差,资料变得不可信;通过这次的升级改造,其信噪比探测阈值由25 dB降低到15 dB。系统初始相位比改造前更加稳定,随仰角和时间的波动性更小。利用垂直扫描数据进行系统误差订正后的Z_(DR)资料能较好地反映降水粒子的实际情况,Z_(DR)随信噪比的变化较之改造前更加平稳,而对差传播相移Φ_(DP)进行分类处理后拟合的差传播相移率K_(DP)资料也与实际情况一致。

C波段偏振雷达数据预处理及在降水估计中的应用

利用移动式C波段双线偏振雷达(PCDJ)观测资料,对安徽定远2013年6—7月3次降水过程进行数据处理方法和降水估计效果的分析,提出了优化的C波段双偏振雷达数据处理方案,在优化的R(Z_H)关系条件下,分析了降水估测的效果。对比分析中值滤波和小波分析方法对差传播相移Φ_(DP)数据处理的效果,发现小波分析方法对Φ_(DP)数据处理具有明显的改善作用;采用变距离法对小波分析处理后的Φ_(DP)数据进行拟合得到的K_(DP),数据的连续性和平滑度较好,且应用于降水估计的精度更高;利用较好的数据处理方法(小波分析)拟合得到的K_(DP)对水平反射率因子Z_H进行雨区衰减校正;以及利用SA雷达与PCDJ雷达衰减校正后的数据进行对比观测,表明PCDJ雷达回波强度比SA雷达偏弱。对两部雷达进行定量降水估计,并与地面雨量计小时降水量资料进行对比分析,结果表明:当降水强度>5 mm·h^(-1)时,PCDJ雷达利用R(Z_H,K_(DP))关系估测降水的精度比R(Z_H)关系高,当降水强度<5 mm·h^(-1)时,则相反;SA雷达与PCDJ雷达均基于反射率因子估测降水,SA雷达的效果更好;但在降水强度>5 mm·h^(-1)时,PCDJ雷达基于R(Z_H,K_(DP))关系估测降水较SA雷达基于R(Z)关系方法具有更明显的优势。

双线偏振多普勒雷达估算降水方法的比较研究

用美国KOUN双线偏振多普勒雷达2003年5～6月观测的两次强对流降水的天气过程资料,研究了从冰雹云降水回波中剔除冰雹回波得到液态降水区域的方法,冰雹回波剔除的结果保证了估测降水量不受冰雹的影响;分析了S波段双线偏振多普勒雷达几种估测降水强度方法的差异,并与地面雨量站资料进行对比,研究了KDP计算方法本身对降水估测的影响。结果表明:在实际的估测降水中,不同降水估测方法得到的结果有较大的差异,利用KDP估测降水的方法不适合小雨阶段的测量。

双线偏振多普勒雷达测量精度的理论分析

双线偏振雷达的主要任务之一是定量测量降水 ,反射率因子ZH、差反射率因子ZDR、差相移率常数KDP都可以用来反演降雨强度 ,而KDP的测量误差大小是影响反演降雨强度效果的关键。本文从理论公式出发 ,计算和分析了不同方位平均、距离平均、不同谱宽σV等因素对差传播相移ΦDP测量精度的影响。理论计算结果表明 :ΦDP的测量误差随着样本对数M、距离平均区间的增大而减小 ,随σV 的增大而增大 (σV=1m/s时例外 ) ,此外 ,还总结了 3种由ΦDP计算KDP的方法 ,并对这 3种方法的测量误差进行了比较 ,发现方法二的测量误差很大 ,方法一和方法三在一定的条件下都能使KDP测量精度达到 0 .1°/km。

双偏振多普勒雷达测量参数K_(DP)的估算分析

利用双线偏振雷达可以明显提高雷达估测降水和识别降水粒子相态的能力,而对其测量值的准确估算是其中的一个关键问题。分析了ΦDP参数特性,讨论了利用ΦDP估算KDP的方法,并利用实际的雷达探测数据进行了检验,结果表明该方法可以比较有效地消除C波段双偏振雷达探测数据中的后向散射差分相位δ的影响,估算得到的KDP值分布与回波强度值的分布比较吻合,能够比较合理地反映降水粒子的分布特征。其研究结果可供今后双线偏振雷达应用提供参考依据。