基于激光雨滴谱仪的C波段天气雷达回波衰减订正方法研究
发布时间：2021-03-29 21:02
通过雷达气象方程推导C波段天气雷达回波衰减率k与雷达反射率因子Z之间的指数关系。联合利用激光雨滴谱仪、雨量计和天气雷达实况数据,反演不同季节、温度和雨滴谱类型条件下k～Z关系的a,b系数。根据不同降水类型选择合适的k～Z关系进行自适应的C波段天雷达回波逐库累积衰减订正。使用2017～2018年内蒙古自治区呼和浩特市C波段天气雷达实况探测数据和土默特左旗、托克托县、和林格尔县以及武川县4站激光雨滴谱仪观测数据深入分析该地区不同降水类型条件下的k～Z关系。选取发生在呼和浩特的一次典型强对流降水过程C波段天气雷达探测数据进行雷达回波衰减订正,并与地面雨量站数据进行误差对比实验分析。实验结果表明:使用所提的衰减订正方法获取的雷达反射率因子值,无论在径向距离方向上还是在垂直高度方向上,其均方根误差远小于传统衰减订正方法。综上所述,基于激光雨滴谱仪的C波段天气雷达回波衰减订正方法总体订正效果优于传统衰减订正方法,该方法可以进一步推广应用到其他地区。
【文章来源】：电子测量技术. 2020,43(14)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
内蒙古呼和浩特地区C波段天气雷达衰减订正流程
表1 新型激光雨滴谱仪分布情况 站名 季节 地理位置 相对于雷达测站径向距离/km 相对于雷达测站方位(以正北为0°) 样本数 土默特左旗 夏 北纬:40.7167东经:111.1667 54.11 237.00 层状云:500 对流云:200 托克托县 夏 北纬:40.2514东经:111.2514 89.47 205.10 层状云:500 对流云:200 和林格尔县 春 北纬:40.3997东经:111.8167 65.47 171.26 层状云:500 对流云:200 武川县 春 北纬:40.8563东经:110.4224 109.00 262.60 层状云:500 对流云:200将两种降水类型的雨滴谱数据代入式(10)计算出的反射率因子值都是21.38 dBZ。但同时刻对应的C波段雷达实测值层状云降水为21.332 dBZ,对流云降水为21.248 dBZ。由此可见,不同降水类型的雨滴谱分布是不同的,对C波段天气雷达回波造成的衰减也是不同的,对流云降水衰减值要大于层状云降水。
选取夏季呼和浩特地区2017年7月5日的一次由低空急流和垂直风切变引起的强对流降水过程,如图4所示,横坐标表示单位体积内雨滴等效直径,纵坐标表示不同雨滴等效直径对应的雨滴个数。图4(a)是北京时间17:08托克托县雨滴谱仪测量的滴谱分布曲线,同时刻的本站点天气现象仪测定的降水类型为对流云降水;图4(b)是北京时间17:34托克托县雨滴谱仪测量的滴谱分布曲线,同时刻的本站点天气现象仪测定的降水类型为对流云降水。从图4(a)可以看出,托克托县强对流降水在此时刻的雨滴谱型类似于图3(b)土默特左旗对流云雨滴谱的多峰值非正态分布。然而,无论是雨滴数浓度还是雨滴等效直径,图4(a)远高于图3(b)。在1～2.5 mm之间的雨滴数最多,雨滴数最大值出现在雨滴等效直径约1.625 mm处,2.7 mm以上的大雨滴数量急剧下降,超过3.5 mm等效直径的超大雨滴数量几乎为0。从图4(b)可以看出,托克托县对流云降水在此时刻的雨滴谱型近似正态分布,雨滴数峰值出现在2.75 mm的雨滴等效直径处,小于2 mm和大于4 mm等效直径的雨滴数量相对较少。对比图4(a)和(b)可以看出,虽然图4(b)对流云雨滴谱的雨滴总数量远低于图4(a),但图4(b)仍保持一定数量的3.5～6 mm超大雨滴,而图4(a)在这个尺寸量级上的雨滴数几乎为0。
【参考文献】：
期刊论文
[1]X波段双偏振天气雷达衰减订正方法及效果检验[J]. 李宗飞,肖辉,冯亮,陈凯华. 气象科技. 2019(05)
[2]天气雷达低噪声放大器的仿真设计[J]. 黄斌,赵玉胜,崔学林,匡昌武,井高飞,高涛. 国外电子测量技术. 2019(03)
[3]雷达工作模式识别的PSO-DPNN方法[J]. 董晓璇,程嗣怡,陈游,赖建萍. 电子测量与仪器学报. 2018(12)
[4]X波段导航雷达海表面流反演的改进NSP算法[J]. 包中华,马狄,田永华,卢建斌. 仪器仪表学报. 2018(07)
[5]雨滴谱参数化及其在降水估计中的应用[J]. 曾庆伟,何宏让,张云,白仕刚,张洪胜. 气象与减灾研究. 2015(04)
[6]网络化多普勒天气雷达反射率因子的衰减订正[J]. 李兆明,陈洪滨,段树,漆加荣,赖悦. 气象科学. 2015(05)
[7]对流性降水雨滴谱特征及其与雷达反射率因子的对比分析[J]. 濮江平,张昊,周晓,张卉慧,王可法. 气象科学. 2012(03)
[8]利用PMS的GBPP-100型雨滴谱仪观测资料确定Z-R关系[J]. 冯雷,陈宝君. 气象科学. 2009(02)
本文编号：3108186
【文章来源】：电子测量技术. 2020,43(14)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
内蒙古呼和浩特地区C波段天气雷达衰减订正流程
表1 新型激光雨滴谱仪分布情况 站名 季节 地理位置 相对于雷达测站径向距离/km 相对于雷达测站方位(以正北为0°) 样本数 土默特左旗 夏 北纬:40.7167东经:111.1667 54.11 237.00 层状云:500 对流云:200 托克托县 夏 北纬:40.2514东经:111.2514 89.47 205.10 层状云:500 对流云:200 和林格尔县 春 北纬:40.3997东经:111.8167 65.47 171.26 层状云:500 对流云:200 武川县 春 北纬:40.8563东经:110.4224 109.00 262.60 层状云:500 对流云:200将两种降水类型的雨滴谱数据代入式(10)计算出的反射率因子值都是21.38 dBZ。但同时刻对应的C波段雷达实测值层状云降水为21.332 dBZ,对流云降水为21.248 dBZ。由此可见,不同降水类型的雨滴谱分布是不同的,对C波段天气雷达回波造成的衰减也是不同的,对流云降水衰减值要大于层状云降水。
选取夏季呼和浩特地区2017年7月5日的一次由低空急流和垂直风切变引起的强对流降水过程,如图4所示,横坐标表示单位体积内雨滴等效直径,纵坐标表示不同雨滴等效直径对应的雨滴个数。图4(a)是北京时间17:08托克托县雨滴谱仪测量的滴谱分布曲线,同时刻的本站点天气现象仪测定的降水类型为对流云降水;图4(b)是北京时间17:34托克托县雨滴谱仪测量的滴谱分布曲线,同时刻的本站点天气现象仪测定的降水类型为对流云降水。从图4(a)可以看出,托克托县强对流降水在此时刻的雨滴谱型类似于图3(b)土默特左旗对流云雨滴谱的多峰值非正态分布。然而,无论是雨滴数浓度还是雨滴等效直径,图4(a)远高于图3(b)。在1～2.5 mm之间的雨滴数最多,雨滴数最大值出现在雨滴等效直径约1.625 mm处,2.7 mm以上的大雨滴数量急剧下降,超过3.5 mm等效直径的超大雨滴数量几乎为0。从图4(b)可以看出,托克托县对流云降水在此时刻的雨滴谱型近似正态分布,雨滴数峰值出现在2.75 mm的雨滴等效直径处,小于2 mm和大于4 mm等效直径的雨滴数量相对较少。对比图4(a)和(b)可以看出,虽然图4(b)对流云雨滴谱的雨滴总数量远低于图4(a),但图4(b)仍保持一定数量的3.5～6 mm超大雨滴,而图4(a)在这个尺寸量级上的雨滴数几乎为0。
【参考文献】：
期刊论文
[1]X波段双偏振天气雷达衰减订正方法及效果检验[J]. 李宗飞,肖辉,冯亮,陈凯华. 气象科技. 2019(05)
[2]天气雷达低噪声放大器的仿真设计[J]. 黄斌,赵玉胜,崔学林,匡昌武,井高飞,高涛. 国外电子测量技术. 2019(03)
[3]雷达工作模式识别的PSO-DPNN方法[J]. 董晓璇,程嗣怡,陈游,赖建萍. 电子测量与仪器学报. 2018(12)
[4]X波段导航雷达海表面流反演的改进NSP算法[J]. 包中华,马狄,田永华,卢建斌. 仪器仪表学报. 2018(07)
[5]雨滴谱参数化及其在降水估计中的应用[J]. 曾庆伟,何宏让,张云,白仕刚,张洪胜. 气象与减灾研究. 2015(04)
[6]网络化多普勒天气雷达反射率因子的衰减订正[J]. 李兆明,陈洪滨,段树,漆加荣,赖悦. 气象科学. 2015(05)
[7]对流性降水雨滴谱特征及其与雷达反射率因子的对比分析[J]. 濮江平,张昊,周晓,张卉慧,王可法. 气象科学. 2012(03)
[8]利用PMS的GBPP-100型雨滴谱仪观测资料确定Z-R关系[J]. 冯雷,陈宝君. 气象科学. 2009(02)
本文编号：3108186
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