不同雨型的Z—I关系及几种误差讨论

本文根据湖南、安徽两地共437张雨滴谱资料做了以下几项工作: 1.分别按不同雨型、不同反射因子Z和雨强I值统计了它们的Z—I关系,结果表明按雨型统计的Z—I关系最合理。2.不同雨型的Z—I关系有显著性差异,不能互相代用。3.湖南、安徽两地对流性降水的Z—I关系无显著性差异,从而得到两地对流性降水中统一的Z—I关系式。4.分别对(1)不同雨型、不同地点或不同时间降雨的Z—I关系的性质;(2)雨滴谱取样间隔对统计Z—I关系的影响;(3)雷达上不同读数(或开机)时间间隔造成的测量误差进行了讨论。     

梅雨锋暴雨的雨滴谱分析

本文根据1983年6月29—30日梅雨锋暴雨过程的雨滴谱观测资料,分析了这次梅雨锋暴雨的雨滴谱特征,着重分析了雨团内外的雨滴谱特征及其演变情况,并用雷达回波资料进行了解释。此外,还分析了雨强I与雷达反射因子Z等各参量之间的关系。     

最优化法求Z—Ⅰ关系及其在测定降水量中的精度

本文介绍了用最优化原理求取Z—I关系的新方法,并将求得的最优化Z—I关系式应用于雷达探测单点和区域降水量。结果表明:探测降水量精度可以明显提高。经过检验,表明该关系式具有一定代表性。     

用Z和I确定雨滴在静止大气中的多卜勒速度标准差

本文提出了一种使用常规测雨雷达测定的雷达反射因子Z及雨量计测定的雨强I,在一定的假设条件下确定静止大气中降水粒子的多卜勒速度标准差σ_v的方案。用此方案对各类降水的雨滴谱进行了计算,并与在雷莱散射条件下按σ_v定义式计算的结果相比较,其平均相对误差在15—30%以内。     

用雷达反射因子Z和雨强I估算雨滴谱的方法

本文用实测雨滴谱资料分析了层状云和对流云降水中雨滴谱的分布函数,结果表明,它们基本满足指数分布形式,且谱函数参量?和N_0都与我们定义的平均雨强直径D_R有关,它们之间的关系和本文推导的理论公式基本一致。按上述结果,本文提出了用雷达反射因子Z和雨强I估计谱参量?和N_0,从而确定降水过程中雨谱滴的具体指数分布形式。据实测雨滴谱资料计算表明,用此法计算的?计和N_0计分别与实测值?测、N_0测相一致。     

用雷达反射因子Z和衰减系数k确定雨强I的方法

本文根据实测资科,对k和Ⅰ之间关系进行统计分析,发现此关系和Z—Ⅰ关系一样是不稳定的。为克服上述缺陷,在假定雨滴谱满足马歇尔-帕尔默分布的基础上,我们提出了用Z和k这两个信息量来确定雨强I的关系式。实测资料表明,此关系式对不同时间、地点和雨型的降水过程都普遍适用,而且经过文中指出的订正方法订正后,用此关系式计算的雨强比只有一个信息量的k—Ⅰ和Z—Ⅰ关系式计算的精度要高得多。另外,若选取Z、W这两个信息量确定雨强Ⅰ时,精度还可以进一步提     

雪和冰粒的等效雷达反射因子

雷达观测中常常提出这样的问题:如何把雪和冰粒的雷达观测值与这些质粒尺度资料作比较,即根据雷达观测值来估计降雪量.由于天气雷达通常测量的是等效雷达反射因子Z_e,所以任何涉及降水质粒尺度的计算最后都得用Z_e来表示. 一、Z-Z_e关系由于物理因子和公认的常规方法使得上述问题复杂化,所以最好从Z的基本定义着手加以讨论.雨滴的雷达反射因子Z可以用     

不同天气系统宁夏夏季降雨谱分布参量特征的观测研究

利用 1982— 1984年 6～ 9月份在 7个气象站 2 0 0次观测获取的 6 0 5 3份滴谱资料 ,分析了宁夏雨滴谱及有关物理量的特征。宁夏地区夏季降水平均雨滴空间浓度数为 2 85个·m-3 ,平均谱可以描述为N(Di) =2 0 9.2exp(- 2 .6 335Di)。文中给出了不同雨强下的平均谱分布及谱参数的演变和影响降水的 3种环流形势下的平均滴谱特征 ,还分别建立了雷达反射率因子Z与雨强、雨滴落地动能通量和雨水含量之间的相关关系。这些资料可用于雷达定量测定降水和区域降水量、水土保持和生态环境建设     

基于实测雨滴谱数据的微波链路和天气雷达降水估计关系研究

利用南京地区连续两年夏季的实测雨滴谱数据,分析了雨滴谱和降水特征,区分降水类型计算了微波链路衰减系数与雨强的关系(雨衰关系)和雷达反射率因子与雨强(Z-R)的关系,所得关系与ITU-R雨衰模型和常用Z-R关系均有差异,其中对流性降水中的Z-R关系为Z=161.63R~(1.55),层状云降水中为Z=227.23R~(1.53)。在两次不同类型降水过程中利用微波链路和天气雷达反演降水,结果表明:使用ITU-R雨衰关系反演降水存在高估层状云降水、低估对流性降水的问题,使用常用Z-R关系反演降水存在明显低估降水的问题,而使用雨滴谱计算的雨衰关系和Z-R关系反演的降水与雨量计实测降水更加一致,平均绝对误差降低,相关性明显提高。说明使用实测雨滴谱数据计算得到的本地化的雨衰关系和雷达Z-R关系,能够提升定量测量降水的准确性。     

乌鲁木齐两种类型降水的雨滴谱特征

利用乌鲁木齐2018年1—12月雨滴谱仪观测数据,分析了两种类型降水(雨、雨加雪)滴谱的微物理参量,以探究乌鲁木齐不同类型降水的雨滴谱特征,此外,对总粒子数浓度与降水强度(Nt-R)、雷达反射率因子与降水强度(Z-R)等关系也进行了研究。结果表明:(1)两种类型降水的雨滴谱均为单峰分布,粒子数浓度峰值均在低谱段,雨夹雪的滴谱宽度为0.31～7.50 mm,雨的谱宽为0.31～5.50 mm。(2)雨的平均粒子尺度参数(如质量加权平均直径Dm)和降水强度R均略大于雨夹雪,而雨夹雪的平均总粒子数浓度Nt比雨的约大23.7%。(3)文中拟合得到的雨、雨加雪Z-R关系分别为Z=181.7R1.45、Z=205.4R1.27。     

天气雷达参数变化后反射因子(Z)值的订正方法

雷达常数(C)是由天气雷达本身的参数所决定的。雷达使用一段时间以后,有关参数的变化能够使雷达常数产生波动,造成反射因子(Z)值的变化。当发现天气雷达参数有变化后,台站就必须按照公式重新计算、点绘“距离-Z值图”和“回波强度分档图”。这无疑是很麻烦的。本文介绍一种在天气雷达参数发生变化后,对反射因子(Z)值进行订正的简便方法,供天气雷达台站参考。     

雨滴谱资料在雷达面雨量估测中的应用

利用福建省龙岩市单站Parsivel 2雨滴谱仪2015—2016年监测资料,拟合修订本地不同季节的多普勒天气雷达Z/I关系,将修订后的Z/I关系应用于本地雷达降水估算中,以龙岩区域自动站降水资料为检验依据,分析2015—2018年10次降水过程中多普勒天气雷达Z/I关系修订前后对流域面雨量估算精度的变化。结果表明:利用雨滴谱资料进行本地Z/I关系修订后,面雨量估算值较自动站偏小,误差下降了20%,雷达面雨量的估算精度总体提高了50%。     

毕节雷达回波强度与降水强度关系的初步分析

为了分析雷达回波强度与降水的关系，本文根据反射因子和雨强以及雷达气象方程的关系出了雷达回波强度与降水强度的关系式，利用线性回归理论求出了适用于本地的具体表达式。     

西安地区积层混合云的Z-R关系研究

根据2013—2014年5—10月西安地区观测得到的雨滴谱数据,结合C波段新一代多普勒天气雷达的观测资料,对西安地区43次积层混合云降水的平均雨滴谱分布、微物理特征量及雷达反射率因子Z和雨强R的关系进行统计分析。结果表明:积层混合云降水的平均雨滴谱呈单峰型,Gamma分布对降水大粒子的拟合明显优于M-P分布;积层混合云中雨滴数浓度最大值及对雨强贡献最大值均出现在雨滴直径小于1 mm的范围内;利用最小二乘法建立了西安地区积层混合云的Z-R关系Z=168R1.43;当雨滴谱数据计算的回波强度小于(大于)30 dBz,雷达对回波强度有明显高估(低估)现象,针对此现象提出了积层混合云雷达回波的5档修正方案;利用Z=168R1.43估算西安积层混合云降水个例的降雨量更接近实测降雨量,估算降雨量的相对误差从51.3%减小到25.4%。     

南京地区一次强降水超级单体过程的双偏振雷达观测分析北大核心

基于南京信息工程大学C波段双偏振雷达观测数据,结合探空和地面实况资料,对2016年7月7日发生在南京地区的一次强降水超级单体过程进行双偏振雷达变量特征分析。结果表明:(1)当后向传播和多单体合并造成02—03时出现129.2 mm·h^(-1)极端强降水时,最强回波Z H约60 dBZ,差分反射率因子Z DR达5 dB,差分相位常数K DP超过8(°)·km^(-1)。K DP大值区与地面上小时雨强极大值中心存在较好的对应关系。反射率因子Z H、差分反射率因子Z DR、差分相位常数K DP与小时雨强也有显著的正相关。(2)强降水超级单体发展旺盛阶段,垂直运动明显增强,上升气流活跃,冰雹和霰占的比例高,-20°C以上存在深厚的混合相态区,闪电的频次和强度明显增强,分钟雨强增大。相关系数小值区ρHV以及Z DR弧超前于超级单体1个体扫发生,并可以指示超级单体底层上升气流区的位置。Z DR环与相关系数ρHV环对确定中层上升气流的位置具有指示意义。Z DR柱可用于识别主上升气流的位置,K DP柱的位置与地面小时雨强中心存在较好的对应关系。     

雨滴谱的变化对降水估测的影响研究

选取2013年5月20日发生在广东三水的一次飑线过程作为研究对象,首先结合飑线回波带移经三水及其上空雷达回波的时间-高度分布特征将降水过程划分为3个阶段,然后通过计算各时刻的粒子总数密度、中值体积直径和峰值数分析降水过程雨滴谱的变化,再对Z-R关系(Z=aR~b)进行分析,根据雨滴谱实测资料分别统计整体Z—R关系和3个降水阶段的Z—R关系,在此基础上讨论雨滴谱的变化和雷达观测的回波强度对降水估计的影响。结果表明:中值体积直径在对流云降水阶段和层状云降水阶段基本一致,但对流云降水阶段的粒子总数密度远大于层状云降水阶段;对流云降水阶段以双峰型为主,当降水向层状云类型发展时,多峰谱比例增加;雷达观测的回波强度常低于雨滴谱计算的反射率因子,离地面越近两者的相关性越好;根据3个降水阶段分别进行Z—R关系拟合,即分型Z-R关系,通过相对误差分析可知,利用分型Z—R关系反演雨强的效果明显优于整体Z-R关系反演效果,雨滴谱在层化降水阶段估计的相对误差最小、对流云降水阶段反演精度稍低于层状云降水阶段,这与对流云降水中雨强和雨滴谱谱型变化大且快有关;在雷达观测方面,利用分型Z-R关系反演雨强的相对误差较小而雷达观测的误差在对流云降水阶段较小,当降水向层状云降水转化时,雷达观测引起的相对误差增大,这主要是由于对流云降水阶段中雨滴谱仪和雷达对应的回波强度误差最小,也与雷达观测精度、两种仪器采样的时空差异和雨滴谱特征变化等因素有关。     

拉萨夏季一次典型降水过程雨滴谱特征及Z-I关系分析

研究降水滴谱特征和谱分布对了解高原降水的微物理特征、雷达定量估测降水以及科学实施人工增雨作业尤为重要。本文选取2018年7月8—9日拉萨夏季一次典型降水过程，利用DSG5型降水现象仪和地面小时降水资料分析了高原夏季对流云和混合云降水的雨滴谱分布特征及〖WTBX〗Z I〖WTBZ〗关系。结果表明：降水现象仪和翻斗雨量计的降水变化趋势较为一致。对流云降水中2.0~3.0 mm的降水粒子对雨强的贡献最大，混合云降水雨强的主要贡献者是1.0~2.0 mm的粒子；混合云降水阶段的雨滴谱数浓度比对流云大一个量级。对流云和混合云降水的雨强与雨滴的质量加权平均直径和数浓度密切相关。拉萨地区雨滴谱适合〖WTBX〗Γ〖WTBZ〗分布，其拟合谱参数与青藏高原其他地区的差异表明高原地区雨滴谱分布存在时空差异；混合云降水谱参数〖WTBX〗N0、μ〖WTBZ〗和〖WTBX〗λ〖WTBZ〗与雨强的变化趋势相反。混合云降水〖WTBX〗Z I〖WTBZ〗关系的系数和指数均小于对流云降水。应用标准〖WTBX〗Z I〖WTBZ〗关系，对流云降水阶段雷达低估降水强度；混合云降水阶段，当雨强<2.3 mm雷达低估降水，否则雷达高估降水。     

由雨滴谱型订正雷达测量降水的一种方法

人们在用雷达测雨的近半个世纪中,发现单参量雷达测量降水是有限制的。因为反射率因子Z和降水率R至少取决于雨滴谱分布的两个参量,即雨滴谱的谱宽和浓度。它们与不同类型降水物理过程(雨滴大小分选、破碎、蒸发、凝结和碰并)的巨大时空变化以及局地地形特点有密切关系。致使历来用指数分布: N(D)=N_0exp(-D) (1)拟合得到的Z-R经验关系测雨产生较大误差。最近,Ulbrich(1983),Atlas和Ulbrich(1984)对大量雨滴谱观测结果表明:用gamma谱分布比用指数谱分布表征雨滴谱分布要好,使雷达测量降水的精度可提高22％,并且指数谱只是gamma谱的一个特例(μ=0)。他们认为:gamma谱分布参数μ值取-2≤μ≤3可以代表所有降水谱分布的形状。     

宁夏平原不同雨型的Z-Ⅰ关系研究

利用天气雷达定量测量降水,最常用的是雷达反射因子法。通过计算宁夏平原7个站1983年6—9月的4618份地面雨滴谱资料,给出了该地区不同雨型间的Z-I关系,并对在该地区使用这些关系定量测量降水的结果进行了检验,平均相对误差在30％左右。     

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。