雷达测雨及其在水文水资源中的应用研究进展

在回顾国内外雷达网建设和在水文水资源学中发挥重要作用的基础上,着重对国内外的雷达降水的估测算法、雷达临近降水预报和雷达测雨信息在水文模型中的应用研究进行了探讨和分析,并就未来雷达技术应用于水文水资源学的研究进行了展望。     

立体雷达方法在星载测雨雷达上的应用

星载测雨雷达的应用,必须满足一些主要条件：高的空间分辨率、宽阔的覆盖范围、大的动态降雨测量范围以及精确的点测量等。由于技术条件的限制,满足这些条件的雷达工作在被雨衰减的频率段,因此必须修正由于衰减所导致的误差。立体雷达方法利用雷达从两个不同角度对雨团的观测来进行衰减效应的订正并实现整个观察区域的雷达反射率因子和比衰减因子场的反演。通过数值实验研究了星载特性的引入造成的不均匀性束内填充效应对立体雷达方法的影响     

TRMM卫星测雨雷达及其应用研究综述

热带降水测量卫星测雨雷达（TRMM－PR）是第一部星载测雨雷达。卫星于1997年11月28日成功发射，其测雨雷达经过在轨测试定标之后，已向地面发回大量的雷达观测信息。本文主要根据1999年7月如开的第29届雷达气象国际会议的文集和作者所看到的其它文献资料，简要介绍该卫星、星载测雨雷达及其测信息处理和应用的一些研究成果。     

基于测雨雷达资料的青藏高原东坡夏季降水的分析

本文基于2000～2014年共计15年夏季（6～8月）的TRMM卫星PR（测雨雷达）探测结果2A25资料,对高原东坡及临近区域降水的水平、垂直分布特征,以及日变化特征进行了分析,结果揭示了高原对降水的影响。由降水样本数占PR总观测样本数的比例可知,降水频次表现为高原低、东部盆地高的特点,平均降水强度也类似。层云降水频次高于对流降水,但平均降水率低于对流降水。降水的垂直分布表明,下垫面高度超过3km时,降水率廓线峰值出现在5～6km,而其它地区峰值出现在3～4km高度。该区域的降水以夜雨为主;高原上的对流类型降水主要发生在白天,盆地和丘陵地区降水主要发生在夜间。     

热带测雨卫星测雨雷达探测的亚洲夏季积雨云云砧

热带测雨卫星(TRMM)测雨雷达探测产品资料中"其他"类型降水一直被忽略,它具有什么物理含义也无从知晓。文中利用个例分析和统计分析方法,对10年夏季亚洲"其他"类型降水进行了研究。个例分析结果表明"其他"类型降水的平均廓线表现了积雨云云砧特征,其廓线峰值(约0.6—1.0 mm/h)高度位于8—10 km,且云砧顶部具有0.8以上的可见光平均反射率和低于215 K远红外平均亮温;根据个例中积雨云云砧廓线特点,文中定义5 km以上各层累计降水率大于1 mm/h为云砧廓线,对亚洲夏季积雨云云砧样本进行了统计,结果表明该地区夏季云砧样本占"其他"类型降水样本总数的近70%;统计结果还表明夏季亚洲积雨云云砧出现频次为0.1%—0.4%,它至少超过对流降水频次的十分之一,亚洲云砧出现频次的特点是陆面高于洋面;云砧的结构特点表明云砧平均厚度3—4 km,其底部高度约6 km,顶部高度在10—12 km;云砧的平均可见光反射率在0.8—0.9,远红外平均亮温低于220 K。     

卡尔曼滤波法在西峰雷达估测降水中的应用

应用卡尔曼滤波校准法,利用地面自动雨量计的降水量值,对庆阳市2007年7月和9月2次降水过程中的2个雨量较明显时段的雷达估测值进行了校准分析,并与雨量计测量的雨量值进行了误差比较分析。结果显示：混合降水过程的校准效果要优于均匀降水过程。校准后,混合降水过程的相对误差从166.4%下降到了7.6%,均匀降水过程的相对误差从284.3%下降到了56.9%。由此可以看出卡尔曼滤波校准法能有效消除雷达估测降水过程中的各种随机噪声,并能提高雷达定量估算区域降水量的精度,同时还较好地保留了雷达探测降水的精细结构。     

双线偏振雷达测雨公式的对比分析

以滴谱理论为基础,用模拟雨滴谱分布的方法,讨论了雨滴主普变化以及降水强度变化对双线偏振雷达测雨式的影响,分析了双线偏振雷达测雨式优于普通雷达的原因,进而对回归所得双线偏振雷达各测雨式的测雨精度进行了对比分析,提出子双线偏振雷达各测雨式中的最佳测雨式。     

星载测雨雷达探测的夏季亚洲对流与层云降水雨顶高度气候特征

利用热带测雨卫星测雨雷达的10年探测结果,对夏季亚洲对流降水与层云降水雨顶高度分布、雨顶高度与地表降水强度的关系、雨顶高度日变化特征进行了研究。结果表明,青藏高原和中国东部平原的多数(70%以上)对流降水雨顶高度分布在8—12和5—10km,其他地区分布在5—9km;陆面对流降水雨顶平均高度高于洋面。洋面和陆面层云降水雨顶高度没有明显差异,多在5—8km。夏季亚洲浅对流降水比例少,而深厚对流主要出现在中国东部平原、西南、印度次大陆西部至伊朗高原东部地区,比例约40%。洋面和陆面的弱对流降水的雨顶平均高度在7—8km,弱层云降水相应的雨顶平均高度多小于7.5km;陆面约90%的强对流降水雨顶平均高度在9km以上,而强层云降水雨顶的平均高度通常不超过8.5km。夏季亚洲对流降水和层云降水的雨顶平均高度均随着地面平均降水率的增大而升高,两者遵从二次函数关系。对流降水及层云降水频次、强度和雨顶高度的日变化峰值分析表明,陆面这些参量的日变化强于洋面,并且三者的日变化基本同步。     

利用卡尔曼滤波校准方法估算区域降水量

该文根据卡尔曼滤波校准方法估算区域降水量的原理,利用“973”项目野外观测资料对2002年6月22日的一次降水过程进行了试验研究。结果表明：卡尔曼滤波校准方法能提高雷达定量估算区域降水量的精度,并能较好地反映雷达探测到的精细降水场结构;验证了随着观测次数的增加,卡尔曼滤波校准方法估算降水量的精度越来越高。     

雷达估测降水方法改进在降水预报中的应用

利用2008—2013年自动站雨量资料及相应的雷达体扫资料,用最优化法统计得出海南地区不同区域不同月份的Z-I关系,并将统计结果用于2014年5—9月的非热带气旋影响的的降水估测检验,采用平均绝对误差和均方根误差方法得到计算结果,表明经过优化的Z-I关系后,雷达估测降水比Z=200I1.6时更加接近实际雨量。优化Z-I关系前,雷达与雨量计平均值比值范围在40%~70%之间,即估测降水比实际雨量偏弱,优化Z-I关系后,雷达与雨量计平均值比值范围提高到50%~90%以上,说明雷达估测降水方法改进后,效果有了显著提高。     

多因子方法在雷达降水量估测中的应用

使用合肥雷达站2007年7月和广州雷达站2008年5-10月的雷达以及雨量计资料提出了使用雷达反射率因子、水平梯度和垂直积分液态水含量测量降水量的方法(简称多因子方法).此方法在人工神经网络构架之上隐含地实现了在降水类型识别基础上的降水量测量,并与使用单一Z-R关系测量的降水量进行比较.结果表明:多因子方法和使用Z=300R1.4测量的降水量相比,前者的计算结果与雨量计观测值相比具有较高的相关系数和较低的均方根误差,即前者测量降水量的精度高于后者.     

典型相关方法在低纬高原汛期降水预报中的应用试验

利用典型相关方法作云南汛期（6－8月）降水的预报试验，选取有实际预报意义的北半球500hPa场1－4月平均环流特征产量、部分关键区的高度和距平资料及太阳黑子数作为共同影响因子，建立典型相关模型。并取所有的前10个典型变量分别作汛期雨量预报对比。对1998年、1999年的汛期雨量预报结果表明：取前10个典型变量为预报因子作汛期雨量预报的准确率优于取所有典型场为预报因子的预测模型。从实况检验来看，该模型物理意义清晰，效果较好。并作了2000年的汛期预报，其准确率为10／16。     

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。     

卡尔曼滤波在短期气候预测中的应用

用PRESS准则和最优子集回归选取预测因子，建立河西走廓东部月平均气温的卡尔曼滤波预测模型，经实际使用发现，该预测方法的精度较高，稳定性较好，为短期气候提供了一种新的思路和方法。     

自动激光雨滴谱仪在雷达降水估测中的应用

利用Parsivel激光降水粒子谱与地面雨量计对2008年9月9号山西的一次混合降水天气过程进行分析,根据汾阳、介休两站的雨滴谱资料,利用最小二乘法拟合出反射率因子Z与雨强I的关系Zott=159Iott1.5,利用最优化关系法计算出地面雨量计与雷达反射率因子的关系Zrad=200Irain1.2,WSR_88D中默认的关系ZDef=300I1.4,然后分别利用3种Z-I关系对此次降水过程进行估测,计算过程累计雨量,并将估测降水结果与地面雨量计实测结果进行对比.结果表明:利用雨滴谱关系的估测降水效果最好,利用雨量计关系的估测降水结果次之,默认关系计算结果最差;第一者相对第二者提高4％左右,相对第三者则提高近18％左右.     

卡尔曼滤波技术在暴雨中期预报中的应用

在河北暴雨中期预报系统中,应用卡尔曼滤波技术对ＥＣＭＷＦ５００ｈＰａ高度预报场进行了订正。通过对ＥＣＭＷＦ５００ｈＰａ高度场的多种订正试验,分析比较未订正的和各种不同订正方案的高度预报均方根误差,证明卡尔曼滤波双因子订正对于提高暴雨预报能力是有效的。