第六章 雷达定量测量降水 (2)
雷达定量估测不同类型降水

雷达定量估测不同类型降水
雷达定量估测不同类型降水
利用2002、2003年自记雨量资料及相应的雷达体扫资料,用最优化法统计得出福建中北部不同区域不同降水类型的z-I关系,并将统计结果用于2005年、2006年的降水估测.同时利用实时雨量资料采用卡尔曼最优(卡尔曼滤波+最优插值)、变分等估测方法进行实时雨量校正,用福建北部武夷山九曲溪流域雨量计检验校正后的雨量值,并对上述几种方法的点及面的估测结果进行比较.结果表明:卡尔曼最优法及100 km 距离范围内的最优化法对站点及面平均降雨量估测误差最小,Z=300I1.4估测的误差最大.
作者:陈秋萍刘锦绣余建华杨林增夏文梅 Chen Qiuping Liu Jinxiu Yu Jianhua Yang Linzeng Xia Wenmei 作者单位:陈秋萍,刘锦绣,Chen Qiuping,Liu Jinxiu(福建省气象台,福州,350001) 余建华,杨林增,Yu Jianhua,Yang Linzeng(福建省建阳雷达站,建阳,354200)
夏文梅,Xia Wenmei(江苏省气象科学研究所,南京,210008)
刊名:气象科技 PKU英文刊名:METEOROLOGICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 年,卷(期):2008 36(2) 分类号:P4 关键词:雷达定量估测降水。
测量降水量教学课件

测量降水量教学课件降水量是大气科学与气象学中的一个重要参数,用于描述单位面积内某一区域降水的数量。
测量降水量的教学课件应该包括以下内容:一、引言降水量是指在一定时间内某一地区的降水总量,它是人类了解和研究地球水循环的重要依据。
本教学课件将为大家介绍测量降水量的方法和仪器。
二、测量降水量的方法1. 雨量计法雨量计是一种最常用的测量降水量的仪器,它通过测量降雨后容器中积水的高度来确定降水量。
这一方法简单易行,但需要注意选择合适的雨量计、安装位置以及读取和记录数据的方法。
2. 天气雷达法天气雷达能够监测大范围降水情况,并提供降水的强度、范围和移动方向等信息。
这一方法适用于大规模的降水监测和预测,但需要专业的仪器和操作人员。
3. 卫星遥感法通过卫星遥感可以获取大范围地表降水信息,由于卫星遥感技术的进步,可以提供高分辨率和实时性的降水监测数据。
这一方法适合用于大范围和长时间的降水观测,但需要专业的遥感技术和数据处理能力。
三、测量降水量的仪器1. 雨量计雨量计是测量降水量最常用的仪器,常见的雨量计包括圆底漏斗雨量计、斜面雨量计等。
在选择和使用雨量计时,需要考虑降雨强度、风速和周围环境等因素。
2. 天气雷达天气雷达是一种通过发射和接收无线电波来探测大气中降水颗粒的仪器,它能够提供降水的空间分布和强度信息。
天气雷达的建设和操作需要专业的技术支持。
3. 卫星遥感仪器卫星遥感仪器是通过接收和记录卫星发出的电磁辐射,获取地表和大气的信息。
在测量降水量时,常用的卫星遥感仪器包括多通道图像仪、微波辐射计等。
四、案例分析通过实际的案例分析,展示不同测量方法和仪器在不同环境下测量降水量的应用。
每个案例包括具体的测量步骤、仪器使用方法以及数据处理和分析过程。
五、总结与展望总结测量降水量的方法和仪器,并展望未来降水量测量技术的发展方向。
同时还可以介绍一些新的技术、仪器或算法,如机器学习在降水量测量中的应用。
六、参考资料列出本教学课件使用的参考文献和相关资料,供学生深入学习和进一步研究。
自记雨量资料订正雷达估测降水方法简介

自记雨量资料订正雷达估测降水方法简介邓雪娇 吴 兑 黄浩辉(广州热带海洋气象研究所 510080) 本文阐述了利用自记雨量计测量降水以及雷达定量估测降水的优缺点,说明了联合自记雨量计和雷达进行降水估测的优越性,并且简单介绍目前国内外利用自记雨量计资料订正雷达估测降水的几种主要方法。
1 自记雨量计测雨情况 气象和水文部门广泛应用自记雨量计测量区域降水量,气象部门收集存档的日降水量、每小时降水量资料都是指各个气象站自记雨量计的记录。
目前,雨量计的分布比较稀疏,我国雨量计的密度普遍是几十到上百公里。
从经济和维修角度,布设稠密的雨量站是不可能的,尤其在高山地区和人烟稀少的地方,以及广阔的海洋区域,则更不可能。
因此,雨量计测量降水的局地性十分突出,往往漏掉强降水、暴雨中心。
当测定区域降水量时,雨量计的这种局地性带来的误差极大,只有当降水分布比较均匀时,这种方法才能保持一定的精度。
2 雷达估测降水情况 雷达是利用电磁波束受目标物散射来测定目标物位置和强度的主动遥测装置,在雷达气象方程中,平均接收功率与反射因子Z 成正比。
根据理论和观测,Z 和目标物粒子直径的6次方存在一定的关系[1]。
因而对于探测云和降水的雷达,其反射因子与降水强度R 存在一定的关系,这便是人们广泛称谓的Z -R 关系(Z =aR b)。
目前,存在多种方法建立Z -R 关系。
雷达能实时探测云和降水结构、系统发生、发展演变等情况,具有在一定范围内时空连续探测的特点,因此,雷达能迅速提供一定区域的实时降水情况,但雷达测定局地降水量存在精度不高的特点。
其误差主要来源于:(1)回波功率测定不准确。
一方面来自雷达系统本身的误差,例如天线增益以及各项技术参数不稳定带来的影响。
另一方面是由于地球曲率和大气造成的影响,例如云雨粒子对雷达波的衰减,层状云降水中冰水转化区出现的零度层亮带等因素,都影响回波功率的测定。
(2)Z -R 关系不稳定带来的影响。
云和降水微物理过程十分复杂,云中不断发生的凝结(华)、碰并、核化、繁生、冻结、融化等微物理过程,以及雨滴在下落过程中由于风速梯度分选、重力分选、雨滴在空中漂移、蒸发等过程,使得云雨滴谱不断发生变化,导致Z -R 关系不稳定。
天气雷达定量估测降水技术在人工增雨效果检验中的应用

“中国气象学会第28届年会S1分会场征文”天气雷达定量估测降水技术在人工增雨效果检验中的应用白先达桂林市气象局(广西,桂林市541001)摘 要由于抗旱工作的需要,人工增雨工作越来越受到重视,为保证人工增雨作业的切实高效,需要对人工增雨作业的作业方式进行总结,对人工增雨的作业效果进行检验。
各地在人工增雨作业效果检验方面进行了很多的研究,本文结合桂林地区的实际,利用新一代天气雷达定量测量降水的技术获取面雨量资料,采取了非随机统计方法,对比区根据地形相似和时间相似方法选择,结合桂林人工增雨作业的实际,分别划定9个作业区和对应的9个对比区,利用桂林雷达2004年以后收集到的全市面雨量资料,考虑到降水过程的影响系统相似、没有受到人工增雨作业影响、降水时间相似等三个因素,选定各作业区和对比区的统计降水过程,每个作业点选择50-160个个例,统计计算作业影响区和对比区的降水相似程度,分别建立了9个作业区与对比区的自然降水关系回归方程。
用这些统计关系,在实际增雨作业效果检验时,分析作业后对比区和影响区的3小时累计降水量的变化,即用作业区的实际雨量减去用对比区雨量计算出的作业区雨量,得出人工增雨作业的效果。
利用桂林全市近两年人工增雨作业资料,进行作业效果检验,对检验结果分析发现,作业影响区和对比区的降水总量有明显差异,多年统计平均,桂林地区的人工增雨率达到15%左右,该增雨效率比其他地区研究结果略低,进一步分析发现,春季的作业效果比秋季略高,这可能是因为桂林地处华南,以秋季抗旱增雨作业为主,桂林的秋季,0℃层高度较高,在5000米以上,而采用的又是WR-98型火箭弹进行作业,该类火箭弹采用的是一边飞行一边播撒碘化银的作业方式,相当一部分碘化银进不了0℃层以上的高度,致使一部分碘化银发挥不了作用,造成了一定的浪费,作业效果相应较低。
利用天气雷达定量测量降水获取的面雨量资料,对人工增雨作业效果进行检验,具有操作简单,对地市级人影部门特别适用,对人影业务有很好的帮助作用。
雷达定量降水估测原理

雷达定量降水估测原理《雷达定量降水估测原理》1. 引言嘿,你有没有想过,天气预报里说的降水量是怎么知道的呢?是有人拿着个大桶在外面接雨水测量吗?当然不是啦!这背后可有着非常神奇的技术,那就是雷达定量降水估测。
今天呀,咱们就来好好探究一下雷达定量降水估测原理,从它的基础概念,到它是怎么运行的,再到在生活和高级领域的应用,还有那些容易被误解的地方,以及相关的趣味知识等等。
2. 核心原理2.1基本概念与理论背景雷达这个东西呢,大家可能都听说过,在军事上、气象上都有应用。
雷达定量降水估测的基本理论其实是基于电磁波的反射原理。
就好比你在一个黑暗的屋子里,用手电筒照向一个物体,然后根据反射回来的光来判断这个物体的位置、形状之类的。
雷达发射出电磁波,这些电磁波遇到降水粒子(比如雨滴、雪片之类的)就会反射回来。
这个理论的发展可是经过了很长的时间呢。
一开始科学家们只是有了这种利用电磁波来探测物体的想法,后来经过不断的实验和改进,才应用到气象领域来测量降水。
2.2运行机制与过程分析首先呢,雷达发射出特定频率的电磁波。
这个电磁波就像一群小信使,向四面八方冲出去。
当这些电磁波遇到降水粒子的时候,就会被反射回来。
然后雷达接收这些反射回来的电磁波。
这时候就好比那些小信使又带着信息回来了。
那怎么根据这些反射回来的电磁波知道降水量呢?这里面有个关键的东西叫反射率因子。
这个反射率因子就像是一个密码本,通过这个密码本就可以把反射回来的电磁波的强度转化成降水量的大小。
打个比方,就好像你去超市买东西,每个商品都有个价格标签,反射率因子就是那个价格标签,把反射回来的电磁波对应的“价格”(降水量)给标记出来。
而且呀,不同大小、不同形状的降水粒子反射回来的电磁波强度是不一样的。
大的雨滴反射的电磁波就比较强,小的雨滴反射的就比较弱,就像大的球弹回来的力量大,小的球弹回来的力量小一样。
3. 理论与实际应用3.1日常生活中的实际应用在我们的日常生活中,雷达定量降水估测可太有用了。
变分法在校准雷达定量估测降水中的应用

第11卷2期 应用气象学报V o l 111,N o 122000年5月 QUA R T ERL Y JOU RNAL O F A PPL IED M ET EOROLO GY M ay 2000变分法在校准雷达定量估测降水中的应用Ξ邓雪娇 黄浩辉 吴 兑(广州热带海洋气象研究所,广州510080)雨量计可以直接测量单点雨强随时间的连续变化,测量精度较高,但雨量计站网的密度不够,往往漏掉强降水、暴雨中心.雷达能实时探测云和降水结构及系统发生、发展演变情况,能迅速提供一定区域的实时降水情况,但雷达测量误差较大,测定局地降水量精度不高,因此雨量计和雷达进行点面结合,采用一定的数学方法将雨量计单点测量精度较高和雷达能测量降水时空分布的优点结合起来,利用雨量计测量校准雷达定量测量降水,可获得比单纯用雷达方法在精度上有很大提高的降水测量结果.1 变分法校准雷达定量估测降水的原理将雷达探测区网格化,在网格点(i ,j )上,R a (i ,j )表示分析雨量值,R r (i ,j )表示雷达初估雨量值,R g (i ,j )表示雨量计测得的降水值,构造如下的泛函:J [R a (i ,j )]=κΡ{Α(Ra (i ,j )-R g (i ,j ))2+Β(R a (i ,j )-R r (i ,j ))2+Κ[(5R r(i ,j )5x -5R a (i ,j )5x )2+(5R r (i ,j )5y -5R a (i ,j )5y )2]}d x d y (1) 上式变分方程有三项调整项,第一项表明分析场尽量与雨量计值靠近,第二项表明分析场与雷达初估场的偏差最小,第三项表明分析场与雷达场的水平梯度尽量一致,这样求取的分析场既满足与雨量计值接近同时又保持雷达探测到的降水形势分布,解上式变分方程求得分析场.因为并不是所有格点上都有雨量计测值,所以根据分析场中雨量计网的测值进行客观分析得到R g (i ,j )场.本文雨量计资料的客观分析采用Barnes 方案,客观分析的内插方案对分析结果十分敏感,另外,Α、Β、Κ参数的选取对分析结果也很敏感.在雨量计比较密的地方,客观分析的结果比较可靠,Α的权重取相对大值,取信于地面雨量计的降水分布场;在雨量计比较稀的地方,客观分析的结果精度不高,Β的权重取相对大值,取信于雷达的降水形势场.这样由雷达反射因子与降水强度Z 2R 关系式转换得到的雷达初估场的精度直接影响分析场的精度,特别是热带沿海地区及洋面,雨量计稀少,雨量分析场的精度依赖于雷达的测雨能力,因此,选用何种Z 2R 关系是关键问题,本文采用珠江三角洲历史统计的Z 2R 关系.2 个例试验(1)1997年5月8日特大暴雨分析 受低压槽影响,广州地区从化、花都和清远市1997年5月8日凌晨开始降特大暴雨.本文利用香港雷达资料(3km CA PP I )和广东省中尺度自动站网资料,对这次降水过程进行分析研究,虽然地面的雨区与雷达探测的雨区基本吻合,但雨量计记录的强降水中心与雷达的强降水中心并不对应,两者存在空间差.根据研究,不同天气类型、不同降水性质、不同降水阶段丰水区的高度是不一样的.云雨的微物理过程十分复杂,如对流云垂直结构不均匀,层状云垂直结构中具有明显的0℃层回波亮带等,雨滴在下落过程中的重力分选、风垂直切变分选等作用说明雷达反射因子Z 值的垂直分布是不均匀的,所以用不同高度上的测量Z 值作为地面的Z 值来反演地面的降水会导致一定Ξ1998206218收到,1999208223收到再改稿.652 应 用 气 象 学 报 11卷的误差.这次特大暴雨过程是从凌晨开始,雨势约集中在13h内,地面雨量站及雨情报告表明04:00~07:00的雨势强大,07:00后雨强相对较小,但是从3km CA PP I回波情况来看,07:00后的回波总的来说比07: 00前的还要强.前人的工作经验表明地面的降水与近地面的回波或高空的丰水区比较一致.对应地面的降水量,高空类似是“水库源”的作用.因此在变分调整中,参数的选取偏向于取地面的权重大些,高空的权重取相对小值.对比参数1(Α=0.6,Β=0.4,Κ=0.2)和参数2(Α=0.8,Β=0.2,Κ=0.2)变分调整后的降水分布,总的说来,变分调整后的场结合了地面和高空的降水形势分布.在有雨量计的地方,分析值与雨量计测值接近,保持了雨量计之间雷达探测的降水形势,整个分析场的值及降水强中心得到调整.变分调整参数的选取对分析结果影响很大,参数2的结果更加趋向于地面雨量计的降水分布,对雷达估测的降水削弱许多,参数2对雷达降水强中心的削弱十分明显,说明变分方案中参数的选取是关键,在具体应用中Α Β的值选取4 1~3 2之间为宜,对于本文实例,鉴于雨量计和雷达资料的代表性问题,认为参数2的结果比较客观.(2)误差分析 为了比较变分校准后雷达测定区域降水量的精度,我们详细分析了1997年5月8日04:00~08:00的降水情况(降水区雨量计网密度约为1个雨量计 1412km2,把雨量计网所测的区域降水量作为真值).分析表明,雷达估测的降水量普遍偏小,04:00~05:00,06:00~07:00地面雨势较强,雷达与雨量计的测雨偏差较大,分别达56%、72%.经变分校准后精度有较大的改进,分别为18%、27% (参数1)和9.9%、14.8%(参数2),由分析对比可见参数2的结果较好.3 结 语变分法在校准雷达定量估测降水中的应用实现了雨量计和雷达点与面的结合,变分法校准时不但把雷达的探测结果造型成雨量计的结果,而且保留了雨量计之间雷达探测到的降水形势,说明了联合雨量计网和雷达进行降水估测的优越性;在变分计算方案中,分析结果对雨量计客观分析方案和变分调整参数的选取十分敏感,因为受获取资料客观条件的限制,本文未能分析采用不同高度雷达产品的计算结果,雷达初估场的选取应该运用何种产品以减小初始误差,有待累积资料进一步研究讨论.。
耦合天气雷达定量降水估计与定量降水预报的中小流域洪水预报研究

耦合天气雷达定量降水估计与定量降水预报的中小流域洪水预报研究耦合天气雷达定量降水估计与定量降水预报的中小流域洪水预报研究摘要:中小流域洪水预报是防洪减灾工作中的重要环节。
传统洪水预报方法主要依靠气象站观测数据和数值模式的输出结果,但在中小流域尺度上,观测点较少且分布不均匀,数值模式输出存在不确定性,使得传统洪水预报的准确性和实时性存在一定局限性。
本文通过耦合天气雷达定量降水估计(QPE)与定量降水预报(QPF)方法,对中小流域洪水预报进行研究。
通过对降水量的准确估计和预报,提高中小流域洪水预报的准确性,为防洪减灾工作提供科学依据。
关键词:中小流域,洪水预报,天气雷达,定量降水估计,定量降水预报1. 引言中小流域洪水预报对于防洪减灾工作极为重要。
中小流域特点是面积较小,地理位置复杂,交通不便,观测点有限。
传统洪水预报方法主要使用气象站的观测数据和数值模式的输出结果,然而观测点数量有限且分布不均匀,数值模式输出结果存在一定的不确定性,这对中小流域洪水预报的准确性和实时性提出了很大挑战。
2. 耦合天气雷达定量降水估计与定量降水预报方法(1) 天气雷达定量降水估计天气雷达是现代气象学中常用的观测工具,可以提供高时空分辨率的降水信息。
通过反射率和多普勒雷达的资料,可以计算出不同高度上的降水量,并对其进行垂直积分得到雷达估计的降水量。
天气雷达定量降水估计方法可以对中小流域的降水量进行精确估计。
(2) 定量降水预报定量降水预报是利用数值模式对未来一段时间内的降水量进行预测。
数值模式通过对大气物理过程进行数值模拟,得到未来一段时间内的降水量分布。
定量降水预报方法可通过气象数据同化等手段,结合历史气象资料和观测数据,提高降水预报的准确性。
3. 耦合方法及其应用耦合天气雷达定量降水估计与定量降水预报方法,可以通过整合雷达估计的实况降水数据和数值模式预报数据,得到更准确的中小流域洪水预报结果。
具体步骤如下:首先,根据雷达估计数据和数值模式预报数据,建立两者之间的关系。
利用多普勒雷达定量估测降水试验

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20 0 7年第 4期
气 象 与 减 灾 研 究
V I 0 0. O. N 4 3
仅 随 时 间 f高度 ( 中为 h 的变化 而 变化 , 、 文 ) 因此有
, ,
dz J J Fht dd B=l l (,) t 0L h
关键 词 : 降水量 , 定量估测 , 雷达资料 。 中图分类 号 : 4 66 :4 52 P 2. P 1. 2 文献标识码 :A
0 引 言
江西省抚州市位于江南中部 、 武夷山西侧 , 中亚热带季风湿润气候区 , 属 降水时空分布极不均匀 , 特别
是每年 7 1 月 , — 0 经常出现持续高温少雨天气 , 伏秋干旱十分频繁 , 不仅严重影响工农业生产 , 而且给人民
R= a m
() 4
式中R 单 时 内 水 量,、 为 定 数, 10 al ’ ,为 位 间 降 总 mⅡ 待 系 m / , O 。 均 : 1 =
12 利 用垂 直积 分 含水 量 估 测降水 .
垂直积分含水量 与反射因子 z之间的经验公式 为 :
Z () 5
其 中, 统计参数 、 与云的类型、 地区、 季节等有关。 由式( ) 1 和式( )则有 5,
=
对于单个站点来说 , 垂直积分含水量 仅随时间 t 的变化而变化 , 因此有 = , 可得到利用平均垂 直积分含水量估测降水公式 :
:
() 6
式中, 为单位tI内平均积分含水量, :g n /3 , ; 单位 k/ ; 均为待定系数 ,= / 6 , 6 m 、 ( )n / 。
文章 编 号 :0 7 9 3 (0 7 0 —0 2 0 10 — 0 3 20 )4 0 5 — 5
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雷达测雨误差因素
九、天线罩的衰减 罩外水膜、积雪、结冰
雷达测雨误差因素
十、雷达发射功率不稳定、硬件定标
1 I N ( D ) D 3v ( D )dD 0 6 Z N ( D) D6dD
0
v D j C2
A,b 为常数,因地区、季节、降水类型的不同而不同,甚至同一次降水
过程中,由于滴谱的变化也会发生变化。
Z-I关系的确立
常见的Z-I关系
1、直接方法:Z和I的数值分别由雷达和雨量计测量。利用相 关统计比较两者数据,通过最优拟合确定Z-I关系。
2、间接方法:Z和I的数值通过相同的雨滴谱计算。
Z-I关系的确立
测量雨滴谱的方法
染色滤纸:利用水滴在滤纸上的色斑估计雨滴的大小(最早由 Marshall和Palmer使用)。
碰撞式雨量器:利用雨滴撞击表面时的动量估计雨滴的大小。
C波段雷达资料的衰减订正效果图
雷达测雨误差因素
四、超折射-地物回波干扰
雷达测雨误差因素
五、零度层亮带
雷达测雨误差因素
五、雨滴谱的变化 Z-I关系不是一一对应
雷达测雨误差因素
六、蒸发 下落过程中水滴蒸发
雷达测雨误差因素
七、高度的影响 反射率因子与高度的关系,末速度与高度的关系
雷达测雨误差因素
Z-I关系的确立
Z-I关系的确立
Ze-I关系的确立
Mie散射时,雷达气象方程中的Z以Ze代替,由于 无法从理论上进行推导,只能采取实测滴谱资料或其 他方法来得到Ze-I关系。
雷达测雨误差因素
一、地物阻挡、部分阻挡或充塞系数小于1
雷达测雨误差因素
二、旁瓣回波影响
雷达测雨误差因素
三、衰减影响(主要是雨的衰减)
N D D C1DeDD
N D D 1
1
0
t e dt
t
e
D
D
其中,在雷达定量测量降水中最常用的滴谱分布形式是M-P (Marshall-Palmer)分布:
N D D N0eDD
Z-I关系的确立
假设: 降水的时空分布均匀,且滴谱可用(7.6)式表示; 近地面的垂直气流很弱,可以忽略; 所有雨滴的散射满足瑞利散射条件; 雨滴下落的末速度可以用(7.10)式表示。 则: N D D C1DeDD
根据对大量的滴谱资料的分析,若对降水成因分成几类, 如层状云降水,对流云降水,地形云降水,干雪和湿雪等,则A、 b 值相对稳定(尤其是当降水强度在20~200 mm/h 之间时), 例如:
层状云降雨: Z
地形云降雨: Z
200I 486 I
1.6
31I 1.71
1.37
暴
雨: Z
Z-I关系的确立
雷达定量测量降水
基本原理 Z-I关系的确立 雷达测雨误差因素
基本原理
R 2 2 3 0.2 kdR PG h m 1 t 1 1 0 Pr Z 10 1024(ln 2) 2 R 2 m2 2
Pr CZ / R2
Z N ( D) D dD
6 0
I N ( D)M ( D)v( D)dD
0
Z-I关系的确立
雷达反射率因子
Z Di6
i 1
Dmax
N
Dmax
Di 0
6 N ( D ) D i i D
忽略近地面的垂直气流时,降水强度I可表示为:
I
D j 0
N D M D v D D
j j j
直径为 D j 的 雨滴的质量
直径为 D j 的雨滴的下落末速 度 v D j C2 D j 1 (7.10)
N ( Di )D ——表示单位体积内,直径为 Di 到 Di D 之间的 雨滴数为 N ( Di ) 个,即滴谱。
Z-I关系的确立
通过收集和统计不同地区、不同降水类型和不同降水强度 的雨滴谱资料,发现雨滴谱的平均情况可以用以下几个经验公 式来表示: