第六章 雷达定量测量降水
雷达回波强度拼图的定量估测降水及其效果检验
料对雷达降水估计值做进一步订正 ，这些方法包 括平均校准法［、 ５ 变分 同化法【、 １ ６ 客观插值分析法 】
圳六部雷达 １ 分钟一次的 ６ ０ 分钟体扫描资料 ， 经
过 杂 波 处理 、质量 控 制 和拼 图处 理后 得 到 的 １５ ．
收 稿 日期 ： ２ ０ — １１ ：修 订 Ｅ期 ：２ １— ８ １ ０９１－１ ｔ ０ ００ —８
文献标识码 ：Ａ Ｄｏｉ ０３ ６ ／ｉ ｎ１０ ．９ ５ ０ １ｏ ． １ ｉ １．９ ９ ． ｓ． ４４ ６ ． １．１ ０ ｊｓ ０ ２ ０ 中图分类号 ：Ｐ ５ ．．１ ４ ８１ ２
［１和卡尔 曼 滤波 校准 法 等 。 ７ １ １
１ 引
言
随 着 我 国气 象 多 普 勒 雷 达 布 网不 断 向前 推 进 ，如何 利用 雷 达 拼 图 回波 强度 结合 稠 密 的 自动
资助项 目：广 东省科 技厅 项 目；中 国气象 局气 象新 技术 推 广项 目“ 量 计和 多平 台遥 感 降水资 料 的融合 技术 ” 同资助 雨 共 通 讯作 者 ： 建茵 ，男 ，广 东省 人 ，研究 员 ，主要 从事 季 风 、热带 气候 和海 气相 互作 用研 究 。Ｅｍａ ：ｉ ｇｊ＠ｇｍｃ ｏ ． 梁 － ｉ ｌｎ ＿ｙ ｒ ． ｖ ｎ ｌ ａ ｇ ｃ
第 ２卷 第 １ ７ 期 ２ １年 Ｏ ０１ ２月
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ 热 带 气 象 Ｍ 学 报 ０Ｆ ＴＲＯＰＩ ＣＡＬ ＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ
Ｖ１７ ｏ． ．Ｎｏ１ ２ ．
Ｆｅ ． ０ １ ｂ ．２ １
梁 建 茵 ，胡胜 ． 达 回波强 度拼 图 的定量 估测 降水 及 其效果 检 验 ｆ． 热带 气象 学报 ，２ １ ，２（） －０ 雷 Ｊ ］ ０ １ ７１：ｔ１．
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。
雷达定量测量降水中Z-Ⅰ关系的非线性问题研究的开题报告
雷达定量测量降水中Z-Ⅰ关系的非线性问题研究的开题报告一、研究背景降水观测是气象预报的基础，传统的降水观测方法包括地面降水观测，气象卫星降水估测以及雷达降水估测等。
其中，雷达降水估测具有空间分辨率高、时间分辨率快、覆盖范围广等优点，已成为降水观测的重要手段。
雷达降水估测通常采用Z-Ⅰ关系来定量描述降水中的反射率和降水率之间的关系。
Z-Ⅰ关系是由Z-R关系演变而来，它是指雷达反射率因子（Z）与降水率（R）之间的函数关系，可以通过雷达反射率因子数据反演出降水信息。
然而，Z-Ⅰ关系并非线性关系，而是存在非线性问题。
在降水强度较小的情况下，Z-Ⅰ关系呈现出近似线性的趋势，但当降水强度较大时，Z-Ⅰ关系呈现出一定的非线性特点，这给雷达降水估测带来了一定的误差。
因此，深入研究Z-Ⅰ关系的非线性问题，将为雷达降水估测的精度提升提供科学依据。
二、研究内容本研究将采用雷达反射率因子和降水率数据，对Z-Ⅰ关系进行分析和研究，重点涉及如下内容：1.分析不同降水类型（如平流性降水、对流性降水等）对Z-Ⅰ关系的影响。
2.分析不同雷达频率（如S波段、C波段等）对Z-Ⅰ关系的影响。
3.尝试采用非线性回归方法建立Z-Ⅰ关系的非线性模型，并评估其精度和适用性。
4.结合地面降水观测等实测资料，对研究结果进行验证和分析。
三、研究意义本研究旨在深入研究雷达降水估测中Z-Ⅰ关系的非线性问题，对于提升雷达降水估测的精度和可靠性具有重要意义。
具体来说，本研究的意义如下：1.为进一步探讨雷达降水估测中的问题提供基础研究。
2.为气象预报和气象灾害预警提供更加准确的降水预测信息。
3.为相关领域提供参考和借鉴，促进气象科学的发展。
四、研究方法本研究将采用以下研究方法：1.收集雷达反射率因子和降水率数据，对不同类型的降水和不同频段的雷达进行分析和比较，挖掘其非线性特点。
2.采用非线性回归方法建立Z-Ⅰ关系的非线性模型，并评估其精度和适用性。
3.采用统计学方法对研究结果进行分析和验证，与实测资料进行比较。
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。
雷达定量降水估计技术及效果评估
雷达定量降水估计技术及效果评估高晓荣;梁建茵;李春晖【期刊名称】《热带气象学报》【年(卷),期】2012(028)001【摘要】为提高雷达定量估测降水的精度,利用广东省6部新一代多普勒天气雷达( CINRAD/SA)回波资料和雨量计降水量观测资料,采用概率配对法( PFT,Probability-fitting technique)建立Z-I关系进行单部雷达降水估测,并采用最优插值法(OI,Optimum Interpolation)对降水估计进行订正；为扩大降水估测的范围,对多部雷达的降水估计进行拼接,采取重叠区域以各部雷达的均方根误差平方的倒数作为权重系数(ω=1/RMSE(k)2/n∑i=11/RMSE(i)2)、进行加权平均,并分别分析比较上述方法得到的降水估计与单纯OI雨量计及与雷达拼图回波强度得到的降水估计的优劣.以上各环节误差分析表明,对于单部雷达,雨量计降水强度与其上空9点平均的雷达回波强度关系最为密切；6部相同型号的雷达估测降水精度各异.交叉检验表明,OI雷达法对单部和多部雷达估测降水均可取得较好的校准效果；对于多部雷达的降水估测,单部雷达先分别进行OI订正后拼接,然后对重叠区再次OI 订正的结果比直接对未订正的单部雷达降水估计拼接后统一做一次OI订正的效果好.多部雷达降水估计拼接时,前期对于单部雷达降水估计的订正尤为重要；多部雷达降水估计的拼接值精度要明显高于OI雨量计,而相比由雷达拼图回波强度得到的降水估计而言,前者也优于后者.因此,多部雷达降水估计的拼接方法,对雷达资料的应用有较好的参考价值,在业务上也有一定的应用前景.【总页数】12页(P77-88)【作者】高晓荣;梁建茵;李春晖【作者单位】中国气象科学研究院北京100081;中国气象局广州热带海洋气象研究所/中国气象局热带季风重点实验室广东广州510080;广州中心气象台广东广州510080;中国气象局广州热带海洋气象研究所/中国气象局热带季风重点实验室广东广州510080;中国气象局广州热带海洋气象研究所/中国气象局热带季风重点实验室广东广州510080【正文语种】中文【中图分类】P429【相关文献】1.天气雷达定量估测降水量不同方法效果评估 [J], 何宇翔;张亚萍;刘术艳;顾松山2.基于雷达组网拼图的定量降水估测算法业务应用及效果评估 [J], 勾亚彬;刘黎平;杨杰;吴翀3.C波段双偏振多普勒天气雷达资料分析及在定量估计降水中的应用研究 [J], 寇蕾蕾;李应超;楚志刚;徐芬4.复杂地形下C波段雷达定量降水估计算法 [J], 李巧;胡启元;戚友存;朱自伟;杨毅;闵锦忠;师春香;张哲;李东欢;王楠5.深圳S波段与X波段双偏振雷达在定量降水估计中的应用 [J], 张哲;戚友存;朱自伟;李东欢;曾庆锋;兰红平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
雷达测量降水
雷达测量降水1雷达测雨的基本原理天气雷达天线发射脉冲式电磁波，当电磁波遇到降水或某些云目标，一部分电磁波会被散射。
雷达接收从云雨散射回来的回波信号，通过对回波信号强度的分析处理，可确定降水或云的存在及其特性。
根据电磁波传播的速度和发射与接收脉冲信号的时间差可计算出目标物到雷达的距离；根据雷达扫描转动的方位角和仰角以及目标物至雷达的距离，可确定目标物的空间位置。
通过对返回信号强度的测量，由雷达气象方程可计算出目标物对电磁波的散射能力。
用于降水粒子时，简化的气象雷达方程式为： 式中：Pr 为平均接收功率。
C 为由雷达型号决定的雷达常数，它与发射功率、波长、天线增益、波束宽度等雷达参数有关。
k 2为降水粒子相态的函数，与降水粒子介电常数有关，一般来说，水的k 2值为0.93，冰为0.18。
r 为距雷达的距离。
Z 为雷达反射因子，是单位体积中降水粒子直径6次方的累计和，表示为，常以1mm 6/m 3为基准的分贝表示，记为dBz ，可以应用气象雷达方程式根据平均接收功率求取。
由于降水粒子直径并非均一分布，在实际应用中常用其一般形式： , 式中的A 和b 为经验系数，随降水类型和地理位置的不同而变。
在各种Z~R 关系式中，在A 在16.6~730范围内。
因此，测定了降水区的反射因子Z ，则可计算降水强度R 及其分布。
2雷达测雨误差分析由于雷达测量降水可以得到具有一定精度的、大范围高时空分辨率的实时降水信息，因此应用雷达进行降雨监视和面雨量计算，可以提高洪水预报的精度和时效性。
但要清楚地认识到，由于技术本身的复杂性和其它原因，目前的雷达测雨存在一定的误差，特别是大范围降水测量的准确性尚不能完全满足气象业务应用的要求。
雷达测雨误差主要来源于以下几方面： a)雷达电磁波的波长对降水测量的影响。
在雷达气象方程式中，平均接收功率Pr 与雷达波长、天线增益及波束宽度等有关。
在天线大小固定的情况下，Pr 与波长的4次方成反比，即波长越短，Pr 越大，探测能力越强，因此波长短有利于探测降水。
利用多普勒雷达定量估测降水试验
・
５ ２ ・
维普资讯
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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层状云降雨： Z 200I1.6
地形云降雨： Z 31I1.71
暴
雨： Z 486I1.37
Z-I关系的确立
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
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：
N D D C1DeDD
N
D
D 1
1 t
量降水中最常用的滴谱分布形式是M-P (Marshall-Palmer)分布：
v Dj C2Dj1
Z AI b
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
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），
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
Pr
3
1024(ln
2)
PtG211h 2
R2
m2
1
R
Z
0.2
10
0
kdR
m2 2
Pr CZ / R2
Z N (D)D6dD 0
I 0 N (D)M (D)v(D)dD
Z-I关系的确立
雷达反射率因子
N
Dmax
Z Di6 N (Di )Di6D
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）
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
八、风的影响-地面风 影响滴谱和蒸发，雨滴的降落位置
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
i1
Di 0
忽略近地面的垂直气流时，降水强度I可表示为：
Dmax
I N Dj M Dj v Dj D Dj 0
直径为 D的j 雨 直径为 D的j 雨滴的下落末速度
滴的质量
v Dj C2Dj1
(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。
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。
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。
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 DD C1DeDD
I N (D) 1 D3v(D)dD
0
6
Z N (D)D6dD 0