Parsivel雨滴谱仪与多普勒天气雷达观测结果对比分析

第２ 期
张 昊 ， ：ａｓｖｌ 滴谱 仪 与 多普 勒天 气 雷达观 测 结果 对 比分 析 等 Ｐ ｒｉｅ 雨
‘１ ・ ７
１ 雷 达反 射 率 因子 Ｚ 的计 算
１ １ 多普 勒天 气 雷达 ｚ值 计算 ． 由于反射率 因子 Ｚ的变化 区间很 大 ， 达到几 个 量级 ， 因此经常用 ｄ ｚ Ｂ 来说 明反射率 因子 的大小 ， 即
率 。Ｎ 值经 过 （） 计算 后 可得 到 回波功 率值 。 ２式
Ｐ Ｐ ｌ Ｏ ＝ ｉｇ１ （ ） ３
数密 度 ， 降 水 粒 子 谱 分 布 。对 于 Ｐ ｒｉｅ 雨 滴 即 ａｓ ｌ ｖ
谱仪 ， 式可 写成 ： 上
当 回波 功率 Ｐ ，和距 离 Ｒ 已知 时 ， 用 气 象 雷 达 利 方 程可计 算 出反 射率 因子 ， ： 即
收 稿 日期 ：０ ０ １ —２ ２ １ —２ ２ ．
解雷 达 电磁 波 衰减 规 律 ， 可 以根据 修 正 的 回波 并 强度 估算 降水 量 ， 以提高 雷达测 量 降水 的准确度 。
作 者 简 介 ： 吴 （９ ３ ） 男 ， 读 硕 士 研 究 生 ． 究 方 向 ： 工 影 响 天 气 张 １８ 一 ， 在 研 人
Ｋｅ ｒ ｓ： ｐｐ ｅ ａ ｈ ｒ ｒ ｄａ ； － ｅ ａ ｉ ｎｓ ｐ； ａ ｒ ｅ ｈｏ ｉ ｅ ｉｙ； ｒ ｃｐｉａ ｉ ｙ ｗｏ ｄ Ｄｏ ｌ ｒｗｅ ｔ ｅ ａ ｒ Ｚ Ｉ ｒ ｌｔｏ ｈｉ ｒ ｄａ ｃ ｎｔ ｎｓｔ ｐ ｅ ｉ ｔ ｔｏｎ
０ 引 言
由于多普 勒雷 达 的 回波 衰减 作 用 ， 常 发 现 经 在 降水 天气情 况下 其观 测 的雷达 回波强 度 与利用
波强 度平 均值 。
ｄ ＝ １ ｇ Ｂｚ ０ ｌ
６ ０
（ ＝ １ ｍｍ。 ｍ。 Ｚｏ ／ ）
（） １
１ ２ Ｐ ｒｉ ｉ ． ａｓ ｅ 雨滴 谱仪 ｚ值计 算 ｖ Ｚ的定 义是单 位 体积 内粒 子直 径 的 ６次 方 之 和 ， 同粒子 直径 大小 密切 相关 。 它
看 到 ， 。 Ｚ 和 Ｚ 如随时 间 的变 化 有着较 好 的一
图 １ 回波 强度 随 时 间 变 化
・
１ ８・
气 象 水பைடு நூலகம்文 海 洋 仪 器
表 １ 雷 达 观 测 回 波 强 度 与 雨 滴 谱 仪 Ｎ ｐ｛ ｄ ∞厂 Ｚ 计 算 回 强 度 的 差Ｏ 计 异统 如 加 ：波 ｍ ２
ｒ ｄａ ａ ｄ ｃ ｍ ｐ ｒ ｄ ａ ｒ， ｎ ｏ ａ ｅ ｗｉｈ ｅ ｈｏ ｉ ｅ ｓｔｅ ｂｔ ｉ ｄ ｂｙ ｔ ｃ ｎｔ ｎ ｉｉ ｓ ｏ ａｎｅ Ｐａ ｓｖ ｌ ａｓ ｒ ｐ ｒ ｉｌ ｓ ｃ ｒ ｒ ｉ ｅ ｌ ｅ ａ ｔｃｅ ｐｅ ｔ ｏｍｅ ｅ ａ ａ ａ ｔ ｒ ｎｄ ｒ ｄ ｒ ｏｂｓ ｒ ａ ｉ ｅ ｖ ｔｏｎ， ｈｅ ｒ ｓ ｌｓ ｈｏ ｔ ｔ ｏ ｈ ｈａ ｅ ａ ｇ ｏｄ ｏ ｉｔ ｎ ｙ， ｔ ｅ ｕ ｔ ｓ ｗ ｈａ ｂ ｔ ｖ ｏ ｃ ｎｓｓ ｅ ｃ ｂｕｔ ｈｅ ｅ ｈｏ ｉ ｅ ｉｙ ｏｂ ｅ ｖ ｄ ｂｙ ｔ ｃ ｎｔ ｎｓｔ ｓ ｒ ｅ ｒ ｄａ ｓｕ ａ ｒｉ ｎｄｅ ｅ ｔｍａ ｅ ． ｒ ｓ ｉ ｔ ｄ Ｔｈｅｈｅ ｖ ｅ ｈ ｒ ｃｐｉａ ｉ ｎ ｉ ， ｈｅｓ ｒ ｇｅ ｈｅｅ ｈｏ ｉ ｅ ｉｙ ｉ ｔ ｂｖ ｏ ａ ｉ ｒｔ ｅ ｐ ｅ ｉ ｔ ｔｏ ｓ ｔ ｔｏｎ ｒｔ ｃ ｎｔ ｎｓｔ ｓｗｉｈ ｏ ｉ ｕｓ ｕ ｅ ｅ ｔｍａ ｉ ．Ａｆｅ ｃ ｍ ｅ ｅ ｔ ｒ ｃｐｉａ ｉ ｎ ｅ ｔｍ ａ ｅ Ｉ ｒ ｌｔｏ ｈｉ ｓｍ ｏ ｅ ｃｏｓ ｌ ｏ ｎｄ ｒ ｓ ｉ ｔｏｎ ｔ ｒ ｅ ｈｏ ａ ｎｄ ｄ，ｈｅ ｐ ｅ ｉ ｔ ｔｏ ｓ ｉ ｔ ｄ ｂｙ Ｚ－ ｅａ ｉ ｎｓ ｐ ｉ ｒ ｌ ｅ ｙ ｔ
致性 ， 者 的相 关 系数 为 ９ ． ６ 总体 上低 两 ２３／ ９ 。Ｚ
于 Ｚ 。 ， 示 雷 达 总体 上 有 低 估 回波 强 度 的情 。．表 。 如 况， 并且 当降水较 强 ， 值 相 对 较 大 的 时段 ， Ｚ 两
∞
者 的差值 也 较 大 。雷 达高 估 的情 况 非 常少 ， 只是 在 降水 快结 束 时 降 水 强度 和 Ｚ 值 都 较 小 时 出 现 个别 点 。 由于 Ｚ ｉ 变 化 范 围较 大 ， 所 有 点 № 。 将
Ｚ ａ ｇ Ｈ ａ ， ｉｇ ｈ ｎ ｏ Ｌｉ ｎ Ｊ
（ ｔｏ ｏｏ ｉａ ｏ ｌｇｅ ＰＬ Ｕｎｖ ｒｉｙ ｏ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅｈ ｏ ｏ ｙ， ｎ ｉｇ ２ ｉ １ Ｍｅｅｒ ｌｇ ｃ ｌ ｌｅ ， Ａ ｉ ｅｓｔ ｆ Ｓｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ Ｎａ ｊｎ １ ０ ） Ｃ １
Ｃ是 雷 达波 长 。 由上 式 可 导 出 ｄ Ｂ与 ｄ ｚ之 间 的 Ｂ
关系， ： 即
ｄ ｚ ２ ｇ Ｒ＋ Ｎ （ Ｂ） １ ｇ Ｂ ＝ ０ ｌ ｄ 一 ０ ｌ
ｊ ｍ ｉ ｎ
（） ５
２ 雷达反射率 因子对 比分析
２ １ 对 比分 析 ．
式 中左 侧 为 雷 达 反 射率 因子 的 ｄ ｚ ， 侧 第 １ Ｂ 值 右 项 为距 离订 正项 ， ２项 回 波 功率 与雷 达 最 小 可 第
Ａｂ ｔａ ｔ Ｕ ｓｎ ｔ ｅ ｒ ｃｐ ｔ ｔ ｎ ｄ ｔ ｂ ｅ ｖ ｄ ｂ ｔ ｅ Ｐａ ｓｖ ｌ ｄ ｓ ｒ ｍｅ ｅ ｎ ｐ ｌ ｒ ｗｅ ｔ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｉ ｇ ｈ ｐ ｅ ｉ ｉ ｉ ａ ａ ｏ ｓ ｒ ｅ ｙ ｈ ｒ ｉ ｅ ｉｄ ｏ ｔ ｒ ａ ｄ Ｄｏ ｐ ｅ ａ ｈ ｒ ａ ｏ
７
供 的 回 波 强 度 作 ９点 空 间 平 均 ， 到 平 均 值 得
Ｚ出 ， 这样 可 以 降 低 由于 水 平 平 移 所 造 成 的 误 差 ， 法 是 将 距 Ｐ ｒｉ ｌ 滴 谱 仪 上 方 最 低 仰 角 方 ａｓ ｅ 雨 ｖ 距 离最 近 的 ９个 点 的 回波强度 直 接平 均得 到其 回
Ｐａ ｓｖ ｌｍｅ ｓ ｒ ｄ， ｉｈ ｅ ｈ ｎ ｅ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｒ ｃｐ ｔ ｔ ｎ ｅ ｔ ａ ｅ ｙ ｔ ｅ ｒ ｄ ｒ ｒｉ ｅ ａ ｕ ｅ ｗｈ ｃ ｎ ａ ｃ ｓｔ ｅ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｐ ｅ ｉ ｉ ｉ ｓ ｉ ｔ ｄ ｂ ｈ ａ ａ ． ａ ｏ ｍ
均 雨 强 ７ ５ ． ５ ｍｍ／ ， 大 雨 强 达 ５ ． ３ ｍｍ／ 。 ｈ最 ５ ７ ｈ
达性 能有 关 的常 数 。特 别 是 与 波 长 关 系 密切 ， 它 随 着波 长减 少迅 速减 小 。 由于 Ｓ波段 的多 普勒 天
气 雷达 波长 较长 ， 大都 在 １ ｍ 左 右 ， ｄ ｚ 随 ０ｃ 而 Ｂ值
观测 到 的 回波 强度 有低 估 的现 象 ， 并且 降水 强度越 强 ， 回波 强度 越 大 ， 雷达 低 估 的现 象 越 为 明
显 。经过 回波 修 正后 ， 统计 的 Ｚ Ｉ关 系式估 算的 降水量 与 Ｐ ｒｉｅ 测得 的 降水 量更 为接 近 ， 用 － ａｓ ｌ ｖ
可 以提 高 雷达 定量 估算 降水 的准 确性 。
关键 词 ： 多普 勒 雷达 ；－ Ｚ Ｉ关 系 ； 雷达 回波 强度 ； 降水量 中图分类 号 ： ＴＮ９ ９ ４ ５ ． 文 献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ６０ ９ ２ １ ） ２０ １—４ １ ０ —０ Ｘ（ ０ １ ０ —０ ６０
Ｃｏ ｐａ ａ ｉ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ｆｏ ｓ ｒ ａ ｉ ｎａ ｅ ｕ ｔ ｅ ｗｅ ｎ ｍ ｒ ｔｖ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｂ ｅ ｖ ｔｏ ｌｒ ｓ ｌｓ ｂ ｔ ｅ Ｐａ ｓ ｖ ｌｄ ｓ ｒ ｍ ｅ ｅ ｎｄ Ｄｏ ｐｌ ｒ ｗｅ ｔ ｅ ａ ａ ｒ ｉ ｅ ｉ ｄ ｏ ｔｒ ａ ｐ ｅ ａ ｈ ｒｒ ｄ ｒ
Ｐ ｒｉｅ 雨 滴谱 仪 计 算 的 结 果 有 一 定 差 异 ， 比 ａｓ ｌ ｖ 相 而 言 ， 用 Ｐ ｒｉ ｌ 利 ａｓ ｅ 雨滴谱 仪计 算 出 的近地 面气 象 ｖ 目标 的 回波值更 能客观地反 映近地面降水情况 。 利 用 Ｐ ｒｉｅ 雨滴 谱仪 观测 资料 统 计计 算 的 ａｓ ｌ ｖ 不 同地 域 Ｚ Ｉ关 系信息［ ］ 可 以在该 地 区雷达估 － １ ， 。
第 ２期
２ １ 年 ６月 ０１
气 象 水 文 海 洋 仪 器
Ｍ ｅ ｅ ｒ ｌ ｇ ｃ ｌ Ｈｙ ｒ ｌ ｇ ｃ ｌ ｎ ａ ｉｅ Ｉ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｔ ｏ ｏ ｏ ｉａ ， ｄ ｏ ｏ ｉａ ｄ Ｍ ｒｎ ｎ ｔ ｕ ｎ ｓ ａ
Ｎｏ ２ ．
Ｊｎ ２ １ ｕ ． Ｏｌ
Ｐ ｒｉｅ 雨滴谱仪 与多普勒 ａｓ ｌ ｖ 天 气 雷 达 观 测结 果 对 比分 析
Ｚ— Ｒ Ｚ Ｐｒ
Ｌ ／
ｚ ＞： Ｄ ） ＝ Ｎ（ Ｄ
（） ７
（） ４
Ｎ（ 是 在单 位 体积 内第 ｉ Ｄ） 级直 径 通 道对 应
的所 有 降水 粒 子 数 ， 的 单 位 为 ｍｍ ｍ。 Ｚ 与 Ｚ ／ ，
ｄ ｚ两者 存在 着 以下关 系 ： Ｂ
ｄ ｚ １ ｇ Ｂ ＝ ０ ｌ Ｚ （） ８
测 功率之 比 的 分 贝 数 ， ｄ 即 Ｂ值 。第 ３项 是 与 雷
２ １— ７１ ０ ００ —６降 水 过 程 是 一 次 持 续 的 降 水 过 程 ， 间有 较 强 的对 流 单体 存 在 。降水 过 程从 早 期 上 Ｏ ：７持 续 到 １ ： ０结 束 。在 此 期 间 ， 降水 ６０ ３Ｏ 总 量 ５ ． ５ｍｍ， 均雨 滴数 浓度 ５ ５ ８ ／ ， ５０ 平 ７ ． ４个 ｍ。 平
张 昊 ， 李 靖
（ 放 军 理 工 大 学气 象 学 院 ， 京 ２ １０ ） 解 南 ｌ１１
摘 要 ： 用 收集到 的 降水雨 滴谱 资料 与多普 勒 雷达 的观 测 资料 ， Ｐ ｒｉｅ 激光 降水 粒 子谱 利 将 ａｓ ｌ ｖ 仪计 算 的 回波 强度 与 雷达 观测 的回波 强度 作 以比较 ， 果表 明： 结 两者具 有 较 好 的 一致 性 ， 雷达