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1、滨江学院大气探测学题目雨量的测量方法学生姓名学号院系电子工程系专业通信工程指导教师吕晶晶二Ｏ一三年十二月二十二日一、雷达定量测量降水摘要?根据天气雷达实际定义混合扫描面,采用降水回波强度分级,用最优化方法统计Z-I关系中的A、b系数,定量测量降水能力得到了明显的提高,比用天气系统分类确立的Z-I关系准确率提高20%,比直接应用美国提供的Z-I关系准确率提高近40%。利用回波强度分级确定降水定量关系操作方便,容易自动变更定量估测降水的关系及实现降水监测业务自动化。关键词?天气雷达?定量降水测量?Z-I关系引言雷达定量测量降水是雷达气象学研究的重要内容。用多普勒天气雷达定量估测降水,相对于
2、用雨量筒测量,具有测量范围广、时空分辨率高、可及时取得大面积定量降水资料的优点,对流域面雨量预报具有重要参考价值。通过对降水强度的估测,对于降水云的识别[2]和强对流天气的判别也有很好的指示意义。目前雷达测量降水主要依据是Z-I关系式,即Z=AIb。降水定量估测准确度在很大程度上取决于Z-I关系式中A、b系数的确定,因为不同季节、不同地点的降水性质不同,其Z-I关系式也不同。长期以来世界国气象工作者都采用雨滴谱方法求Z-I关系,由于雨滴谱的取样困难,基层台无法进行,很多台站只能沿用雷达厂家配给的Z-I关系来估测地面降水。随着自动气象站的建设,降水观测的空间和时间密度大大增加,直接利用地
3、面加密降水量观测资料与雷达回波强度进行统计分析,研究雷达定量测量降水的Z-I关系,这种方法已被越来越多的研究采用。从Z=AIb可知,雷达反射度Z与降水强度I成指数关系,其中A和b为统计系数,一直以来各地都是根据降水天气形势或降水类型来确定,即分别统计不同降水天气形势下的A和b系数。张家国等利用Atlas一阶矩概率匹配法分别在每一个区域建立了对流型、雷雨混合型、阵雨混合型3种雨型随测距变化的气候Z-I关系。有的研究是根据季节来统计A和b系数,迟竹萍等利用最优化方法,选择层状云降水天气,按雷达探测距离分组,对春秋季节层状云降水Z-I关系进行研究。还有专家开发雨量计校准雷达定量测量降水的实时
4、业务系统,对Z-I关系反算出的雨量与实测雨量进行校对,选择不同降水系统最优Z-I关系。雷达定量测量降水的主要误差来自几个方面:降水对雷达电磁波的衰减,雷达有效照射体积和地面雨量计附近雨滴谱分布的空间差异,雷达波束的平均作用,地物杂波干扰。在利用ZI关系定量估测降水的时候,不少专家作了不同的订正,梁岱云利用地面降水实况,考虑测点与雷达站的距离、地物干扰等,对定量估测降水量进行订正,取得了较好的效果[10],项经魁探讨了利用自动雨量站资料订正雷达测量降水有关问题,认为雷达定量测量降水精度与降水类型关系十分密切;雷达探测精度与测站的地理分布有关,若将订正系数再按地域进行适当修正,可进一步提高
5、其精度;雷达测量单点雨量的误差除与雷达参数、标定精度、处理方法和ZI关系选取有紧密联系外,还与短时间内降水时空分布有关[11]。由于同样的天气形势,在不同时间产生的地面降水强度差异很大,不论何种天气形势,降水不均匀性总存在,某一种统计关系代表不了不同降水类型的雨强与回波强度之间的关系,所以估测的降水量存在较大误差。根据桂林雷达定量测量降水的研究,我们尝试不分天气系统,将雷达回波的强度进行分级,直接与地面雨量测量资料进行统计,得到不同雷达回波强度级别所对应的地面雨强。实践证明,此办法得出的ZI关系比天气形势分型统计出来ZI关系精度高,且容易实现业务化、自动化。1资料处理1.1?雷达回波资
6、料处理为了研究方便需要将像素点的极坐标转换成直角坐标,基数据资料需要内插填充。研究将标识扫描面上像素点位置的极坐标变换到直角坐标,每个像素点1km1km,固定挑选地面雨量站对应混合扫描面上像素点的雷达回波强度。雷达是每6min一次完整的体扫,1h有10次体扫,即每个点有10次扫描回波资料,将各像素点10次的强度求平均,作为统计用的回波强度资料。在处理雷达回波强度资料时,要考虑消除噪声回波,尽管雷达在调试时已经做了噪声过滤,但并没有完全过滤掉,要适当加以处理,对变化太快,且不具连续性的回波、固定的地物回波要滤掉。将雷达回波强度进行分级,每5dBz为一级,共分9级(表1)。表1雷达回波强度
7、分级1.2?雨量资料处理由于自动气象站在没有加密指令的情况下,是每小时采集一次雨量资料,时间尺度更短的资料很不完整,用1h的资料作统计对应瞬变的雷达回波强度会有一定的误差,但对于比较稳定的雷达回波误差比较小。在雨量资料处理时也要注意雨量资料的质量控制,对奇异的雨量资料给予过滤掉。将回波强度不同的每一级的样本数归类,各取样点的回波强度用Z(i,j,k)表示,对应点的雨强用R(i,j,k)表示,其中i为回波强度分级(i=1,2,9),j为地理位置(
