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
雷达定量降水估计常用方法介绍
B
%
6-
B-g$ ?-
$$
通过校准后得到的估测场则为
6 @Ag? @A c%
$)
平均降准法较单点校准法降低了随机误差精度上
有所提高但 该 方 法 无 法 体 现 降 水 梯 度 分 布 误 差 仍 然
较大 (&( 卡尔曼滤波法3
引入一个随时间动态变化的订正因子 >将前一时刻
(&$ 单点校准法
假设一个初始 f2J关系式根据该关系式得到雷达观
测降水的初估场 K ^H 将观测区内雨量计观测值记为
G则可得到观测区内的校准因子 "为
%g6?
'
而订正后的雷达估测场可由下式得到
6 @Ag? @A c%
$%
因单点雨量计具有较大的局限性由此得到的雷达观
该方法校准的雷达观测值降水分布更加准确且该方法适
用于绝大部分场景
(展望
雷达定量降水估计因其具有高时空分辨率的特点且
能够快速获得大范围降雨资料在降雨监测方面具有广泛
运用的潜力 随着监测降水的不断深入研究雷达定量降
水估计的方法不断优化利用雷达进行定量降水估计具有
广泛的应用前景
水文气象领域的研究一直是非常复杂的雷达定量降
;&<=1-,'+:<E<:&e9<-=/=<=/[;I:;,/I/=<=/@-&f2J:;?<=/@-
44降水是水文循环的基本要素之一 区域洪涝灾害受
降水强度的直接影响研究降水时空间变化能够有效减
少洪涝灾害带来的影响 利用雨量计进行降水监测具有
单点精度高的优势但是其难以反映区域降水的时空分
9:'0-+40+9D/-8:<E<:=@C@-/=@:I:;,/I/=<=/@- ,<- \9/,.?H@F=</- <A/E;:<-8;@>:</-><??/->@:C<=/@-&O;,<9D;@>/=D <E[<-=<8;D@>B/8B =;CI@:<?<-E DI<=/<?:;D@?9=/@-"\9<-=/=<=/[;I:;,/I/=<=/@- ;D=/C<=/@- B<D8:<E9<??HF;;- <II?/;E =@:</-><??C@-/2 =@:/-8F9D/-;DD&QB/DI<I;:/-=:@E9,;DD;[;:<?:<E<:\9<-=/=<=/[;I:;,/I/=<=/@- ;D=/C<=/@- C;=B@ED,@CC@-?H9D;E /- F9D/-;DD>:@C =A@<DI;,=D+f2J:;?<=/@-DB/I C;=B@E <-E :<E<::</- 8<98;+@/-=;D=/C<=/@- C;=B@E&
雷达定量测量强降水的方法研究
雷达定量测量强降水的方法研究作者：靳彦君来源：《信息技术时代·中旬刊》2019年第02期摘要：本文根据降水云物理机制、天气系统、云型对降水区域进行划分，利用2014年青奥会期间南京信息工程大学C波段双偏振多普勒雷达观测数据，结合雷达扫描覆盖区域内的雨量计数据资料对降水估计情况进行检验，通过最优化方法建立可以变化的Z-I关系。
计算城市及周边区域逐时段的面雨量分布，并与雨量计测值进行比对，提高在体育赛事短临预报中的降水估计精度，为强降水预警提供依据。
关键词：多不普勒雷达观测：雷达定量估测降水1 研究背景及意义目前为止，国内外气象工作者已经对雷达定量测量降水开展了很多研究，均在一定程度上提高了降水测量精度，但对一些特大暴雨过程，强降水低估仍相当明显。
本研究通过识别天气系统，获取、处理资料（探空、雷达数据、雨量计）。
对降水区域按照不同物理机制、天气系统大致分为三类：对流性降水、层状云降水、层积混合云降水。
对分类后的降水区域分级优化Z-I关系，通过对不同雷达回波机制使用不同的Z-I 关系，预计各级别回波强度的降水估测误差将明显减小，对暴雨的低估也可得到较好的订正。
2 雷达定量测量强降水2.1 降水概况2014年青奥会于8月16日20时在南京奥体中心开幕，于当月28日闭幕。
奥体中心作为主要场馆，是各类体育竞技的主要场地。
因此，在青奥会期间，南京自动雨量计站实行了加密指令。
加强了对场馆附近气象要素的监测。
为期13天的青奥会，南京天气以阴雨为主，降水多为阵性。
本次研究所取数据从8月16日到8月31日。
举行开幕式的16日白天及夜间有较强降水。
结合天气图、卫星云图以及雷达资料、雨量计资料，选取这次降水过程分析。
2.2 天气背景根据2014年 8月15日至17日的500hPa天气图可看出，15日20时到16日20时中高纬度环流形势比较稳定，整体为经向型环流。
15日20时有一低槽刚移过南京，到16日08时该槽断裂为两个浅槽。
科技成果——雷达定量估测降水系统
科技成果——雷达定量估测降水系统技术开发单位北京大学成果简介雷达定量估测降水系统（QPEGS）是中国气象局与水利部合作项目“淮河黄河暴雨洪水监测预报系统试验”项目（2000-2004年）针对暴雨监测开发的雷达定量估测降水系统。
北京大学大气科学系作为合作方，参加了该系统的研制和推广。
功能用途功能：本系统用于监测雷达周边200公里范围的降水实况。
时间分辨率为6分钟，空间分辨率1km，降水量分辨率0.1mm/hr。
QPEGS3.0的主要功能如下：1、一台“降水估测处理机”可同时支持最多7部雷达的降水估测。
2、可以构建多台“降水估测处理机”同时运行。
3、可选择实时处理、非实时处理两种模式。
4、可设置降水产品的累积时间长度，最多为60分钟，最少为30分钟。
5、可调整降水产品的输出频次，最少为1次/小时，最多为10次/小时。
6、对单部雷达有效探测范围内的降水分布进行估测，最大距离达240公里。
7、对每一部雷达可从预定设置的多组Z-R关系中挑选一种进行降水估计，又保留实时统计的Z-R关系接口。
8、提供雷达定量测量、雨量计校准雷达测量和降水估测集成等多种产品，输出产品数据和GIF图像文件。
9、显示运行状态信息。
10、提供产品数据浏览界面。
本系统可以为政府部门的灾害性天气预警和防洪减灾决策提供依据，为油田、港口等大型企事业单位提供降水监测服务。
技术优势QPEGS是基于Windows操作系统的应用软件，通过internet网络实时获取气象部门数据服务器上的雷达、雨量计数据，可同时处理7部雷达（约覆盖一个省）的数据。
根据处理雷达部数的多少，QPEGS系统由1或2台台式计算机组成，需要计算机网络的支撑。
技术水平2004年由中国气象局、水利部、中国气象科学研究院、南京信息工程大学、北京大学等单位组成的鉴定委员会鉴定该降水监测系统填补了国内雷达业务系统中的空白，达到国际同类技术的先进水平。
该系统获得2004年中国气象局科学技术进步二等奖。
雷达定量估测降水量中双偏振参量的算法
雷达定量估测降水量中双偏振参量的算法赵畅; 魏鸣; 刘红亚; 陈雷【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)018【总页数】7页(P40-46)【关键词】双偏振雷达; 偏振参量; 定量测量降水量【作者】赵畅; 魏鸣; 刘红亚; 陈雷【作者单位】南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044; 上海中心气象台上海200030【正文语种】中文【中图分类】P412多普勒天气雷达是天气监测和预警的重要探测工具，而基于雷达资料的定量降水估测和预报一直以来是多普勒雷达的重要应用之一。
常规的单偏振多普勒天气雷达只能发射和接收水平方向的偏振波，相比之下，双偏振雷达可以获得更多关于雨滴谱分布和降水类型等方面的信息。
欧美国家已经进行了大量的双偏振雷达研制和产品应用工作。
中国也从上世纪末逐步开展了双偏振雷达的建设、改造和研究工作。
2014年5月底，上海WSR—88D多普勒天气雷达完成双偏振技术升级，成为中国首部业务化的S波段双偏振多普勒天气雷达。
目前，双偏振升级后的雷达产品已经融入上海短时临近预报预警业务中，可以为上海及周边地区的灾害性天气监测分析、预报预警业务以及中尺度数值天气预报模式资料同化提供多样化且更精准的信息。
双偏振多普勒雷达[1]通过发射垂直和水平方向的电磁波，可以分别获取这两个通道的回波信息。
除了能得到常规多普勒雷达的参数反射率因子Z、径向速度V、谱宽W之外，根据不同收发模式两个通道返回的信息，还可得到差分反射率因子Zdr、退偏振因子Ldr、差分传播相移Φdp，差分传播相移率Kdp、相关系数ρhv 等多个偏振参量。
国内外研究结果表明，双偏振雷达在冰雹大粒子识别、降水粒子相态识别、定量估测降水量等方面具有优势。
在降水估测方面，文献[2]研究结果表明，双偏振多普勒雷达的降水估测效果可比传统多普勒天气雷达的效果有较大提高；文献[3]发现偏振算法估算降水的精度会随着降雨强度的变化而变化；文献[4,5]发现，在小雨的情况下，反射率因子Zh和差分反射率因子Zdr的组合关系式R(Zh,Zdr)与传统的Z-R关系相比，定量估测降水量的精度提高不明显，在降雨强度较大时，基于差传播相移率Kdp的估测降水关系式R(Kdp)比R(Zh)和R(Zdr)更好；文献[6]的研究则表明在中到大雨的降水中使用R(Kdp,Zdr)进行降水估测效果要优于R(Zh)、R(Zh,Zdr)和R(Kdp)；文献[2,7]则在QPE(quantitative precipitation estimate)算法中综合使用了Zh、Zdr、Kdp这三种双偏振参量，并给出了基于降水类型识别的优化降水估测算法。
多普勒天气雷达原理与应用6-雷达探测算法
Z-R关系误差
①滴谱分布的变化: Z-R方程是在对滴谱分布形式做 了某种假定的条件下得到的。实际滴谱分布可以偏 离假定。 ②混合型降水与亮带: 混合型降水—雨与雹、雪或 是冻雨混合，会产生大的反射率因子值，引起降水 率的过高估计。 当冰晶下落通过溶化层时，它们的 外表面开始溶化。正好位于溶化层（0°层面）下面， 这些包着水外衣的冰晶反射率因子是高的，产生增 强的雷达信号，在PPI上象弧形结构，在常规天气雷 达上叫做“亮带”，亮带会造成降水率的过高估计。
雷达降水估计
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反射率因子Z和降水率R
反射率因子Ｚ： 反射率因子与滴谱分布和滴的尺 度有关。表示为：
Z=∫N(D)D6dD 这里，Z＝反射率因子 D＝滴直径 N（D）＝每立方米给定直径的滴数量
Z r 2 Pr c
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dB 1Z • 0 lg Z Z 0
Z 0 1 m6/m m 3
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WSR-88D 降水处理子系统
WSR-88D 降水处理子系统（PPS）由五个主要算 法子程序和两个外部支持功能块构成。
五个子算法是：1）降水预处理；2）降水速率；3） 降水累加；4）降水调整；5） 降水产品。该算法包括46 个可调（适配）参数。通过调整这些参数，可以适应局地 气象条件。
R6NDD3wt DdD
这里 R＝降水率 D＝滴直径 N(D)＝给定直径的滴数目／立方米 Wt(D)=给定直径滴的下落速度
注意：R正比于滴直径的3次方。
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• R正比于滴直径的3次方； • Z正比于滴直径的6次方； • 改变滴直径会引起R的大变 化，Z会产生更大的变化。
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雷达气象：第六章 雷达定量测量降水
N ( D) ∆D = C1Dµe−ΛD∆D
∫ I = ∞ N (D) 1πρ D3v(D)dD
0
6
∫ Z = ∞ N (D)D6dD 0
( ) v Dj = C2Djβ1
⇒ Z = AI b
Z-I关系测量降水
目前常用的典型Z-I关系：Z=200I1.6
WSR-88D：Z=300I1.4
A，b 为常数，理论关系只适用于平均情况，因地区、 季节、时间、空间、降水类型的不同而不同，甚至同一次降 水过程中， Z-I关系也会变化。
Z-I关系测量降水
基本原理
Pr
=
π3 1024(ln 2)
Pt G 2θ1ϕ1h λ2
ψ R2
m2 −1 m2 + 2
R
Z ×10−0.2∫0 kdR
Pr = CZ / R2
∫ Z = ∞ N (D)D6dD 0
∞
I = ∫0 N (D)M (D)v(D)dD
Z-I关系测量降水
基本原理
雷达反射率因子
Z-I关系测量降水
Ze-I关系
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 他方式（如最优化处理）来得到Ze-I关系。
Z-I关系测量降水
反射率因子Z与含水量M的关系（Z-M关系）
单位体积内云和降水中液态或固态水的总质量
∑ ∫ M
= 1 πρ 6
式，使它有最佳逼近这些实测的 °pl 值。设
p(i, j) 为拟合后各网格点处的校准因子
∑ p(i, j) = ai, j xi y j i, j
雨量计实时校准
距离加权法
∑ p(i, j) = W (rl )P°l
雷达定量测量降水
雷达定量测量降水白先达;王艳兰;孙莹【摘要】根据桂林新一代天气雷达实际定义混合扫捕面,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-J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临测业务自动化.%The XINRAD S/B radar was put to use after 2004 in Guilin, and some experiments on radar rainfall estimates were carried out.A mixing scanned plane was defined according to the actual situation of Guilin, by means of the graded radar echo intensity and the optimization method, the coefficients of A and b in Z-I relation are obtained.The capability of measuring rainfall quantitatively is improved obviously.The accuracy increased by 20％ in use of our Z- I relation, compared with the method of weather system classification; increased by 40％ compared with that by the generally used one developed by ing the graded radar echo intensity to set up the Z - I relation for radar rainfall estimates is easy to operate, to change the Z-I relation automatically, and to achieve the automation of rainfall estimates.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2011(039)001【总页数】5页(P61-65)【关键词】天气雷达;定量降水测量;Z-I关系【作者】白先达;王艳兰;孙莹【作者单位】广西桂林市气象局,桂林,541001;广西桂林市气象局,桂林,541001;广西桂林市气象局,桂林,541001【正文语种】中文雷达定量测量降水是雷达气象学研究的重要内容。
天气雷达定量估测降水研究进展
Advances in Research of the Weather Radar Quantitative Precipitation Estimation
Gu Junxia, Shi Chunxiang, Pan Yang
(National Meteorological Information Centre, Beijing 100081)
Keywords: weather radar, quantitative precipitation estimation, MRMS, research advances
0 引言
在高时空分辨率降水产品研制中，天气雷达探测 资料以其特有的优势变得举足轻重。自上世纪末起， 随着计算机技术、存储技术、通信设施及数字化天气 雷达技术的发展，使得利用计算机处理海量天气雷达 探测资料成为可能，美国[1-2]、法国 、 [3-4] 德国、澳大
收稿日期 ：2017 年 9 月 8 日；修回日期 ：2017 年 12 月15 日 第一作者 ：谷军霞（1981—），Email ：gujx@ 资助信息 ：国家气象科技创新工程“气象资料质量控制及
多源数Байду номын сангаас融合与再分析”攻关任务
气象雷达技术在降水监测中的应用研究
气象雷达技术在降水监测中的应用研究一、引言降水是地球上水循环的重要环节，对于农业生产、水资源管理、灾害预警等方面都具有至关重要的意义。
而气象雷达技术的出现和不断发展，为降水监测提供了强大而有效的手段。
气象雷达通过发射电磁波并接收回波，能够实时获取降水的位置、强度、移动方向等信息，极大地提高了我们对降水过程的认识和预测能力。
二、气象雷达的工作原理气象雷达主要基于多普勒效应工作。
雷达向大气中发射脉冲电磁波，当这些电磁波遇到降水粒子（如雨滴、冰晶、雪花等）时，会发生散射和反射。
部分散射和反射的电磁波被雷达天线接收，通过对接收信号的分析和处理，可以得到降水粒子的特性和分布情况。
多普勒效应在气象雷达中的应用使得我们不仅能够了解降水粒子的位置和强度，还能获取其运动速度和方向。
这对于判断降水系统的移动趋势、发展演变以及可能造成的影响具有重要意义。
三、气象雷达在降水监测中的应用（一）定量测量降水强度气象雷达可以通过测量回波的强度来估算降水的强度。
不同的回波强度对应着不同的降水强度等级，例如小雨、中雨、大雨、暴雨等。
这种定量测量为气象预报和水资源管理提供了重要的数据支持。
（二）监测降水的空间分布气象雷达能够覆盖较大的区域，实时获取降水在空间上的分布情况。
这有助于了解降水的不均匀性，对于农业灌溉、城市排水系统的规划和管理等具有重要指导作用。
（三）追踪降水系统的移动和演变通过连续观测，气象雷达可以追踪降水系统的移动路径、发展速度和变化趋势。
这对于提前发布灾害预警、安排防汛抗洪等工作至关重要。
（四）与其他观测手段相结合气象雷达的数据通常会与地面雨量站、卫星遥感等其他观测手段相结合，以提高降水监测的精度和可靠性。
例如，地面雨量站可以提供更准确的局部降水信息，对雷达估算的降水进行校准和补充。
四、气象雷达技术的优势（一）实时性和高时空分辨率气象雷达能够在短时间内完成对大面积区域的扫描，提供近乎实时的降水信息，并且其时空分辨率较高，可以捕捉到降水的细微变化。
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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