回波强度垂直廓线与雷达定量估测降水的关系.

第32卷第3期2014年6月

干旱气象

Journal of Arid Meteorology

Vol．32No．3

June ，

2014王丽荣，

刘黎平，王立荣．回波强度垂直廓线与雷达定量估测降水的关系［J ］．干旱气象，2014，32（3）：399－406，［WANG Lirong ，LIU Liping ，WANG Lirong．Ｒelations Between Vertical Profile of Ｒeflectivity and Ｒadar Quantitative Precipitation Estimation ［J ］．Journal of Arid Meteorology ，2014，32（3）：399－406］，doi ：10．11755/j．issn．1006－7639（2014）－03－0399

回波强度垂直廓线与雷达定量估测降水的关系

王丽荣1，

刘黎平2，王立荣3

（1．河北省廊坊市气象局，河北

廊坊065000；2．中国气象科学研究院，北京100081；

3．河北省石家庄市气象局，河北

石家庄050081）

摘要：为了分析不同高度回波强度与地面降水的关系，

提高雷达定量估测降水的能力，本文对石家庄2006 2008年5 9月共77次降水过程的反射率因子垂直廓线（VPＲ）进行了统计分析。对比降水实况和VPＲ发现，各个高度层的反射率因子波峰（谷）同降水波峰（谷）相一致，而且降水强度越大，反射率因子核心高度越低。同时，还比较了距离雷达站不同的水平距离和不同海拔高度的反射率因子特征，发现海拔高度对5mm /h 以下降水率和垂直高度在4km 以下各层的反射率因子会造成一定的影响，而对强降水和高层反射率因子影响较小。另外，零度层亮带在VPＲ上表现出反射率因子增大的特征，影响降水估测效果。为了消除零度层亮带的影响，选取1．5 3．5km 为估测降水的最佳高度范围，各站具体选取高度则取决于其距雷达站的水平距离和海拔高度。关键词：定量估测降水；反射率因子垂直廓线；最佳高度文章编号：1006－7639（2014）－03－0399－08doi ：10．11755/j．issn．1006－7639（2014）－03－0399

中图分类号：P457．6

文献标识码：A

收稿日期：2013－10－29；改回日期：2013－12－16

基金项目：国家自然科学基金项目（41375038）及中国气象局预报员专项（CMATG2010Y02）共同资助作者简介：王丽荣（1973－），女，河北保定，

硕士，正研级高工，主要从事多普勒雷达资料分析与应用研究．E －mail ：wlr_wzy@163．com 引言

利用雷达估测降水的优势在于雷达覆盖范围内

可获得较高时空分辨率的实时回波资料，由此可以估测出大范围的瞬时降水强度和区域降水量分布等

［1－2］

。国外的气象学家们用雷达、雨量等数据，分

析了冰雹云中的垂直廓线（Vertical Profile Ｒeflectivi-ty ，VPＲ）特征及回波垂直结构的变化对降水估测的影响

［3－4］

，结果表明回波强度的垂直变化是影响降

水估测的重要因素。随着我国新一代天气雷达的发展，雷达资料的数量和质量都有了很大提高，逐渐能够满足雷达分析［5］

和估测降水的需求。吴翠红

等［6］对平均垂直廓线的生成方法进行了研究；史锐

等

［7］

应用最小二乘曲线拟合VPＲ数值，将降水分为

层状云和对流云，联合雨量计平均校准因子估测降水，在不考虑地形的作用下，大部分区域估测效果比较合理；戴铁丕等

［8］

应用上海中心气象台714数字

化天气雷达立体扫描资料，初步探讨了上海地区3次降水天气过程中反射率因子的垂直分布廓线；赵

瑞金等

［9］

对石家庄4次天气过程实时雷达反射率

因子垂直廓线的特征进行了分析，发现层状云和混合性降水反射率因子垂直廓线有明显的零度层亮

带，短时强降水过程的反射率因子垂直廓线不存在零度层亮带，冰雹过程中反射率因子垂直廓线的变化较大。这些研究表明，反射率因子垂直廓线的分析对提高雷达估测降水的精度有重要意义。

以往的工作主要是针对有限的几次过程开展，本文利用石家庄新乐雷达2006 2008年夏季的降水过程，分析反射率因子的垂直廓线特征、零度层亮带的影响以及不同量级降水、不同海拔高度、不同水平距离的反射率因子特征，为确定雷达定量估测降水所选取的反射率因子最佳高度提供客观依据。

1雷达和降水资料

石家庄地处太行山东麓，山地、平原均有，地形

复杂，研究结果具有一定的代表性。本文选取2006 2008年5 9月石家庄77次降水过程雷达和降水资料，反射率因子垂直廓线分析的资料来自石家

庄新乐CINＲAD－SA雷达，雨量资料取自人工观测站报表文件中的资料，时间分辨率为1h。降水过程各月分布如表1所示，表中的零度层高度为降水过程当日邢台站（114．50ʎE，37．07ʎN）08时和20时零度层高度的平均值。

表12006 2008年5 9月各月降水次数

及降水日零度层的平均高度

Tab．1The rainfall times in each month and the

average height of the zero layer on the precipitation

days from May to September during2006－2008

月份5月6月7月8月9月降水次数/次112023176 08时零度层高度/m35294299487145813867

20时零度层高度/m30514313482547473774

本文研究对象是不同海拔高度和水平距离反射率因子特征，采用不同高度上的CAPPI（Constant Al-titude Plane Position Indicating）产品。利用中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室开发的多普勒雷达三维拼图［10－11］程序反算2006 2008年逐次降水过程的反射率因子CAPPI产品。考虑到“静锥区”和探测高度随距离增加等雷达探测局限性的影响，初始分析高度为0．5km。石家庄各站海拔高度、距雷达站水平距离以及反射率因子初始数据层高度等情况如表2所示。

2反射率因子垂直廓线分析

2．1零度层亮带在反射率因子垂直廓线上的反应由表1看出，河北省中南部5 9月有降水时平均零度层高度在3．5 5km，雷达图上表现为零度层亮带。为了比较不同类型降水过程零度层亮带在

表2石家庄各观测站信息表

Tab．2The information at each station of Shijiazhuang

站名

海拔高度

/m

距雷达站距离

/km

反射率因子初始

数据层高度/km 石家庄8144．171．2

辛集3765．972．0

平山13746．311．2

赞皇13784．312．5

灵寿11029．670．8

行唐9817．910．5

晋州4348．911．2

深泽3845．321．2

正定7226．210．8

井陉25662．481．5

藁城5339．161．0

无极4627．590．8

赵县4366．152．0

栾城5353．211．5

高邑5085．592．5

元氏6469．122．0

反射率因子廓线上的特征，我们根据降水率的大小选取石家庄站5次代表性的降水过程来进行分析（表3）。图1是5次过程某一个体扫的反射率因子PPI图像，可以看出，降水强度大的2次过程有明显的反射率因子核心，而且核心强度超过50dBZ，属于典型的对流云降水回波。较弱的3次过程回波分布比较均匀，回波强度大部分时段低于40dBZ，属于积层混合云回波，其中2008年7月29日以对流云回波为主，另外2次过程则以层状云回波为主。可见，这5次过程包含了降水回波的3种类型：对流云降水回波、层状云降水回波、积层混合云降水回波，具有一定的代表性。

表3石家庄站5次不同量级降水过程零度层高度Tab．3The0ħlayer height during the representative rainfall processes with five precipitation levels in Shijiazhuang station

降水率/（mm/h）过程日期

前一日20时零度层高度

/m

08时零度层高度

/m

20时零度层高度

/m

54．32008－09－0717：00428341853820

38．22008－08－1412：00462443604520

13．32006－08－1416：00569550824888

8．12008－07－2921：00523853845302

0．92006－05－2019：00426841793782

004干旱气象32卷