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

第34卷第4期2018年08月

热带气象学报

JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGY Vol.34,No.4

Aug.,2018

寇蕾蕾，李应超，楚志刚，等.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].热带气象学报，2018,34(4): 460-471.

文章编号：1004-4965(2018)04-0460-12

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

寇蕾蕾李应超2,楚志刚徐芬3

R.南京信息工程大学气象灾害预警与评估协同创新中心/气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际

合作联合实验室/中国气象局气溶胶与云降水重点实验室，江苏南京210044;

2.南京信息工程大学大气物理学院，江苏南京210044;

3.江苏省气象局，江苏南京210009)

摘 要：基于南京信息工程大学C波段双线偏振多普勒天气雷达(NUIST-CDP)的观测资料，结合南京龙王山SA天气雷达数据、南京信息工程大学大气综合观测基地的OTT Parsivel雨滴谱仪数据、南京市地面雨量计数据，分析NUIST-CDP探资料的量及定量降水估计(QPE)精度情况。将NUIST-CDP与SA雷达的回波

，发现NUIST-CDP波 偏；滴谱仪 NUIST-CDP测量的 Z"分与滴谱仪 ，雷达参量Z…、Z#$与滴谱仪 变化 ，偏；分与Z"的变化情况，分 计 的％&与Z" 用南京地区2015年 （5—8月)收集的滴谱数据计偏振雷达参数，合测雨方程，降水过程个例的QPE分析，并与南京 雨量计 $(%#&)雨精 ，$(%#&，Z#$)，用偏振量

降雨估算精度;$(Z…)、$(Z…，Z#$)方法测雨 面雨量计雨量，SA雷达

关键词：C波段双偏振多普勒天气雷达;雨滴谱；量分析;定量降水估计(QPE)

中图分类号：P466 文献标识码：A Doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2018.04.003

1引g

双偏振多普勒天气雷达是常规多普勒天气雷 达的展，具有量不同偏振向波功率的特征，可供常规多普勒天气雷达更多的波信息，如分Z#$，分

和分#!用这些偏振量不仅可以识别水凝物的态、空间取向、降水类型等 信息，可 降水 的估精，改善雷达测 量单点和流域的降水 及降水总量效[W]。

在实际探中，雷达资料易受系统及环境噪声、信 号衰减等因素的影响而制约双偏振雷达参量的应用效果[7"9]此，获取双偏振雷达资料后，分析资料量研究其在降水估计面的应用效具有重要意义。

国外双偏振雷达研究较早，已取

的研究 ，2013年美国已全面完成了多普勒雷达改造成双线偏振雷达的偏振改造工作，' 2014年完成偏振雷达组网，并投入务用。我国 第一台双线偏振天气雷达原中国学兰州

原大气物理研究所在713天气雷达上改装完成，投人运后取些有意义的研究成™。随后，许多研单位或雷达厂开展了双偏振雷达的研制或研究工作，如中国气象学研究研制的C波段双偏振多普勒雷达 京敏达改

收稿日期：2017-04-28;修订日期：2018-02-18

基金项目：江苏学基金面上基金(BK20171457);公益性行业科研专项(GYHY201306078);国家自然科学基金(41301399);江苏高校学工程资（PAPD)共同资

通讯作者:寇蕾蕾，女，，副教，要从事气象雷达数据处理和应用研究。E-m ail:C assie320@

第4期寇蕾蕾等: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461

造完成的双发双收的双偏振天气雷达等。利用这 些雷达观测数据，国内外许多专家学者及气象业 务工作人员开展了双线偏振雷达的数据质量控制 方法及应用研究，如降水粒子相态识别、双偏振雷 达降水估测方法和效果分析等!11-16]。吴林林等™分 析了 C波段车载双偏振雷达Z"#数据质量，并介 绍了 数据业务使用时预处理方法。曹杨等[18]分析了 C波段双线偏振多普勒雷达差分相位质量，等[19]了差分相位数据质量控制方法。

等[2°]C波段双偏振雷达Z%数据 减订正，并 小波分析处理后，指在雨时利用$(Z%，（&)降水测量 等[)]分析了 C波段车载双偏振雷达的 差及 分析，并研究了 质量 降水估 的

工 学C波段双线偏振多普勒天气雷达（NUIST-CDP)达 制造，2014 3完雷达的测，5月

完 ，后开 ，在 收量雷达数据NUIST-CDP完

，数测试、、正 测试果 和 多 数 据 的 分 析 果 ，NUIST-CDP[21]等[22]利用南工 学C波段双偏振雷达，研究和 分析了各偏振数波的测，指相 数 ，差分

子 [23]于 工 学C波段双偏振雷达和S波段雷达联合观测 ，分析了 C波段雷达减订正方法应用效果。但于NUIST-CDP观测 的雷达量估测降水应用效果还待于评估和验证。

本文在分析和评估NUIST-CDP质量情 况的础上，讨论了利用NUIST-CDP偏振量

量降水估测(QPE)的 和 。首先，将双偏振 雷达的波强数据Z*与 龙王山S波段天 气雷达数据 比，分析NUIST-CDP波强度 数据情况。随后，基于 工 学大气综合观测基地的OTT Parsivel雨滴谱仪数据，利用T 矩阵法算双偏振数ZH、ZD R、K DP，与NUIST-CDP数据对比，评估NUIST-CDP数据质 量，并分析雷达观测 Z d r d K d&与Z*数据的一致。后，于滴谱仪数据算偏振数拟合测雨方程，针对2015年6月2—3日和6月26—28日两降水降水演，并与 市地面雨量数据比，检验和评估该双偏振雷达定量 估测降水的性能。

2 NUIST-CDP数据质量分析

工 学c波段双偏振雷达全称为 c波段双线偏振全相参脉冲多普勒天气雷达系 统，英文简称NUIST-CDP。该雷达于2014与完，位于 工 学气象楼顶。雷达天线直径为8.5 m，水平和垂直波束宽度不超过0.54。，距离分辨率可达75 m(0.5 "@)，因此具有窄 波束、多脉冲宽、分辨的。了更地说NUIST-C D P量估测降水 情况，我们在降水演之前，首先NUIST-CDP观测

了分析和评估。于本文主要讨论NUIST-CDP测量降水的应用效果情况，这里主要

分析和应用了水平 子Z*、差分

子Z dr和差分传播相/差分传播相 H

这几偏振量。

2.1 与SA雷达对比

C波段双偏振雷达与 龙王山S波段雷达相距2.5 km左右，雷达 相差50 m左右，观测地很接近。S波段雷达6分钟完成一 扫，C波段雷达每 扫需要7〜8分钟，两者扫描时一差距，比较时选取了两者开

扫时 可接近的。1a和1b分别为 C波段雷达和龙王山 S波段雷达(简称 SA

雷达)0.5 。的 子 ，C 波段雷达扫时 2016 6 27日12: 41 (时，），SA雷达此 扫的时间为2016 年 6 27 日 12:42，离雷达 144 km距离内；两者的波状很类似，NUIST-CDP由于采用0.5。左右方位分辨率和75 m径向分辨 波构更清，但C波段雷达回波强 偏小。更地量比，须使NUIST-CDP与SA雷达空间分辨率基本一致，因此量 比时将NUIST-CDP数据 了 13 ^ 14距离库的平，使径向分辨 1km，方位向 了近 ，使方位分辨

0.5。左右。图1c两雷达时后的