天津新一代天氣雷達(CINRAD/SA)定標對比分析

許長義，卜清軍，徐靈芝，莊 庭

(天津市濱海新區氣象局 天津300457)

天津新一代天氣雷達(CINRAD/SA)定標對比分析

許長義，卜清軍，徐靈芝，莊 庭

(天津市濱海新區氣象局 天津300457)

回波強度定標是保障 CINRAD/SA回波強度測量精度的關鍵技術，將直接影響雷達定量估測降水產品的可靠性。應用天津 CINRAD/SA多普勒天氣雷達定標前后的反射率強度資料，對天津雷達反射率強度進行對比分析。結果表明：定標后天津雷達基本反射率因子強度有所增強，尤其是高仰角反射率增強更加明顯；對于積層混合降水回波，定標后天津多普勒天氣雷達組合反射率因子強度有所提高。

CINRAD/SA雷達 定標 回波強度 對比分析

0 引 言

天津新一代多普勒天氣雷達(CINRAD/SA，以下簡稱天津雷達)坐落于濱海新區，是中國氣象局首批在沿海地區布設的 14部多普勒天氣雷達之一，也是華北地區建設的第 1部天氣雷達，至今已使用超過13年，為天津及華北地區天氣預報預警業務提供了有利的數據支撐。然而，隨著設備老化以及觀測環境的變化，天津雷達回波強度偏弱 3.5,dB，對短時臨近預報預警業務產生了一定影響。我國新一代天氣雷達投入業務運行以來，在雷達維護定標方面，已積累了一定的實踐經驗。[1-4]

2015年8月21～25日，北京敏視達公司對影響天津雷達技術參數指標的故障部件更換、維修、調試，對雷達的發射系統、接收系統、天伺系統或系統指標進行了全面系統的定標，定標后的天津雷達運行狀態及性能是否得到提升，則需要通過詳細的對比分析進行驗證。

1 資料與方法

1.1 資料

此次對比分析選取河北滄州 CINRAD/SA多普勒雷達(以下簡稱滄州雷達)作為參照，原因主要有三方面：①兩部雷達型號相同；②滄州距天津雷達110,km，是距離濱海新區最近的一部雷達；③由于滄州雷達位于天津雷達西南方向，有效填補了天津雷達消隱而造成的遮擋問題。

為比較天津雷達在定標前后的差異特征，這里選取定標前2015年8月19日的短時強降水過程，定標后分別選取2015年8月28日的冰雹過程以及8月31日～9月 1日的暴雨兩次對流性質不同的過程進行對比分析，通過對以上3次典型的夏季強對流過程進行分析，可增加結果的可信度。為保證數據的合理性，對比分析均采用濾波后的基數據進行反演。

1.2 方法

多普勒天氣雷達是在固定仰角上掃描 360,°進行采樣的，[5]即在某一仰角，雷達天線繞垂直軸進行360,°掃描，所采集到的是圓錐面上的資料。在每個仰角上，以雷達為中心，沿著雷達波束向外，徑向距離增加的同時距地面高度也在增加。因此在進行天津雷達與滄州雷達反射率因子強度對比時應注意到，盡量選取距兩部雷達相同距離且相同(或接近相同)高度的點進行對比。具體方法：連接天津和滄州兩部雷達，過連線中點且垂直于連線，在兩部雷達探測范圍內即是所要求的等距離等高度線。

受雷達自身參數、雷達波的衰減以及雷達入射方向不同的制約，加之天津和滄州兩部雷達的海拔高度不同(天津雷達海拔高度為 69.8,m，滄州雷達海拔高度為 111.9,m)，難以實現兩部雷達產品的精確對比，但是，通過等距、等高、等時次的多個體掃反射率因子的對比，能夠定性分析天津雷達在定標前后的差異，且具有一定的科學依據。

2 8月19日(定標前)短時強降水過程對比分析

2015年8月19日07～09時，濱海新區南部出現短時強降水，其中大港濱海水廠小時雨強達33.3,mm，塘沽臨港小時雨強達29.5,mm，以下主要對該時段內的基本反射率和組合反射率進行對比分析。

2.1 基本反射率對比(見圖1)

圖1 天津和滄州雷達基本反射率因子Fig.1 Basic reflectivity factors shown on radars in Tianjin and Cangzhou

選取白色直線(或無限接近)上相同經緯度、相同高度上(或高度基本一致)的像素點，天津 0.5,°仰角的反射率因子為37.5,dBz，滄州0.5,°仰角的反射率因子為 47.5,dBz；天津 1.5,°仰角的反射率因子為47.5,dBz，滄州 1.5,°仰角的反射率因子為 52.5,dBz；天津 2.4,°仰角的反射率因子為 57.5,dBz，滄州 2.4,°的反射率因子為62.5,dBz；天津3.4,°仰角的反射率因子為 57.5,dBz，滄州 3.4,°仰角的反射率因子為62.5,dBz。由強降水時段內同時次、同仰角、同距離、同高度的雷達基本反射率因子對比結果可見，天津雷達 0.5,°仰角反射率因子比滄州偏弱 10,dBz，1.5,°、2.4,°及3.4,°仰角反射率因子比滄州偏弱5,dBz。

2.2 組合反射率對比(見圖2)

圖2 天津和滄州雷達組合反射率因子Fig.2 Combined reflectivity factors shown on radars in Tianjin and Cangzhou

由強降水時段內同時次、同距離雷達組合反射率因子對比結果可見，8月19日08：18天津雷達強回波強度達到 57.5,dBz，此時滄州雷達相同位置回波強度為 62.5,dBz；08：48天津雷達強回波強度達到52.5,dBz，此時滄州雷達相同位置回波強度為57.5,dBz，天津雷達組合反射率因子比滄州偏弱5,dBz。

通過上述對比可以看出，天津雷達定標前無論是基本反射率因子還是組合反射率因子，其強回波中心強度較滄州雷達偏弱5～10,dBz左右。

3 8月28日(定標后)冰雹過程對比分析

2015年 8月 28日午后，濱海新區多地出現冰雹，部分區域自動站出現小時雨強超過 30,mm的短時強降水。這次過程強回波首先在天津濱海新區東部沿海生成，隨后沿海強回波與濱海新區中部強回波合并增強，導致濱海新區強對流天氣。但由于初生強回波位于天津雷達站東南方向10,km處，對應到滄州雷達相應仰角時強回波高度和距離不同，失去可比性，因此選取該過程發展后期幾個體掃進行比較。

3.1 基本反射率對比(見圖3)

圖3 天津和滄州雷達基本反射率因子Fig.3 Basic reflectivity factors shown on radars in Tianjin and Cangzhou

同樣方法選取白色直線(或無限接近)上相同經緯度、相同高度上(或高度基本一致)的像素點，天津0.5,°仰角的反射率因子為52.5,dBz，滄州0.5,°仰角的反射率因子為57.5,dBz；天津1.5,°仰角的反射率因子為 52.5,dBz，滄州 1.5,°仰角的反射率因子為52.5,dBz；天津 2.4,°仰角的反射率因子為 57.5,dBz，滄州 2.4,°仰角的反射率因子為 47.5,dBz；天津 3.4,°仰角的反射率因子為57.5,dBz，滄州3.4,°仰角的反射率因子為 47.5,dBz。由同時次、同仰角、同距離、同高度的雷達基本反射率因子對比結果可見，天津雷達0.5,°仰角反射率因子比滄州偏弱 5,dBz，1.5,°仰角反射率因子與滄州基本持平，2.4,°及3.4,°仰角反射率因子比滄州偏強10,dBz。

3.2 組合反射率對比(見圖4)

圖4 天津和滄州雷達組合反射率因子Fig.4 Combined reflectivity factors shown on radars in Tianjin and Cangzhou

組合反射率的對比結果表明，28日 14：30天津雷達強回波強度達到52.5,dBz，此時滄州雷達相同位置回波強度為 57.5,dBz；15：00天津雷達強回波強度達到 57.5,dBz，此時滄州雷達相同位置回波強度為62.5,dBz，強回波中心強度比滄州雷達偏弱5,dBz。

通過對比8月28日冰雹過程的反射率因子可以看出，對于積云降水回波，天津雷達定標后 2.4,°及3.4,°仰角反射率因子比滄州偏強 10,dBz，1.5,°仰角基本反射率與滄州雷達基本持平，0.5,°仰角和組合反射率因子強度比滄州偏弱5,dBz左右，與定標前相比基本反射率因子強度有所提升。

4 8月31日(定標后)暴雨過程對比分析

2015年8月31日～9月1日天津全市大部均出現暴雨，這次降水持續時間長，降水性質以積層混合性降水為主，國家基本站中僅大港出現雨強超過20,mm·h-1的短時強降水，分別出現在 31日 11時和9月1日03～04時，這里重點對比這兩個時段內反射率因子的特征。

通過對比8月31日～9月1日暴雨過程的反射率因子可以看出，對于積層混合性降水回波，天津雷達 1.5,°仰角和組合反射率與滄州雷達強度基本持平，天津雷達0.5,°、2.4,°和3.4,°仰角比滄州雷達偏強10～15,dBz。與定標前相比，其基本反射率因子和組合反射率因子強度均有很大提升(見表1、2)。

表1 定標前后天津與滄州雷達基本反射率因子對比表Tab.1 Contrast of basic reflectivity factors shown on radars in Tianjin and Cangzhou before and after calibration

表2 定標前后天津與滄州雷達組合反射率因子對比表Tab.2 Contrast of combined reflectivity factors shown on radars in Tianjin and Cangzhou before and after calibration

5 結論與討論

利用定標前后天津雷達反射率資料，結合滄州雷達資料進行對比分析，得到的初步結論如下：①定標后天津多普勒天氣雷達基本反射率因子強度有所增強，尤其是高仰角反射率增強更加明顯；②對于積層混合降水回波，定標后天津多普勒天氣雷達組合反射率因子強度有所提高；③多普勒天氣雷達上探測到的弱窄帶回波對強對流天氣的短臨預報具有重要的指示意義，定標后雷達對窄帶回波的探測是否產生影響仍需要更多個例進行驗證。

以上對兩部雷達對比分析時忽略了天津雷達與滄州雷達的自身高度差(相差約 40,m)，該高度差是否造成定標后8月28日0.5,°仰角反射率因子偏弱及定標后兩次過程 1.5,°仰角反射率因子均與滄州持平仍需進一步討論研究；其次，由于雷達探測的云和降水回波結構及雷達估測降水量受諸多因素影響，不同雷達由于定標參數以及雷達入射方向不同，探測相同對流云的結果也可能有所不同，因而在對比不同雷達結果時仍需謹慎。最后，本文選取了 3次對流天氣進行對比分析，更多雷達定標前后對不同性質降水天氣所產生的影響仍有待進行更深入的研究。■

［1］ 潘新民，柴秀梅，黃躍青，等. CINRAD/SA&SB回波強度定標故障的診斷分析和解決方法[J]. 氣象，2010，36(12)：122-127.

［2］ 潘新民，柴秀梅，崔柄儉，等. CINRAD/SB雷達回波強度定標調校方法[J]. 應用氣象學報，2010，21(6)：739-746.

［3］ 柴秀梅，黃曉，黃興玉. 新一代天氣雷達回波強度自動標校技術[J]. 氣象科技，2007，35(3)：418-422.

［4］ 陳德生，謝君，曲楠，等. 新一代多普勒天氣雷達參數測量和性能標定[J]. 河南氣象，2006(4)：88-89.

［5］ 俞小鼎，姚秀萍，熊延南，等. 多普勒天氣雷達原理與業務應用[M]. 北京：氣象出版社，2006：47.

Comparative Analysis of Tianjin CINRAD/SA Radar Echo Intensity Calibration

XU Changyi，BU Qingjun，XU Lingzhi，ZHUANG Ting
(Binhai New Area Meteorological Office of Tianjin，Tianjin 300457，China)

CINRAD echo intensity calibration is the key technology to improve the reliability of observational data，which can lead to large measurement error．Based on the reflectivity data before and after calibration of Tianjin CINRAD/SA radar，this paper contrasts reflectivity data．It shows that the intensity of Tianjin radar reflectivity was increased after calibration，especially at 2.4 ° and 3.4 °．The CR was also increased for stratiform mixed precipitation echo.

CINRAD/SA radar；echo intensity calibration；echo intensity；comparative analysis

P457

A

1006-8945(2016)07-0066-04

天津市氣象局科研項目(201610ybxm07)。

2016-06-06