盤錦地區(qū)雷達定量降水估測研究

易希延

摘要 ? ?利用雷達反射率資料和區(qū)域自動氣象站降水資料，以盤錦市為研究區(qū)域，分別根據(jù)降水類型、降水量級以及最優(yōu)化的擬合方法，建立Z-I關(guān)系的雷達定量估測降水模型，對盤錦市進行面雨量估測估算，與新一代雷達模型（Z=300 I1.4）進行對比分析。結(jié)果顯示，雨量估測有較好的精確性和適用性，提高了對強降水的短時臨近預(yù)報的準確性。

關(guān)鍵詞 ? ?雷達;降水估測;Z-I關(guān)系;遼寧盤錦

中圖分類號 ? ?P412.25 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）23-0188-01 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）

降水是天氣預(yù)報中重要的天氣要素之一，降水估測的精細化對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及氣象防災(zāi)減災(zāi)有著十分重要的意義[1-2]。自動雨量站雖然能直接、有效地獲取降水信息，但由于相鄰雨量站之間距離較遠，不能精確反映降水空間分布情況，而雷達具有探測范圍廣、時空分辨率高等特點[3]。因此，雷達定量估測降水逐漸成為精確測量降水的一種重要手段。

1 ? ?資料與方法

降水和雷達反射率等資料來源于盤錦市氣象局。我國新一代天氣雷達的降水系列算法中沿用了WSR-88D中設(shè)定的由美國夏季對流云降水統(tǒng)計得到的Z-I關(guān)系式，Z=300 I1.4，式中，Z為雷達反射率因子，I為降水強度。由于Z-I關(guān)系隨季節(jié)、氣候、地形和降水類型的不同而變化，WSR-88D中的Z-I關(guān)系在盤錦地區(qū)具有一定誤差，應(yīng)按照本地的地形、氣候、季節(jié)和降水類型等重新確定a、b（Z=aIb），以獲取較為準確的降水估測[3]。

2 ? ?不同類型降水估測對比分析

2.1 ? ?按降水類型

從降水類型可分為對流云降水、層狀云降水和混合型降水，不同性質(zhì)降水特征如表1所示。

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)層狀云降水區(qū)具有水平范圍較大、持續(xù)時間較長、強度比較均勻和持續(xù)時間較長等特點。回波強度特征：在PPI上，層狀云降水回波表現(xiàn)出范圍較大、呈片狀、邊緣零散不規(guī)則、強度不大但分布均勻、無明顯的強中心等特點，回波強度一般小于30 dBZ。

對流云降水雷達回波特征：塊狀回波，對流云往往對應(yīng)著陣雨、雷雨、冰雹、大風(fēng)、暴雨等天氣。回波強度特征：在雷達PPI上，對流云陣性降水回波通常由許多分散的回波單體所組成。回波單體隨著不同的天氣過程排列成帶狀、條狀、離散狀或其他形狀。回波單體結(jié)構(gòu)緊密，邊界清晰，回波強度強通常在30～65 dBZ之間。在雷達RHI上，回波單體呈傾斜柱狀結(jié)構(gòu)。對流云陣性降水回波一般發(fā)展得比較高，多數(shù)在6～7 km以上，有的可以達到對流層頂[4]。

從混合型降水回波組合率反射圖像中可以看出，回波是層狀云降水回波和積狀云降水的混合，回波呈絮狀，沒有明顯的邊界，發(fā)展穩(wěn)定，其強度一般在20～50 dBZ之間，中心強度普遍≤45 dBZ，降水持續(xù)時間長、累積雨量大、降水面積大[5]。

根據(jù)降水類型分類，統(tǒng)計擬合不同降水類型的雷達定量降水Z-I關(guān)系（表2）。

2.2 ? ?按降水量級

如表3所示，不同強度的降水可能對應(yīng)不同的Z-I關(guān)系，統(tǒng)計不同降水量級，對其進行分級歸類，統(tǒng)計該雨強下的雷達回波反射率強度，分別擬合Z-I關(guān)系，得到最優(yōu)的a，b系數(shù)。

2.3 ? ?最優(yōu)化方法

選取2012年8月4日天氣過程，選用之前的時次雷達與自動站降水關(guān)系作為擬合參數(shù)，計算8月4日12：00—13：00降水量，結(jié)果如圖1所示。可以看出，優(yōu)化后的雷達定量降水估測結(jié)果與實況整體上較為接近，在東北部地區(qū)預(yù)報量級偏大，這主要由于強降水回波自西向東快速移動，而東側(cè)強降水回波在下幾個時次迅速減弱，導(dǎo)致選取的反射率因子強度較實際偏強，從而使計算結(jié)果偏大，在以后的研究中應(yīng)加以改進[7-8]。

3 ? ?結(jié)論

本文分別根據(jù)降水類型、降水量級以及最優(yōu)化擬合方法，建立Z-I關(guān)系的雷達定量估測降水模型，對盤錦市進行面雨量估測估算，相較原始（Z=300 I1.4），雨量估測的精確性有較大提高，提高了雷達資料在降水中的應(yīng)用價值，今后在業(yè)務(wù)中可進一步提高短臨預(yù)報預(yù)警的準確性。

4 ? ?參考文獻

[1] 宋林燁，陳明軒，程叢蘭，等.京津冀夏季雷達定量降水估測的誤差統(tǒng)計及定量氣候校準[J].氣象學(xué)報，2019，77（3）：497-515.

[2] 王堅紅，肖雯，曹正，等.華南前汛期暴雨C波段雷達特征應(yīng)用研究[J].南京信息工程大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，11（1）：91-100.

[3] 陳超，胡志群，胡勝，等.CINRAD-SA雙偏振雷達資料在降水估測中的應(yīng)用初探[J].氣象，2019，45（1）：113-125.

[4] 康磊.基于最優(yōu)Z-I關(guān)系雷達定量估測降水動態(tài)訂正方法研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2017.

[5] 黃浩.基于最優(yōu)化理論的雙偏振雷達降雨參數(shù)反演研究[D].南京：南京大學(xué)，2018.

[6] 于躍，畢明林，劉鵬飛，等.朝陽新一代天氣雷達分型Z-I關(guān)系降水估測模型[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016（4）：213-214.

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[8] 張岳.多普勒天氣雷達定量估測降水方案改進[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2015.