ISSN 1004-4965

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C波段双偏振天气雷达降雨和部分地形遮挡衰减订正研究

夏丰 刘显通 郑腾飞 冯璐 万齐林 欧冠华 张晓飞

夏丰, 刘显通, 郑腾飞, 冯璐, 万齐林, 欧冠华, 张晓飞. C波段双偏振天气雷达降雨和部分地形遮挡衰减订正研究[J]. 热带气象学报, 2021, 37(4): 556-568. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.053
引用本文: 夏丰, 刘显通, 郑腾飞, 冯璐, 万齐林, 欧冠华, 张晓飞. C波段双偏振天气雷达降雨和部分地形遮挡衰减订正研究[J]. 热带气象学报, 2021, 37(4): 556-568. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.053
XIA Feng, LIU Xiantong, ZHENG Tengfei, FENG Lu, WAN Qilin, OU Guanhua, ZHANG Xiaofei. CORRECTION OF RAINFALL ATTENUATION AND PARTIAL TERRAIN BLOCKAGE FOR C-BAND DUAL POLARIZATION WEATHER RADAR[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2021, 37(4): 556-568. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.053
Citation: XIA Feng, LIU Xiantong, ZHENG Tengfei, FENG Lu, WAN Qilin, OU Guanhua, ZHANG Xiaofei. CORRECTION OF RAINFALL ATTENUATION AND PARTIAL TERRAIN BLOCKAGE FOR C-BAND DUAL POLARIZATION WEATHER RADAR[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2021, 37(4): 556-568. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.053

C波段双偏振天气雷达降雨和部分地形遮挡衰减订正研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.053
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2017YFC1501701

国家自然科学基金项目 41705020

国家自然科学基金项目 41975138

广东省科技计划项目 2017B020244002

广东省自然科学基金项目 2019A1515010814

广东省气象局科学技术研究项目 GRMC2018M04

广东省气象局科学技术研究项目 GRMC2020M01

详细信息
    通讯作者:

    刘显通, 男, 江西省人, 副研究员, 从事云降水物理与热带灾害性天气数值预报研究。E-mail: xtliu@gd121.cn

  • 中图分类号: P412.25

CORRECTION OF RAINFALL ATTENUATION AND PARTIAL TERRAIN BLOCKAGE FOR C-BAND DUAL POLARIZATION WEATHER RADAR

  • 摘要: 天气雷达可为中尺度对流系统研究提供高时空分辨率资料, 但降雨衰减和地形遮挡等因子会对雷达信号产生严重影响。针对广东省韶关市新丰县C波段双偏振天气雷达, 选取了2018年6月8日台风“艾云尼”、8月30日华南季风降水和9月16日台风“山竹”三次降雨过程, 采用基于差分相位(ΦDP)数据的扩展自适应降雨廓线算法对雷达反射率因子(ZH)数据进行了降雨衰减和部分地形遮挡衰减订正研究, 并将订正结果与广州S波段双偏振天气雷达探测结果进行了直接对比检验, 与中国气象局龙门云物理野外科学试验基地的4台二维视频雨滴谱仪(2D Video Distrometer, 2DVD)实测雨滴谱数据反演的雷达仿真探测量及国内外ZH-KDP经验统计公式进行了间接对比检验, 获得较好结果。最后选择具体降雨个例, 订正结果清晰展现了台风螺旋雨带中对流单体雷达回波强度从地面到高空的垂直结构特征, 提高了复杂地形区域雷达对极端天气的近地面探测能力。

     

  • 图  1  新丰C波段双偏振天气雷达空间位置

    图  2  新丰雷达0.5°仰角地形遮挡分布图

    彩色填色区为雷达波束受地形遮挡影响区域。

    图  3  2018年华南三次典型强降雨过程雷达回波强度(单位:dBZ)空间分布

    a.6月8日的台风“艾云尼”;b.8月30日的华南季风降水;c.9月16日的台风“山竹”。黑色箭头表示从广州雷达站到新丰雷达站直线距离为148 km。

    图  4  新丰雷达差分反射率因子(ZDR,单位:dB)平均系统偏差随方位角变化

    图  5  雷达回波强度平均衰减系数α均值随仰角变化(a)及积分重构的ΦDPC与观测ΦDPfilter误差随α变化(b)

    图  6  积分重构的ΦDP距离廓线(a)及一条径向的ZH地形遮挡衰减订正前后对比(b)

    图  7  新丰雷达ZH降雨衰减订正前(a)、后(b)与广州雷达的散点对比

    图  8  降雨衰减订正后的新丰雷达ZH与广州雷达对比

    a.2018年6月8日台风“艾云尼”;b.2018年8月30日华南季风降水;c.2018年9月16日台风“山竹”。

    图  9  广州雷达ZH与降雨衰减订正前(a)、后(b)的新丰雷达ZH联合概率密度分布对比,以及广州雷达ZH与部分地形遮挡衰减订正前(c)、后(d)的新丰雷达ZH联合概率密度分布对比

    图  10  新丰雷达ZH降雨和部分地形遮挡衰减订正前(a)、后(b)的ZH-KDP联合概率密度分布

    图  11  2018年6月28日1 0:48广州雷达ZH剖面分布(a)、2018年6月8日1 0:49新丰雷达ZH观测RHI(b)、2018年6月8日1 0:49新丰雷达ZH降雨和部分地形遮挡衰减订正后的RHI(c)

    单位:d BZ。扫描方向在两部雷达直线上,黑色方框代表6个台风螺旋雨带对流单体。

    图  12  广州雷达和新丰雷达0.5°仰角回波强度平面位置显示(PPI)

    a.2018年6月28日10:48广州雷达体扫结果;b.2018年6月8日10:49新丰雷达观测体扫结果和降雨;c.2018年6月8日10:49部分地形遮挡衰减订正后的新丰雷达体扫结果。椭圆形黑框代表强回波区域。

    表  1  新丰雷达的基本性能

    发射机 接收机 天馈线 观测参数(误差)
    频率 5.43 GHz 噪声系数 ≤3.0 dB 天线直径 4.5 m ZH (≤1 dB),ZDR(≤0.2 dB)
    脉宽 1 μs 距离分辨率 50 m 增益 >44 dB KDP(≤0.2 °/km),ρhv (≤0.001)
    峰值功率 ≥250 kW 最小可测功率 -107 dBm 波瓣宽度 ≤1° ΦDP (≤2 °),V/W (≤1 m/s)
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-02
  • 修回日期:  2021-06-08
  • 网络出版日期:  2021-12-15
  • 刊出日期:  2021-08-20

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