ISSN 1004-4965

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基于新型观测算子的双偏振雷达雨滴谱变分反演

陈垚 寇蕾蕾 蒋银丰 杨春生 林正健 楚志刚

陈垚, 寇蕾蕾, 蒋银丰, 杨春生, 林正健, 楚志刚. 基于新型观测算子的双偏振雷达雨滴谱变分反演[J]. 热带气象学报, 2022, 38(6): 854-869. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.077
引用本文: 陈垚, 寇蕾蕾, 蒋银丰, 杨春生, 林正健, 楚志刚. 基于新型观测算子的双偏振雷达雨滴谱变分反演[J]. 热带气象学报, 2022, 38(6): 854-869. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.077
CHEN Yao, KOU Leilei, JIANG Yinfeng, YANG Chunsheng, LIN Zhengjian, CHU Zhigang. VARIATIONAL RAINDROP SIZE DISTRIBUTION RETRIEVAL FROM DUAL-POLARIMETRIC RADAR BASED ON A NEW OBSERVATION OPERATOR[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2022, 38(6): 854-869. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.077
Citation: CHEN Yao, KOU Leilei, JIANG Yinfeng, YANG Chunsheng, LIN Zhengjian, CHU Zhigang. VARIATIONAL RAINDROP SIZE DISTRIBUTION RETRIEVAL FROM DUAL-POLARIMETRIC RADAR BASED ON A NEW OBSERVATION OPERATOR[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2022, 38(6): 854-869. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.077

基于新型观测算子的双偏振雷达雨滴谱变分反演

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.077
基金项目: 

国家自然科学基金面上基金 41975027

国家重点研发计划重点专项 2017YFC1501401

详细信息
    通讯作者:

    寇蕾蕾,女,湖北省人,副教授,主要从事气象雷达数据处理和应用研究。E-mail:cassie320@163.com

  • 中图分类号: P406

VARIATIONAL RAINDROP SIZE DISTRIBUTION RETRIEVAL FROM DUAL-POLARIMETRIC RADAR BASED ON A NEW OBSERVATION OPERATOR

  • 摘要: 提出一种基于变分理论的双偏振多普勒天气雷达反演雨滴谱方法,最优反演雨滴谱的同时可实现衰减订正。反演过程中使用一种新型观测算子,利用滴谱仪实测数据计算状态变量和双偏振参量,使观测算子更能代表本地降水特性。将新型观测算子、误差协方差矩阵和状态变量的先验估计用于代价函数中,基于高斯-牛顿迭代方法求解代价函数得到最优雨滴谱。利用理想模拟试验和南京信息工程大学C波段双偏振多普勒天气雷达实测个例对算法进行验证和评估。结果表明:算法反演得到的状态变量(液态水含量LWC和质量权重平均直径Dm)与滴谱仪数据计算结果的相关系数达到了0.96和0.80,相对偏差为25.19%和10.63%,均方根误差比常规反演结果改善了50%左右,比基于模拟观测算子的变分反演结果改善了30%左右,最优反演雨滴谱得到的降雨率R和雨量计数据相关系数达到0.89,相对偏差为14.78%。

     

  • 图  1  NUIST-CDP、SA雷达、三部滴谱仪和雨量计站点分布图

    图  2  新型观测算子、模拟观测算子和滴谱仪数据计算值对比

    a. Zh/LWC;b. ZDR;c. KDP/LWC;d. AH/LWC;e. ADP/LWC。

    图  3  基于新型观测算子的变分雨滴谱反演流程图

    图  4  Dm(a)、LWC(b)、ZH(c)、ZDR(d)、KDP(e)的理想模拟试验

    图  5  基于新型观测算子的变分方法2015年8月10日11:15的0.5 °仰角NUIST-CDP数据反演雨滴谱计算的Dm(a)、LWC(b)、Nt(c)、R(d)

    Nt以对数尺度显示。

    图  6  2015年8月10日11:15的0.5 °仰角NUIST-CDP ZH PPI图(a)、常规反演雨滴谱计算的ZH(b)、最优化雨滴谱计算的ZH(c)、SA雷达ZH PPI图(d)

    图  7  2015年8月10日11:15的0.5 °仰角NUIST-CDP ZDR PPI图(a)、最优化雨滴谱计算的ZDR(b)、NUIST-CDP KDP PPI图(c)、最优化雨滴谱计算的KDP(d)

    图  8  基于新型观测算子的变分方法2016年7月2日20:26的0.5 °仰角NUIST-CDP数据反演雨滴谱计算的Dm(a)、LWC(b)、Nt(c)、R(d)

    Nt以对数尺度显示。

    图  9  2016年7月2日20:26的0.5 °仰角NUIST-CDP ZH PPI图(a)、常规反演雨滴谱计算的ZH(b)、最优化雨滴谱计算的ZH(c)、SA雷达ZH PPI图(d)

    图  10  2016年7月2日20:26的0.5 °仰角NUIST-CDP ZDR PPI图(a)、最优化雨滴谱计算的ZDR(b)、NUIST-CDP KDP PPI图(c)、最优化雨滴谱计算的KDP(d)

    图  11  最优化雨滴谱计算结果和雨量计输出结果散点图

    a. 2015年8月10日11时;b. 2016年7月2日20时。

    图  12  2015年8月10日03—14时反演雨滴谱计算结果时序图(时间分辨率为7~8 min)

    a. R;b. LWC;c. Nt;d. Dm

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出版历程
  • 收稿日期:  2021-05-17
  • 修回日期:  2022-07-08
  • 网络出版日期:  2023-03-06
  • 刊出日期:  2022-12-20

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