留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

QVP方法在双偏振雷达冬季降水观测中的应用

管理 戴建华 陶岚 尹春光 孟凡旺

管理,戴建华,陶岚,等. QVP方法在双偏振雷达冬季降水观测中的应用. 应用气象学报,2021,32(1):91-101. DOI: 10.11898/1001-7313.20210108. DOI: 10.11898/1001-7313.20210108
引用本文: 管理,戴建华,陶岚,等. QVP方法在双偏振雷达冬季降水观测中的应用. 应用气象学报,2021,32(1):91-101. DOI: 10.11898/1001-7313.20210108. DOI: 10.11898/1001-7313.20210108
Guan Li, Dai Jianhua, Tao Lan, et al. Application of QVP Method to Winter Precipitation Observation Based on Polarimetric Radar. J Appl Meteor Sci, 2021,32(1):91-101. DOI:  10.11898/1001-7313.20210108
Citation: Guan Li, Dai Jianhua, Tao Lan, et al. Application of QVP Method to Winter Precipitation Observation Based on Polarimetric Radar. J Appl Meteor Sci, 2021,32(1):91-101. DOI:  10.11898/1001-7313.20210108

QVP方法在双偏振雷达冬季降水观测中的应用

DOI: 10.11898/1001-7313.20210108
资助项目: 

国家重点研发计划 2018YFC1507601

国家自然科学基金项目 41775049

上海市科委科研计划项目 18DZ12000403

工业和信息化部项目 MJ-2018-S-28

上海市气象局科技研发项目 YJ201801

详细信息
    通信作者:

    戴建华, 邮箱:djhnn@sina.com

Application of QVP Method to Winter Precipitation Observation Based on Polarimetric Radar

  • 摘要: 双偏振雷达是研究降水微物理过程的重要探测设备,为研究我国东部沿海地区冬季降水的微物理特性,选取2019—2020年不同天气背景下(包含相态转换)影响上海的冬季降水过程,基于上海南汇WSR-88D双偏振雷达资料,采用准垂直廓线(QVP)方法反演3次降水过程的反射率因子ZH、差分反射率ZDR和相关系数ρhv的高度-时间廓线。基于QVP,结合探空、再分析资料、地面自动气象站和雨滴谱数据,分析过程时段内融化层高度变化、云中粒子微物理特征,同时借助云雷达观测比对QVP方法的实际效果。结果表明:QVP方法反演的廓线可以体现贝吉龙过程的发生以及融化层高度的变化,并能够有效区分过程时段内的凇附和聚合过程。与此同时,对于非连续性或非均匀性质的降水系统,有针对性地选择方位利用QVP方法进行处理可准确获取重点关注区域降水云系中的微物理过程变化。综上所述,QVP方法反演的高度-时间廓线能够用于降水相态的快速诊断及降水粒子从空中到地面演变的微物理过程分析,为冬季降水相态短时临近预报提供依据。
  • 图  1  上海市气象观测网

    Fig. 1  The meteorological observation network in Shanghai

    图  2  QVP方法示意图[15]

    Fig. 2  Sketch map of QVP (from Reference [15])

    图  3  2019年2月8日QVP方法反演的19.5°仰角南汇雷达参量高度-时间分布及7日20:00宝山探空

    Fig. 3  Height-time representation retrieved by QVP based on Nanhui radar data at 19.5° elevation on 8 Feb 2019 and Baoshan radio sounding record at 2000 BT 8 Feb 2019

    图  4  2019年2月8日QVP方法反演的9.9°仰角南汇雷达参量高度-时间分布和南汇自动气象站实况

    Fig. 4  Height-time representation retrieved by QVP based on Nanhui radar data at 9.9° elevation and Nanhui automatic weather station record on 8 Feb 2019

    图  5  2019年2月8—9日QVP方法反演的19.5°仰角南汇雷达参量高度-时间分布和8日20:00宝山探空

    Fig. 5  Height-time representation retrieved by QVP based on Nanhui radar data at 19.5° elevation during 8-9 Feb 2019 and Baoshan radio sounding record at 2000 BT 8 Feb 2019

    图  6  2019年2月8—9日QVP方法反演的9.9°仰角南汇雷达参量高度-时间分布和南汇自动气象站实况

    Fig. 6  Height-time representation retrieved by QVP based on Nanhui radar at 9.9° elevation and Nanhui automatic weather station during 8-9 Feb 2019

    图  7  2020年2月15日20:00宝山站探空和16日02:00距离南汇雷达站最近格点的NCEP再分析资料

    Fig. 7  Baoshan radio sounding record at 2000 BT 15 Feb 2020 and nearest grid in NCEP reanalysis data at 0200 BT 16 Feb 2020

    图  8  2020年2月15日16:00—16日04:00世博站毫米波云雷达和QVP方法反演的南汇雷达9.9°仰角ZH廓线

    Fig. 8  Height-time vertical profile of reflectivity from Shibo cloud radar and QVP retrieval from Nanhui radar at 9.9°elevation from 1600 BT 15 Feb to 0400 BT 16 Feb in 2020

    图  9  2020年2月15日17:00—16日01:30 QVP方法反演的系统经过前后9.9°仰角南汇雷达参量高度-时间分布

    Fig. 9  Height-time representations retrieved by QVP based on Nanhui radar data at 9.9° elevation before and after system movement from 1700 BT 15 Feb to 0130 BT 16 Feb in 2020

    表  1  2019年2月8日关键层降水粒子偏振量和相态时间变化表

    Table  1  Polarimetric parameters and hydrometeor classification at key levels on 8 Feb 2019

    仰角 高度 03:00 05:30
    ZH/dBZ ZDR/dB ρhv 相态 ZH/dBZ ZDR/dB ρhv 相态
    19.5° 2.5 km 26.5 0.5 0.96 球形小冰晶(凇附) 7.6 0.06 0.92 冰水混合(聚合状冰晶和小水滴)
    5.5 km 5.8 0.97 0.94 冰晶 1.4 1.25 0.94 冰晶(枝状)
    9.9° 2.5 km 31.7 0.48 0.93 球形小冰晶(凇附) 12.1 -0.13 0.93 冰水混合(聚合状冰晶和小水滴)
    5.1 km 10.9 0.56 0.98 冰晶 6.2 0.95 0.97 冰晶(枝状)
    下载: 导出CSV

    表  2  2019年2月9日关键层降水粒子偏振量和相态时间变化表

    Table  2  Polarimetric parameters and hydrometeor classification at key levels on 9 Feb 2019

    仰角 高度 22:30 00:00
    ZH/dBZ ZDR/dB ρhv 相态 ZH/dBZ ZDR/dB ρhv 相态
    19.5° 2.5 km 33.6 0.85 0.93 冰水混合 20.0 -0.03 0.975 小水滴
    5.5 km 16.8 0.39 0.94 冰晶(柱状) 2.2 16.7 0.91 冰晶(枝状)
    9.9° 2.5 km 33.7 0.63 0.93 冰水混合 21.6 0.04 0.92 冰水混合(含小霰粒)
    5.1 km 13.0 0.74 0.98 冰晶(柱状) 5.1 1.18 0.97 冰晶(枝状)
    下载: 导出CSV

    表  3  2020年2月15日01:30 9.9°仰角关键层降水粒子偏振量和相态时间变化表

    Table  3  Polarimetric parameters and hydrometeor classification at key levels at 9.9° elevation at 0130 BT 15 Feb 2020c

    高度 系统后部 系统前部
    ZH/dBZ ZDR/dB ρhv 相态 ZH/dBZ ZDR/dB ρhv 相态
    3.0 km 28.0 0.57 0.95 冰水混合 25.4 1.89 0.91 冰水混合(含大水滴)
    0.79 km 21.1 -0.14 0.92 小雪花 10.4 -0.21 0.93 冰粒
    下载: 导出CSV
  • [1] 傅佩玲, 胡东明, 黄浩, 等.台风山竹(1822)龙卷的双极化相控阵雷达特征.应用气象学报, 2020, 31(6): 706-718. doi:  10.11898/1001-7313.20200606

    Fu P L, Hu D M, Huang H, et al.Observation of a tornado event in outside-region of Typhoon Mangkhut by X-band polarimetric phased array radar in 2018.J Appl Meteor Sci, 2020, 31(6): 706-718. doi:  10.11898/1001-7313.20200606
    [2] 胡志群, 刘黎平, 肖艳姣.降水粒子空间取向对双线偏振雷达观测影响模拟研究.应用气象学报, 2008, 19(3): 362-366. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2008.03.013

    Hu Z Q, Liu L P, Xiao Y J.A simulation study on faindrop orientation variation to dual linear polarimetric radar observation with different transmitting and receiving model.J Appl Meteor Sci, 2008, 19(3): 362-366. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2008.03.013
    [3] 林文, 张深寿, 罗昌荣, 等.不同强度强对流云系S波段双偏振雷达观测分析.气象, 2020, 46(1): 63-72.

    Lin W, Zhang S S, Luo C R, et al.Observational analysis of different intensity sever convective clouds by S-band dual-polarization radar.Meteor Mon, 2020, 46(1): 63-72.
    [4] 蒋银丰, 寇蕾蕾, 陈爱军, 等.双偏振雷达和双频测雨雷达反射率因子对比.应用气象学报, 2020, 31(5): 608-619. doi:  10.11898/1001-7313.20200508

    Jiang Y F, Kou L L, Chen A J, et al.Comparison of reflectivity factor of dual polarization radar and dual-frequency precipitation radar.J Appl Meteor Sci, 2020, 31(5): 608-619. doi:  10.11898/1001-7313.20200508
    [5] 徐舒扬, 吴翀, 刘黎平.双偏振雷达水凝物相态识别算法的参数改进.应用气象学报, 2020, 31(3): 350-360. doi:  10.11898/1001-7313.20200309

    Xu S Y, Wu C, Liu L P.Parameter improvements of hydrometeor classification algorithm for the dual-polarimetric radar.J Appl Meteor Sci, 2020, 31(3): 350-360. doi:  10.11898/1001-7313.20200309
    [6] 王洪, 孔凡铀, JungYoungsun, 等.面向资料同化的S波段双偏振雷达质量控制.应用气象学报, 2018, 29(5): 546-558. doi:  10.11898/1001-7313.20180504

    Wang H, Kong F Y, Jung Y S, et al.Quality control of S-band polarimetric radar measurements for data assimilation.J Appl Meteor Sci, 2018, 29(5): 546-558. doi:  10.11898/1001-7313.20180504
    [7] Brandes E A, Ikeda K.Freezing-level estimation with polarimetric radar.Journal of Applied Meteorology, 2004, 43(11): 1541-1553. doi:  10.1175/JAM2155.1
    [8] Giangrande S E, Krause J M, Ryzhkov A V.Automatic designation of the melting layer with a polarimetric prototype of the WSR-88D radar.J Appl Meteor Climatol, 2008, 47(5): 1354-1364. doi:  10.1175/2007JAMC1634.1
    [9] 曹杨, 陈洪滨, 苏德斌.C波段双线偏振天气雷达零度层亮带识别和订正.应用气象学报, 2018, 29(1): 84-96. doi:  10.11898/1001-7313.20180108

    Cao Y, Chen H B, Su D B.Identification and correction of the bright band using a C-band dual polarization weather radar.J Appl Meteor Sci, 2018, 29(1): 84-96. doi:  10.11898/1001-7313.20180108
    [10] Wu D, Zhao K, Kumjian M R, et al.Kinematics and microphysics of convection in the outer rainband of Typhoon Nida (2016) revealed by polarimetric radar.Mon Wea Rev, 2018, 146(7): 2147-2159. doi:  10.1175/MWR-D-17-0320.1
    [11] 刘黎平, 郑佳锋, 阮征, 等.2014年青藏高原云和降水多种雷达综合观测试验及云特征初步分析结果.气象学报, 2015, 73(4): 635-647.

    Liu L P, Zheng J F, Ruan Z, et al.The preliminary analyses of the cloud properties over the Tibetan Plateau from the field experiments in clouds precipitation with the vavious radars.Acta Meteor Sinica, 2015, 73(4): 635-647.
    [12] Williams E R, Smalley D J, Donovan M F, et al.Measurements of differential reflectivity in snowstorms and warm season stratiform systems.J Appl Meteor Climatol, 2015, 54(3): 573-595. doi:  10.1175/JAMC-D-14-0020.1
    [13] 杨忠林, 赵坤, 徐坤, 等.江淮梅雨期极端对流微物理特征的双偏振雷达观测研究.气象学报, 2019, 77(1): 58-72.

    Yang Z L, Zhao K, Xu K, et al. Microphysical characteristics of extreme convective precipitation over the Yangtze-Huaihe river basin during the Meiyu season based on polarimetric radar data.Acta Meteor Sinica, 2019, 77(1): 58-72.
    [14] Zawadzki I, Szyrmer W, Bell C, et al.Modeling of the melting layer. Part Ⅲ:The density effect.J Atmos Sci, 2005, 62(10): 3705-3723. doi:  10.1175/JAS3563.1
    [15] Ryzhkov A, Zhang P, Reeves H, et al.Quasi-vertical profiles-A new way to look at polarimetric radar data.J Atmos Oceanic Technol, 2016, 33(3): 551-562. doi:  10.1175/JTECH-D-15-0020.1
    [16] Kaltenboeck R, Ryzhkov A.A freezing rain storm explored with a C-band polarimetric weather radar using the QVP methodology.Meteorologische Zeitschrift, 2017, 26(2): 207-222. doi:  10.1127/metz/2016/0807
    [17] 程周杰, 刘宪勋, 朱亚平.双偏振雷达对一次水凝物相态演变过程的分析.应用气象学报, 2009, 20(5): 594-601. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2009.05.011

    Cheng Z J, Liu X X, Zhu Y P.A process of hydrometeor phase change with dual-polarimetric radar.J Appl Meteor Sci, 2009, 20(5): 594-601. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2009.05.011
    [18] 梅垚, 胡志群, 黄兴友.青藏高原对流云的偏振雷达观测研究.气象学报, 2018, 76(6): 1014-1028.

    Mei Y, Hu Z Q, Huang X Y.A study of convective clouds in the Tibetan Plateau based on dual polarimetric radar observations.Acta Meteor Sinica, 2018, 76(6): 1014-1028.
    [19] 张培昌, 杜秉玉, 戴铁丕.雷达气象学.北京:气象出版社, 2000: 118-119.

    Zhang P C, Du B Y, Dai T P.Radar Meteorology.Beijing:China Meteorological Press, 2000: 118-119.
    [20] 俞小鼎.关于冰雹的融化层高度.气象, 2014, 40(6): 649-654.

    Yu X D.A note on the melting level of hail.Meteor Mon, 2014, 40(6): 649-654.
    [21] 刘晓璐, 刘建西, 张世林, 等.基于探空资料因子组合分析方法的冰雹预报.应用气象学报, 2014, 25(2): 168-175. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2014.02.006

    Liu X L, Liu J X, Zhang S L, et al.Hail forecast based on factor combination analysis method and sounding Data.J Appl Meteor Sci, 2014, 25(2): 168-175. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2014.02.006
    [22] 何彩芬, 黄旋旋, 卢晶晶.基于多普勒天气雷达产品的降雪及冻雨综合分析.应用气象学报, 2009, 20(6): 767-771. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2009.06.016

    He C F, Huang X X, Lu J J.Comprehensive analysis on snow and freezing-rain events based on doppler weather radar in Ningbo.J Appl Meteor Sci, 2009, 20(6): 767-771. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2009.06.016
    [23] Bakhshaii A, Stull R.Saturated pseudoadiabats-A Noniterative approximation.J Appl Meteorol Climatol, 2013, 52(1): 5-15. doi:  10.1175/JAMC-D-12-062.1
    [24] 顾震潮.云雾降水物理基础.北京:科学出版社, 1980: 173-179.

    Gu Z C.Base of Cloud and Mist Precipitation Physics.Beijing:Science Press, 1980: 173-179.
    [25] Park H S, Ryzhkov A V, Zrnić D S, et al.The hydrometeor classification algorithm for the polarimetric WSR-88D:Description and application to an MCS.Wea Forecasting, 2009, 24(3): 730-748. doi:  10.1175/2008WAF2222205.1
    [26] Thompson E J, Rutledge S A, Dolan B, et al.A dual-polarization radar hydrometeor classification algorithm for winter precipitation.J Atmos Oceanic Technol, 2014, 31(7): 1457-1481. doi:  10.1175/JTECH-D-13-00119.1
  • 加载中
图(9) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  104
  • HTML全文浏览量:  73
  • PDF下载量:  16
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-18
  • 修回日期:  2020-11-24
  • 刊出日期:  2021-01-31

目录

    /

    返回文章
    返回