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大气垂直运动对雷达估测降水的影响

阮征 李淘 金龙 李丰 葛润生

阮征, 李淘, 金龙, 等. 大气垂直运动对雷达估测降水的影响. 应用气象学报, 2017, 28(2): 200-208. DOI: 10.11898/1001-7313.20170207..
引用本文: 阮征, 李淘, 金龙, 等. 大气垂直运动对雷达估测降水的影响. 应用气象学报, 2017, 28(2): 200-208. DOI: 10.11898/1001-7313.20170207.
Ruan Zheng, Li Tao, Jin Long, et al. Influence of vertical air motion on the radar quantitative precipitation estimation. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(2): 200-208. DOI:  10.11898/1001-7313.20170207.
Citation: Ruan Zheng, Li Tao, Jin Long, et al. Influence of vertical air motion on the radar quantitative precipitation estimation. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(2): 200-208. DOI:  10.11898/1001-7313.20170207.

大气垂直运动对雷达估测降水的影响

DOI: 10.11898/1001-7313.20170207
资助项目: 

国家自然科学基金项目 41475029

公益性行业(气象)科研专项 GYHY201406013

公益性行业(气象)科研专项 GYHY201306004

详细信息
    通信作者:

    阮征, email: ruanz@camscma.cn

Influence of Vertical Air Motion on the Radar Quantitative Precipitation Estimation

  • 摘要: 运用雷达反射率因子(Z)与降水强度(R)之间的关系定量估测降水,降水云体中的大气垂直运动(wa)不可忽视。PARSIVEL激光雨滴谱仪(简称PARSIVEL)在获取雨滴粒径分布的同时可以从测量的雨滴下降速度分布中提取wa,用于分析PARSIVEL高度上的大气垂直运动对雷达Z估测降水强度影响。使用2014年5-6月华南季风降水观测试验期间广东阳江5次层状云、6次对流性降水过程中PARSIVEL数据分析大气垂直运动对定量估测降水影响,wa对层状云和对流云降水强度影响范围分别为-0.18~1.05 mm·h-1和-5.44~24.81 mm·h-1,相对影响值分别为-13.61%~13.99%,-38.59%~25.92%。静止大气条件下,雷达估算降水Z-R关系式中系数Ab引起的层状云和对流云降水估测偏差平均分别为10.9%和25.5%。真实大气中雷达估测降水的偏差平均情况是层状云降水由于wa的对消作用降低为9.2%,对流云降水则增加到51.2%。对流性降水中大气垂直运动对雷达估测降水的影响较大。
  • 图  1  2014年5月5日层状云降水过程时序图

    (a) 降水强度R, (b) 大气垂直运动wa, (c) 降水强度影响量Ra, (d) 影响因子γ

    Fig. 1  The time series of stratiform precipitation on 5 May 2014

    (a) rain rate R, (b) air vertical motion wa, (c) effect value of rainrate Ra, (d) effect factor γ

    图  2  2014年5月10日对流云降水过程时序图

    (a) 降水强度R, (b) 大气垂直运动wa, (c) 降水强度影响量Ra, (d) 影响因子γ

    Fig. 2  The time series of convective precipitation on 10 May 2014

    (a) rain rate R, (b) air vertical motion wa, (c) effect value of rain rate Ra, (d) effect factor γ

    图  3  2014年5月5日层状云降水参数时序图

    (a) 反射率因子Z,(b) 降水强度R,(c) 大气垂直运动wa,(d) Z-R估测偏差σ,(e) 影响因子γ′,(f) |γ′-σ|

    Fig. 3  The time series of stratiform precipitation on 5 May 2014

    (a) reflectivity Z, (b) rain rate R, (c) air vertical motion wa, (d) accuracy of Z-R relation σ, (e) effect factor γ′, (f) |γ′-σ|

    图  4  2014年5月10日对流云降水参数时序图

    (a) 反射率因子Z,(b) 降水强度R,(c) 大气垂直运动wa,(d) Z-R估测偏差σ,(e) 影响因子γ′,(f) |γ′-σ|

    Fig. 4  The time series of convective precipitation on 10 May 2014

    (a) reflectivity Z, (b) rain rate R, (c) air vertical motion wa, (d) accuracy of Z-R relation σ, (e) effect factor γ′, (f) |γ′-σ|

    表  1  层状云降水过程大气垂直运动及降水影响

    Table  1  Precipitation parameters and the air motion effect in the stratiform cloud

    日期 Zmax/dBZ Rmax+/(mm·h-1) wa/(m·s-1) Ra/(mm·h-1) γ/%
    2014-05-05 37.7 9.63 -0.01~0.73 [-0.01, 1.05] -0.31~13.99
    2014-05-06* 18.0 0.69 -0.59~0.78 [-0.13, 0.22] -26.80~28.05
    2014-05-08 41.7 16.86 -0.32~0.44 [-0.05, 0.48] -8.03~10.31
    2014-05-20 39.0 3.25 -0.50~0.93 [-0.04, 0.12] -13.61~10.93
    2014-06-10 42.3 17.73 -0.33~0.45 [-0.18, 0.89] -9.28~8.60
    注:*表示降水过程中小于1 mm的小粒子偏多,粒径和测速误差较大;+表示1 min最大降水量计算的降水强度,单位:mm·h-1
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    表  2  对流云降水过程大气垂直运动及降水影响

    Table  2  Precipitation parameters and the air motion effect in the convective cloud

    日期 Zmax/dBZ Rmax+/(mm·h-1) wa/(m·s-1) Ra/(mm·h-1) γ/%
    2014-05-09 50.1 64.17 -0.99~1.03 [-0.28, 3.81] -38.59~24.30
    2014-05-10 51.7 48.25 -0.51~1.34 [-0.19, 3.03] -12.15~25.92
    2014-05-11 59.6 332.30 -0.57~0.95 [-5.44, 24.81] -7.43~11.58
    2014-05-22 41.4 11.88 -0.28~0.49 [-0.14, 0.39] -8.64~11.50
    2014-06-08 41.9 23.37 -0.39~0.40 [-0.07, 1.12] -12.70~6.41
    2014-06-09 43.2 21.44 -0.05~1.06 [-0.01, 1.16] -1.07~11.91
    注:+表示1 min最大降水量计算的降水强度,单位:mm·h-1
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    表  3  两类降水Z=AR0b关系式的系数Ab

    Table  3  A and b values of Z=AR0b in of two kinds of precipitation

    层状云降水 对流云降水
    时段 A b 时段 A b
    2014-05-05T00:10—01:10 350 1.29 2014-05-09T18:40—22:00 365 1.52
    2014-05-06T18:00—21:00* 74 0.64 2014-05-10T10:30—13:59 349 1.31
    2014-05-08T17:00—18:20 1315 1.36 2014-05-11T03:00—04:30 185 1.63
    2014-05-20T13:30—15:00 886 1.37 2014-05-22T21:30—23:10 255 1.30
    2014-06-10T03:30—08:30 312 1.37 2014-06-08T12:30—13:30 386 1.32
    2014-06-09T16:00—17:13 392 1.33
    注:*表示降水过程中小于1 mm的小粒子偏多,粒径和测速误差较大,不参加讨论。
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    表  4  两次降水过程中Z=AR0b关系式的系数Ab

    Table  4  A and b values of Z=AR0b in two cases of precipitation

    2015年5月5日层状云降水 2014年5月10日对流云降水
    时段 A b 时段 A b
    00:20—00:35 308 1.3 12:50—13:00 185 1.4
    00:36—00:50 84 2.0 13:01—13:15 679 1.1
    00:51—01:05 144 1.5 13:16—13:30 246 1.8
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-10-08
  • 修回日期:  2017-01-10
  • 刊出日期:  2017-03-31

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