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基于TRMM/PR的长江下游地基雷达一致性订正

楚志刚 许丹 王振会 韩静 费海燕

楚志刚, 许丹, 王振会, 等. 基于TRMM/PR的长江下游地基雷达一致性订正. 应用气象学报, 2018, 29(3): 296-306. DOI: 10.11898/1001-7313.20180304..
引用本文: 楚志刚, 许丹, 王振会, 等. 基于TRMM/PR的长江下游地基雷达一致性订正. 应用气象学报, 2018, 29(3): 296-306. DOI: 10.11898/1001-7313.20180304.
Chu Zhigang, Xu Dan, Wang Zhenhui, et al. Consistent correction to ground-based radars in the lower reachers of the Yangtze based on TRMM/PR observations. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(3): 296-306. DOI:  10.11898/1001-7313.20180304.
Citation: Chu Zhigang, Xu Dan, Wang Zhenhui, et al. Consistent correction to ground-based radars in the lower reachers of the Yangtze based on TRMM/PR observations. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(3): 296-306. DOI:  10.11898/1001-7313.20180304.

基于TRMM/PR的长江下游地基雷达一致性订正

DOI: 10.11898/1001-7313.20180304
资助项目: 

江苏省高校优势学科建设工程项目 PAPD

公益性行业(气象)科研专项 GYHY201306078

江苏省自然科学基金项目 BK20130993

国家自然科学基金项目 41405026

详细信息
    通信作者:

    楚志刚, E-mail:chuzhigang@nuist.edu.cn

Consistent Correction to Ground-based Radars in the Lower Reachers of the Yangtze Based on TRMM/PR Observations

  • 摘要: 我国有近200部地基多普勒天气雷达,已经积累了近20年的观测数据,这些数据对雷达气候学研究非常重要。但由于不同雷达的标定误差不同,雷达之间存在观测值不一致性的现象(与美国的地基雷达类似),有的反射率因子差异超过了3 dB。这种不一致影响了多雷达联合降水估计的精度和雷达组网临近预报的效果。为此,采用筛选比较法对地基雷达与TRMM/PR(Tropical Rainfall Measuring Mission/Precipitation Radar)进行空间匹配和异常数据剔除,以TRMM/PR为参照计算并订正地基雷达偏差。对2013年5—9月长江下游7部S波段雷达数据订正后,结果表明:订正后7部雷达之间的平均反射率因子差异从1.8 dB降至0.5 dB,任意两部雷达之间的差异均小于1.0 dB,多雷达的观测一致性和空间连续性有明显改善。与传统的几何匹配法比较,筛选比较法订正结果相对稳定,不存在过量订正的问题。
  • 图  1  长江下游7部地基雷达地理位置

    (虚线为雷达150 km的探测范围)

    Fig. 1  Seven ground-based radars in the lower reaches of the Yangtze

    (dashed lines represent radar coverages of 150 km)

    图  2  2013年5—9月地基雷达与TRMM/PR的有效配对事件

    Fig. 2  Available matching events between ground-based radar and TRMM/PR from May to Sep in 2013

    图  3  地基雷达与TRMM/PR数据在不同距离上的相关系数(a)和差异标准差(b)

    Fig. 3  Correlation coefficient(a) and standard deviation(b) of reflectivity difference between ground-based radar and TRMM/PR at different distances

    图  4  地基雷达与TRMM/PR数据在不同高度层上的相关系数(a)和差异标准差(b)

    Fig. 4  Correlation coefficient(a) and standard deviation(b) of reflectivity difference between ground-based radar and TRMM/PR at different levels

    图  5  第1步到第5步处理后配对数据的相关系数(a)和差异标准差(b)

    Fig. 5  Correlation coefficient(a) and standard deviation(b) of difference between ground-based radar and TRMM/PR from the first step to the fifth step

    图  6  筛选前(a)、筛选后(b)和订正后(c)的配对数据散点

    Fig. 6  Scatter plot of matchup data before selection(a), after selection(b) and after correction(c)

    图  7  地基雷达反射率因子年平均偏差(a)和月平均偏差(b)

    Fig. 7  Annual(a) and monthly(b) average reflectivity biases of ground-based radars

    图  8  相邻地基雷达年平均反射率因子差异

    Fig. 8  Annual average reflectivity differences of adjacent ground-based radars

    图  9  相邻地基雷达月平均反射率因子差异

    (a)订正前,(b)GM_ICE订正后,(c)GM_WATER订正后,(d)筛选比较法订正后

    Fig. 9  Monthly average reflectivity differences of adjacent ground-based radars

    (a)uncorrected, (b)corrected by GM_ICE, (c)corrected by GM_WATER, (d)corrected by Selective Comparison Method

    表  1  地基雷达与TRMM/PR观测差异

    Table  1  Differences between ground-based radar and TRMM/PR observations

    参数 地基雷达 TRMM/PR
    波段(波长) S波段(10 cm) Ku波段(2.2 cm)
    300 km×300 km区域扫描时间/min 6 2
    扫描方式 从下而上 从上而下
    衰减影响 可忽略 严重
    地物影响 严重
    有效照射体积 1 km×1°×1° 5 km×5 km×0.25 km
    最小雷达反射率因子/dBZ -10 18.5
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  • [1] 张沛源, 周海光, 胡绍萍.双多普勒天气雷达风场探测的可靠性研究.应用气象学报, 2002, 13(4):485-496. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20020464&flag=1
    [2] 东高红, 刘黎平.雷达与雨量计联合估测降水的相关性分析.应用气象学报, 2012, 23(1):30-39. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20120104&flag=1
    [3] 陈明轩, 俞小鼎, 谭晓光, 等.对流天气临近预报技术的发展与研究进展.应用气象学报, 2004, 15(6):754-766. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20040693&flag=1
    [4] 陈明轩, 高峰, 孙娟珍, 等.基于VDRAS的快速更新雷达四维变分分析系统.应用气象学报, 2016, 27(3):257-272. doi:  10.11898/1001-7313.20160301
    [5] 杨艳蓉, 李柏, 张沛源.多普勒雷达资料四维变分同化.应用气象学报, 2004, 15(1):95-110. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20040113&flag=1
    [6] 肖艳姣, 刘黎平.新一代天气雷达网资料的三维格点化及拼图方法研究.气象学报, 2006, 64(5):647-657. doi:  10.11676/qxxb2006.063
    [7] 刘黎平, 张沛源, 梁海河, 等.双多普勒雷达风场反演误差和资料的质量控制.应用气象学报, 2003, 14(1):17-29. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20030103&flag=1
    [8] 史锐, 程明虎, 崔哲虎, 等.长江流域多普勒雷达回波强度资料对比分析.气象, 2004, 30(11);27-31. http://www.oalib.com/paper/5061857
    [9] Brandes E A, Vivekanandan J, Wilson J W.A comparison of radar reflectivity estimates of rainfall from collocated radars.J Atmos Ocean Technol, 1999, 16:1264-1272. doi:  10.1175/1520-0426(1999)016<1264:ACORRE>2.0.CO;2
    [10] Gourley J, Kaney B, Maddox R. Evaluating the Calibrations of Radars: A Software Approach//Preprints, 31st Conference on Radar Meteorology, Amer Meteor Soc, 2003.
    [11] You C H, Kang M Y, Lee D I, et al.Approaches to radar reflectivity bias correction to improve rainfall estimation in Korea.Atmos Meas Tech, 2016, 9:2043-2053. doi:  10.5194/amt-9-2043-2016
    [12] 潘新民.新一代天气雷达(CINRAD/SB)技术特点和维护、维修方法.北京:气象出版社, 2009.
    [13] 张培昌, 戴铁丕, 杜秉玉, 等.雷达气象学.北京:气象出版社, 1988.
    [14] 韩静, 楚志刚, 王振会, 等.苏南三部地基雷达反射率因子一致性和偏差订正.高原气象, 2017, 36(6):1665-1673. doi:  10.7522/j.issn.1000-0534.2016.00137
    [15] Atlas D.Radar calibration:Some simple approaches.Bull Amer Meteor Soc, 2002, 83:1313-1316.
    [16] 潘新民, 柴秀梅, 崔柄俭, 等.CINRAD/SB雷达回波强度定标调校方法.应用气象学报, 2010, 21(6):739-746. doi:  10.11898/1001-7313.20100611
    [17] 王振会.TRMM卫星测雨雷达及其应用研究综述.气象科学, 2001, 21(4):491-500. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=qxkx200104015
    [18] Kawanishi T, Kuroiwa H, Kojima M, et al.TRMM precipitation radar.Adv Space Res, 2000, 25:969-972. doi:  10.1016/S0273-1177(99)00932-1
    [19] Kozu T, Kawanishi T, Kuroiwa H, et al.Development of precipitation radar on board the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) satellite.IEEE Trans Geosci Remote Sens, 2001, 39:102-116. doi:  10.1109/36.898669
    [20] Takahashi N, Kuroiwa H, Kawanishi T.Four-year result of external calibration for precipitation radar (PR) of the tropical rainfall measuring mission (TRMM) satellite.IEEE Trans Geosci Remote Sens, 2003, 41:2398-2403. doi:  10.1109/TGRS.2003.817180
    [21] Liao L, Meneghini R, Iguchi T, et al.Comparisons of rain rate and reflectivity factor Derived from the TRMM Precipitation Radar and the WSR-88D over the Melbourne, Florida, Site.J Atmos Ocean Technol, 2001, 18:1959-1974. doi:  10.1175/1520-0426(2001)018<1959:CORRAR>2.0.CO;2
    [22] Wang J X, Wolff D B.Comparisons of reflectivities from the TRMM precipitation radar and ground-based radars.J Atmos Ocean Technol, 2009, 26:857-875. doi:  10.1175/2008JTECHA1175.1
    [23] Park S, Jung S, Lee G.Cross validation of TRMM PR reflectivity profiles using 3-D reflectivity composite from the ground-based radar network over the Korean Peninsula.J Hydrometeor, 2015, 16:668-687. doi:  10.1175/JHM-D-14-0092.1
    [24] 朱艺青, 王振会, 李南, 等.南京雷达数据的一致性分析和订正.气象学报, 2016, 74(2):298-308. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=qxxb201602011
    [25] 寇蕾蕾, 楚志刚, 李南, 等.TRMM星载测雨雷达和地基雷达反射率因子数据的三维融合.气象学报, 2016, 74(2):285-297. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=qxxb201602010
    [26] Hamada A, Takayabu Y N.A Removal filter for suspicious extreme rainfall profiles in TRMM PR 2A25 version-7 data.J Appl Meteorol Climatol, 2014, 53:1252-1271. doi:  10.1175/JAMC-D-13-099.1
    [27] Iguchi T, Kozu T, Meneghini R, et al.Rain-Profiling Algorithm for the TRMM Precipitation Radar.J Appl Meteor, 2000, 39:2038-2052. doi:  10.1175/1520-0450(2001)040<2038:RPAFTT>2.0.CO;2
    [28] Bolen S M, Chandrasekar V.Methodology for aligning and comparing spaceborne radar and ground-based radar observations.J Atmos Oceanic Technol, 2003, 20:647-659. doi:  10.1175/1520-0426(2003)20<647:MFAACS>2.0.CO;2
    [29] Meneghini R, Iguchi T, Kozu T, et al.Use of the surface reference technique for path attenuation estimates from the TRMM precipitation radar.J Appl Meteor, 2000, 39:2053-2070. doi:  10.1175/1520-0450(2001)040<2053:UOTSRT>2.0.CO;2
    [30] Schwaller M R, Morris K R.A ground validation network for the Global Precipitation Measurement Mission.J Atmos Ocean Technol, 2011, 28:301-319. doi:  10.1175/2010JTECHA1403.1
    [31] Liao L, Meneghini R.Changes in the TRMM Version-5 and Version-6 Precipitation Radar Products due to Orbit Boost.J Meteor Soc Japan, 2009, 87:93-107.
    [32] 王振会, 李圣殷, 戴建华, 等.星载雷达与地基雷达数据的个例对比分析.高原气象, 2015, 34(3):804-814. doi:  10.7522/j.issn.1000-0534.2014.00031
    [33] 刘黎平, 吴林林, 杨引明.基于模糊逻辑的分步式超折射地物回波识别方法的建立和效果分析.气象学报, 2007, 65(2):252-260. doi:  10.11676/qxxb2007.024
    [34] 江源, 刘黎平, 庄薇.多普勒天气雷达地物回波特征及其识别方法改进.应用气象学报, 2009, 20(2):203-213. doi:  10.11898/1001-7313.20090210
    [35] Bolen S M, Chandrasekar V.Quantitative cross validation of space-based and ground-based radar observations.J Appl Meteor, 2000, 39:2071-2079. doi:  10.1175/1520-0450(2001)040<2071:QCVOSB>2.0.CO;2
    [36] Awaka J, Iguchi T, Okamoto K.TRMM PR standard algorithm 2A23 and its performance on bright band detection.J Meteor Soc Japan, 2009, 87:31-52.
    [37] 周海光.新一代多普勒天气雷达网探测数据对比分析系统.计算机应用, 2013, 33(1):270-275. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dqpj201420073
    [38] Hou A Y, Kakar R K, Neeck S, et al.The Global Precipitation Measurement Mission.Bull Amer Meteor Soc, 2014, 95:701-722. doi:  10.1175/BAMS-D-13-00164.1
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-11
  • 修回日期:  2018-03-01
  • 刊出日期:  2018-05-31

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