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双偏振雷达和双频测雨雷达反射率因子对比

蒋银丰 寇蕾蕾 陈爱军 王振会 楚志刚 胡汉峰

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..
引用本文: 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 Yinfeng, Kou Leilei, Chen Aijun, 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.
Citation: Jiang Yinfeng, Kou Leilei, Chen Aijun, 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.

双偏振雷达和双频测雨雷达反射率因子对比

DOI: 10.11898/1001-7313.20200508
资助项目: 

江苏高校优势学科建设工程资助项目 PAPD

国家重点研究发展计划重点专项 2017YF-C1501401

江苏省自然科学基金面上项目 BK20171457

国家自然科学基金面上项目 41975027

详细信息
    通信作者:

    寇蕾蕾, cassie320@163.com

Comparison of Reflectivity Factor of Dual Polarization Radar and Dual-frequency Precipitation Radar

  • 摘要: 为了研究星载测雨雷达和地基雷达探测数据存在差异的本质原因,将GPM(Global Precipitation Measurement Mission)星载双频测雨雷达(dual-frequency precipitation radar,DPR)和南京信息工程大学C波段双偏振雷达(CDP)的反射率因子进行时空匹配,并基于水凝物分类定量分析两者探测的相似性和差异性。结果表明:GPM DPR与CDP探测的反射率因子整体一致性较好,经过衰减订正和波段修正,两者的相关系数约为0.86,达到0.001显著性水平,均方根误差约为3.33 dB。基于T-矩阵法拟合C和Ku波段探测不同水凝物等效反射率因子的波段修正公式,在衰减订正基础上针对不同水凝物类型的回波进行波段修正,二者探测湿雪、霰、大滴和中雨回波的相关性较好;受干雪几何形状影响,探测干雪回波的相关性较低;探测大雨和冰晶回波的相关性较差。DPR中NS和HS模式探测存在差异,DPR NS模式对强回波敏感,而DPR HS模式对弱回波敏感。
  • 图  1  DPR和GR反射率因子对比散点及差异散点

    Fig. 1  Scatter plot and difference scatter plot of reflectivity factor of DPR and GR

    图  2  2016年10月26日00:25南京信息工程大学C波段双偏振雷达不同仰角反射率因子、差分反射率、协相关系数、水凝物识别分布(相邻距离圈间隔为30 km)

    Fig. 2  Z, ZDR, ρ, hydrometeor distribution of CDP at NUIST with different degrees at 0025 UTC 26 Oct 2016(the distance between adjacent range rings is 30 km)

    图  3  不同水凝物的DFRZKu的关系

    Fig. 3  DFR of different hydrometeors varing with ZKu

    图  4  波段修正后不同水凝物对比散点以及概率密度分布

    Fig. 4  Scatter plot and probability density function of different hydrometeors after band correction

    图  5  波段修正后不同水凝物统计参数

    Fig. 5  Curves of statistical parameters of different hydrometeors after band correction

    表  1  水凝物分布

    Table  1  Distribution of hydrometeors

    高度 水凝物类型
    低于零度层亮带底部 中雨、大滴、大雨、雨雹混合物
    零度层亮带底部—零度层亮带 湿雪、霰、中雨、大滴、大雨、雨雹混合物
    零度层亮带—零度层亮带顶部 干雪、湿雪、霰、冰晶、大滴、雨雹混合物
    高于零度层亮带顶部 干雪、霰、冰晶、雨雹混合物
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    表  2  拟合系数

    Table  2  Fitted curve coefficients

    类别 a0 a1 a2 a3 a4 a5
    0.0120 0.0111 -0.0020 6.8441×10-5 -7.8862×10-7 3.0245×10-9
    -0.0377 0.0530 -0.0020 -7.5728×10-7 1.5135×10-7
    湿雪 0.0165 -0.0189 -4.2491×10-5 2.4098×10-7
    干雪 0.0088 -0.1131 0.0077 -1.9627×10-4 2.2309×10-6 -9.3026×10-9
    下载: 导出CSV
  • [1] 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/article/id/20040693
    [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/article/id/20120104
    [3] 刘晓阳, 李郝, 何平, 等.GPM/DPR雷达与CINRAD雷达降水探测对比.应用气象学报, 2018, 29(6):667-679. doi:  10.11898/1001-7313.20180603
    [4] Liao L, Meneghini R, Iguchi T.Comparisons of rain rate and reflectivity factor derived from the TRMM precipitation radar and the WSR-88D over the Melbourne, Florida, Site.J Atmos Oceanic Technol, 2000, 18(12):1959-1974. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=1780e3abbcf9018dd3169453fb6c1f64
    [5] 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. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=gyqx201503023
    [6] Wen Y X, Hong Y, Zhang G, et al.Cross validation of spaceborne radar and ground polarimetric radar aided by polarimetric echo classification of hydrometeor types.J Appl Meteor Climatol, 2011, 50(7):1389-1402. doi:  10.1175/2011JAMC2622.1
    [7] Munsung K, Bong-Chul S, Krajewski, et al.Inter-comparison of reflectivity measurements between GPM DPR and NEXRAD radars.Atmos Res, 2019, 226:49-65. doi:  10.1016/j.atmosres.2019.04.010
    [8] 陈新涛, 刘晓阳.GPM DPR雷达联合地面S波段雷达反演雨滴谱.北京大学学报(自然科学版), 2019, 55(2):227-236. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=bjdxxb201902004
    [9] 陈廷娣, 王连仲, 窦贤康.TRMM卫星与机载雷达在降雨反演中的数据对比个例研究.应用气象学报, 2008, 19(4):454-462. http://qikan.camscma.cn/article/id/20080409
    [10] 李嘉睿, 卢乃锰, 谷松岩.青藏高原地区TRMM PR地面降雨率的修正.应用气象学报, 2015, 26(5):636-640. doi:  10.11898/1001-7313.20150513
    [11] 唐英杰, 马舒庆, 杨玲, 等.云底高度的地基毫米波云雷达观测及其对比.应用气象学报, 2015, 26(6):680-687. doi:  10.11898/1001-7313.20150604
    [12] 何平, 朱小燕, 阮征, 等.风廓线雷达探测降水过程的初步研究.应用气象学报, 2009, 20(4):465-470. http://qikan.camscma.cn/article/id/200904011
    [13] 高郁东, 万齐林, 薛纪善, 等.同化雷达估算降水率对暴雨预报的影响.应用气象学报, 2015, 26(1):45-46. doi:  10.11898/1001-7313.20150105
    [14] 史锐, 程明虎, 崔哲虎, 等.用反射率因子垂直廓线联合雨量计校准估测夏季区域强降水.应用气象学报, 2005, 16(6):737-745. http://qikan.camscma.cn/article/id/20050696
    [15] 楚志刚, 许丹, 王振会, 等.基于TRMM/PR的长江中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
    [16] Toshio I, Shinta S, Robert M, et al.GPM/DPR Level-2 Algorithm Theoretical Basis Document.[2020-05-08].https://gpm.nasa.gov/sites/default/files/document_files/ATBD_DPR_201811_with_Appendix3b.pdf.
    [17] Park J D, Ou M L.Global precipitation measurement (GPM) ground validation (GV) prototype status.J Atmos Oceanic Technol, 2014, 31(9):1902-1921. doi:  10.1175/JTECH-D-13-00193.1
    [18] Park H S, Ryzhkov A V, Zrnic 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
    [19] Ulbrich C W.Natural variation in the analytical form of the raindrop-size distribution.J Climate Appl Meteor, 1983, 22(10):1764-1775. doi:  10.1175/1520-0450(1983)022<1764:NVITAF>2.0.CO;2
    [20] 张合勇, 赵卫疆, 任德明, 等.球形粒子Mie散射参量的Matlab改进算法.光散射学报, 2008, 20(2):102-110. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=gssxb200802002
    [21] Park S G, Maki M, Iwanami K, et al.Correction of radar reflectivity and differential reflectivity for rain attenuation at X band.Part Ⅱ:Evaluation and application.J Atmos Oceanic Technol, 2005, 22(11):1633-1655. doi:  10.1175/JTECH1804.1
    [22] 姚晓娟.NUIST-C波段双线偏振多普勒雷达资料质量控制及回波特征分析.南京:南京信息工程大学, 2016.
    [23] Cao Q, Hong Y, Qi Y C, et al.Empirical conversion of the vertical profile of reflectivity from Ku-band to S-band frequency.J Geophys Res Atmos, 2013, 118:1814-1825. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=a51da214d186cbcfb021be8598de086a
    [24] Ray P S.Broadband complex refractive indices of ice and water.Appl Opt, 1972, 11(8):1836-1844. doi:  10.1364/AO.11.001836
    [25] Matzler C.In thermal microwave radiation:Applications for remote sensing.Electro-magnetic Waves Series, 2006, 52:455-462. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=10.1177/030913338200600201
    [26] Bohren C F, Battan L J.Radar backscattering by inhomogeneous precipitation particles.J Atmos Sci, 1980, 37(8):1821-1827. doi:  10.1175/1520-0469(1980)037<1821:RBBIPP>2.0.CO;2
    [27] Liao L, Meneghini R.Validation of TRMM precipitation radar through comparison of its multiyear measurements with ground-based radar.J Appl Meteor Climatol, 2009, 48:804-817. doi:  10.1175/2008JAMC1974.1
    [28] Shang J, Yang H, Yin H G, et al.First results from field campaign of spaceborne precipitation radar in China:Radar performance analysis.J Remote Sens, 2012, 16(3):435-447. http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTotal-YGXB201203002.htm
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-15
  • 修回日期:  2020-06-15
  • 刊出日期:  2020-09-30

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