自动雨量站与联网雷达产品对比应用分析

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摘要 天气雷达是利用云雨目标物对电磁波的后向散射回波来发现它们，并测定其空间位置、强弱分布，从而了解降水的生消演变和移向移速。实际工作中利用濮阳雷达与安阳自动雨量站资料对安阳回波强度≥30 dbz和20 mm以上降水的雷达回波，在位置与强度上进行统计学的对比分析发现：①安阳回波中心位置在实际降水中心位置的偏西北，距离差5～10 km；②安阳雷达回波中心强度比濮阳弱10 dbz左右；③利用濮阳雷达与安阳雷达在重叠区中观测图像的差异，可以识别有些异常传播产生的回波。

关键词 天气雷达；后向散射；雷达网；自动雨量站

中图分类号 P414 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）06-0247-02

在雷达图像的应用中，针对地面降水强度对雷达图像做的解译，由于许多因素的影响而非常复杂，这就要求对来自云中的雷达回波的波型做修正。尽管对这些影响因素能够做一些有效的自动订正，但不论是对单部雷达还是业务雷达网，都不能完全消除这些因素的影响，因此对这个问题的研究成为在天气预报中改善雷达图像使用的重要一步。在实际工作中利用濮阳雷达与安阳自动雨量站资料对安阳回波强度≥30 dbz和20 mm以上降水的雷达回波，在位置与强度上进行统计学的对比分析发现：①安阳回波中心位置在实际降水中心位置的偏西北，距离差5～10 km；②安阳雷达回波中心强度比濮阳弱10 dbz左右；③利用濮阳雷达与安阳雷达在重叠区中观测图像的差异，可以识别有些异常传播产生的回波。

1 地物杂波

天气雷达上看到的并不都是云雨（雪）产生的回波，下述原因可以导致非气象回波：①地球表面和地面静止物；②移动的物体；③与雷达设备有关的技术问题；④来自其他辐射源（如附近雷达）的干扰。在PPI图像上，这些影响因素所产生的回波与真正的气象回波相比，无论是它们的几何形状，还是像素尺度上的强度变化，以及其随时间变化的特性都有很大差异，因此这类非气象回波出现时很容易识别，不会误导气象预报员。最常见的非气象回波是地物回波，也叫地物杂波。当雷达波束扫到任何地表特征物时，都会出现这类回波。它们主要出现在雷达站附近，当雷达波束作低仰角探测时，可以根据它们持久不变的特性来识别。

减少地物杂波的方法：①根据晴天接收到的固定回波制作地物杂波图，在以后的雨日观测时可以去掉杂波区的测值，然后利用周围区域的资料来内插。②在近距离处提高观测的仰角。③用联网的濮阳多普勒雷达从移动目标中剔除它[1-2]。

2 异常传播

当低层大气出现强静力稳定时会出现异常回波。这种典型结构即在1～2 km处有强逆温和显著的水汽直减率。在逆温层中雷达波束发生折射，相对于原来的传播路径发生向下的弯曲，因此可以在地物杂波中观测到异常回波。在陆地上，异常传播表现为强度变化较大的、杂乱的、斑点状的回波图像[3]。异常回波最容易出现在反气旋天气形势下，或从地面向上存在深厚的夜间逆温时。

减少异常回波的方法：①动画显示有助于识别异常传播引起的回波，因为异常传播经常表现为静止或无规则移动。②高仰角观测的PPI图像，通常看不到异常传播产生的回波，因此可以有效地消除上述单部雷达显示带来的问题。对于雷达网而言，利用雷达在重叠区中观测图像的差异，可以识别有些异常传播产生的回波。

3 太行山对降水的影响

山脉对降水的屏蔽或遮掩，会导致雷达对山脉更远处降水的测量值减少。在实际观测中，发现在林州的西部太行山区回波强度较强，当移到林州时强度常降一个量级，反之当从东面丘陵地带的回波移向林州（太行山）时，回波强度常增加一个量级，天气现象也表现的较为剧烈。

这与雷达波束下面降水的增强和蒸发有关，只有在不受上述屏蔽和地物杂波影响的条件下，让雷达波束高度尽可能的低，才能得到地面雨强的最佳估计值。但是即使雷达波束仰角达到了最低值，它所探测到的云中降水也会在雷达波束下方的干空气中蒸发，使地面的雨强被高估。这种蒸发现象在实际工作中将导致对地面降水开始时刻的预报产生1～2 h的误差，尤其是在暖锋前沿。在近距离处，雷达波束在地面之上已达数千米，这种现象最为显著。在迎风坡上，雷达波束之下的底层降水会产生增强现象[4-5]。高层中产生的降雨下落穿过非常潮湿、多云的近地面，在非常低的地方产生大的降水，这就是使降水增强的“催化一撒播”机制。在丘陵地区抬高雷达观测角以避免地物杂波时，不易觉察到上述增强机制。

4 滴谱的影响

在Z-R关系中，针对不同的雨强隐含了一种对滴谱所作的假设。对于像积雨云这样的降水云层，由于它含有大雨滴的数量比假设的多，因此人们往往过高估计实际降水。同样道理，对于那些含有比假定的雨滴小的云层，利用瑞利假设将低估降水，可以通过雷达测量与雨量站观测值的比较来订正。对于丘陵地区的局地降水，由于没有自动雨量站而无法测量降水强度，濮阳雷达在雨量估计方面是对安阳雷达资料的一个补充。

5 结论

利用濮阳雷达与安阳自动雨量站资料对安阳714S雷达回波中心在位置与强度上进行统计学的对比分析，针对地面降水强度对雷达回波图像作的解译，由于许多因素的影响而非常复杂，对来自云中的雷达回波的波型作出分析再应用。结果分析：①安阳回波中心位置在实际降水中心位置的偏西北，距离差5～10 km。②安阳雷达回波中心强度比濮阳弱10 dbz左右。③利用濮阳雷达与安阳雷达在重叠区中观测图像的差异，可以识别有些异常传播产生的回波。④由于濮阳雷达资料与安阳自动雨量站资料的使用年限较短，分析存在着偏差，特别是在小区域降水量级上，雷达估计与自动雨量站相差很大。

6 参考文献

[1] 裴宇杰.多普勒天气雷达网络信息服务系统的研究[D].南京：南京气象学院，2004.

[2] 牛丽莉.多普勒天气雷达二次产品处理系统界面设计[D].南京：南京信息工程大学，2007.

[3] 何彩芬，黄旋旋，丁烨毅，等.宁波非气象雷达回波的人工智能识别及滤波[J].应用气象学报，2007（6）：856-864.

[4] 董如根.多普勒天气雷达资料WEB共享及远程等效PUP的设计[D].南京：南京信息工程大学，2008.

[5] 裴宇杰，顾松山，陈钟荣.多普勒天气雷达信息网络服务系统的设计[J].南京气象学院学报，2005（1）：125-132.