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《天气雷达测定区域降水量方法的改进与比较》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第20卷第3期南京气象学院学报Vol.20No.31997年9月JournalofNanjingInstituteofMeteorologySep.1997天气雷达测定区域降水量方法的改进与比较1)2)2)林炳干张培昌顾松山(1)福建省气象局,福州350001;2)南京气象学院大气物理学系,南京210044)摘要讨论变分校准法用于雷达-雨量计系统联合探测降水。由雷达反射率因子Z和地面降水强度I实时地获得最优Z-I关系,在求解欧拉方程时采用多重网格法,不仅可提高计算结果的精度,还可大大提高计算速度。关键词最优化方法,变
2、分校准法,多重网格法,Z-I关系分类号P407由于测雨雷达可以及时提供时空连续变化的实时降水资料,给出较大范围内的瞬时降水强度分布、累积降水量分布和区域降水量等,因此对于暴雨落区和移动预报、流域的洪水预报以及研究水资源循环与平衡等均有重要意义。但由于天气雷达精度受到各种因子的影响,故在业务中常采用将天气雷达与雨量计相结合的方案,主要有平均校准法、空间校准法和变分校准〔1,2〕法等。本文先用雷达回波资料和相应的地面雨量计资料,按照最优化方法选择适当的判别函数,由计算机确定最优的Z-I关系。然后,根据地面各雨量计站资料,用
3、客观分析方法求出各网格点上的降水场。最后,用变分校准法把经空间校准的雷达降水场和由客观分析方法求出的降水场拟合成最终的雷达-雨量计降水场,并将之与通过一般平均校准法、空间校准法所得的区域降水情况进行了比较。试验表明,变分校准法效果最佳,而在对雷达资料作处理时,使用经最优化方法确定的Z-I关系要比使用一般的Z-I关系效果更好。〔3〕1最优化方法获得Z-I关系最优化处理的实质是先假定一个Z-I关系BZ=AI(1)在任意给出系数A和B的初值后,反复修改此Z-I关系的系数A、B,使雷达估算的每小时雨量Ir,i值和雨量计测定的每
4、小时雨量值Ig,i之间的一致性达到最好。一致性好坏程度可用事先选择的判别函数2CTF=min{∑[(Ir,i-Ig,i)+(Ir,i-Ig,i)]}(2)来衡量。当对所获样本数已不可能通过修改A、B而使CTF更小时,对当时而言,此A、B所确定的Z-I关系,就是最优的了。我们用南京地区1989年6月15日07～08时(北京时,下文收稿日期:1996-10-07;改回日期:1997-03-19国家自然科学基金49135120资助项目第一作者简介:林炳干,男,1965年1月生,硕士,工程师3期林炳干等:天气雷达测定区域降水
5、量方法的改进与比较335同),09～10时,13～14时,16～17时各时段共44个降水样本经最优化处理后所得的Z-I关系为1.29Z=384I(3)由(3)式就可求出与当时雷达探测到的Z值相对应的降水强度值I。2变分校准法设各个雨量计站的校准因子Fn为各雨量计站的观测值Ig,n与相应点上经(3)式计算所得〔4〕的雷达测定值Ir,n之比,即Fn=Ig,n/Ir,n。利用Barness客观分析法,通过下式N∑WnFn(x,y)n=1F(i,j)=N(4)∑Wnn=1就可将各雨量计点位置(x,y)上的Fn内插到全场各网格点
6、上。其中Fn(x,y)(n=1,2,⋯,N)**是第n个雨量计的值;N是以格点为中心的某个扫描半径Rn内的雨量计个数,而Rn是保证N等于某一常数时的最小半径;F(i,j)是网格点(i,j)处的值,Wn是权重函数,可表示成2-rnWn=exp()(5)4k*式中,rn代表在Rn以内第n个雨量计与网格点(i,j)间的距离;k为权重系数或滤波系数,与观测站点的密度、几何分布情况等有密切相关,选择适当的k值可满足不同的滤波要求。在许多学者的研究工作中,为了便于计算,常选择k为常数,但这必须要求站点分布大致均匀,否则会出现短波失
7、真。实际上,雨量站点的分布是无规则的,因此,这里把k假设成是观测站点密度的函数,即每一个网格点,都有对应的k(i,j)值。具体算法如下。由于在给定区域内每个网格点(i,j)附近的观测站点密度已经确定,雨量站点的平均间距L(i,j)可用下式表示Sn(i,j)L(i,j)=(6)NSn(i,j)是指以网格点(i,j)为圆心,包括N个观测点在内的最小圆周面积。取最小可分辨波长=2L(i,j)(7)〔4〕再由中尺度分析导出响应函数2-4kR0(,k)=exp(2)(8)由(6)、(7)和(8)式,再根据具体要求确定响应
8、函数值,即可定出相应的滤波系数k(i,j),并由此根据(4)、(5)式得到F(i,j),然后由PSr(i,j)=Ir(i,j)F(i,j)(9)得到经空间校准后的雷达降水场PSr(i,j)。其中Ir(i,j)就是经最优化处理得到的雷达降水场。另外,根据各雨量计站实测降水值Ig(x,y),可以用相同的方法确定各网格点上的降水强度场P
