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1、天气雷达VIL产品的算法设计及应用郭泽勇,郑清,毛小燕,张阳生(阳江市气象局,广东阳江529500)摘要:介绍云体中在垂直方向上液态水总量(VIL)的水平分布的数值图像产品,及天气雷达物理量产品中VIL产品的理论计算模式,通过VB6.0软件编写相应的算法,实现VIL的彩色显示,放大等功能。分析了VIL值产生误差的几种原因。最后通过一次典型天气过程进行检测,结合阳江新一代天气雷达2007年的资料,将实时运算结果应用于阳江地区强对流天气的预警预报服务中。结果表明VIL产品对强对流天气的预警预报服务工作有很好的辅助作用。
2、关键词:大气探测;VIL显示;垂直方向上液态水;闪电定位;阳江中图分类号:P41文献标识码:B文章编号:1007-6190(2008)03-0029-0320世纪70年代初期,Greene等人[1-2]提出了垂直积分液态含水量(verticallyintegratedliquidwater,VIL)的概念之后,Robert等人[3]利用VIL产品在强对流天气预报、回波跟踪以及估测降水等领域作了深入的研究。80年代一些雷达气象学者进一步发展和完善了对VIL产品的应用,如建立了基于VIL产品的强对流天气潜势(sever
3、eweatherprobability,SWP)算法,并分析了该产品在不同季节、不同区域的应用情况。80年代末,随着美国的WS-88D多普勒雷达布网,VIL产品越来越被广泛地应用于风暴定位、强对流天气跟踪预报、降水强度估测以及冰雹判别等领域。VIL产品提供了包含大量水凝物的云体中在垂直方向上液态水总量的水平二维分布的数值图像产品。由于种种原因,目前VIL在广东各基层台站应用比较少,本文将较为详细地介绍VIL产品的算法设计,分析其误差产生的原因,并将实时运算结果应用于阳江地区强对流天气的预警预报服务中。VIL=f云顶
4、高3.44×10-3Z4/7dh,(3)云底高式中h表示与Z数据样本相对应的云体内高度。式(3)为VIL产品的理论表达式,实际计算时只能应用实测的体积扫描三维回波强度数据进行离散求和,这样,式(3)可改写为:VIL=3.44×10-3∑(Zi+Zi+1)4/7Δh,N-1(4)i2i=1式(4)中,Zi为第i层高度上的雷达反射因子,Δhi为第i层和i+1之间的高度差,N为体积扫描的仰角总数。值得注意的是,在式(3)、(4)中,高度h、hi的单位与VIL所采用的单位相互关联,h、hi以m为单位,则VIL的单位22为g
5、/m;如果要求VIL用kg/m作为标准单位,则h、hi必2须以km为单位。在这里采用习惯的标准单位kg/m,所以hi单位取km。2VIL的实现流程1)把每个仰角的极坐标形式转换成直角坐标,对于1km×1km、2km×2km的区域,近距离可能有多个实测资料点落在区域内,而远距离处有些区域又可能没有实测资料。为此,近距离采用平均值,远距离则先用线性内插法加以弥补后再求平均。2)将反射率因子的单位由常用的dBz转换为标准值。3)应用地球测高公式计算高度差Δhi(Δhi=hi+1-hi为第i、i+1两高度层之间的垂直距离)
6、。4)计算第i层(即ai仰角)的PPI资料中位于某个底面积的垂直柱体内的所有资料点的算术平均值。这样重复计算所有垂直柱体内所有层次的算术平均值。5)应用式(4)分别计算每一个底面积的垂直柱体中的VIL,从而得到整个探测区域的VIL分布。1VIL的原理VIL产品反映降水云体中,在某一确定的底面积(一般为1km×1km、2km×2km、4km×4km3种)的垂直柱体内液态水总量的分布图像产品。利用天气雷达回波信息来确定垂直方向上液态水的累计总含量,是以雷达反射率因子Z与云中液态水含量M(M实际就是非气态水粒子云内空间分
7、布的质量密度,气象上习惯称之为“液态水含量”)之间的数值统计关系,即所谓的Z-M[4]关系为基础,其关系式为:Z=2.042×104M1.75,M=3.44×10-3Z4/7,(1)(2)式(1)、(2)中M为单位体积云体中含有的液态水的总质量,单位为g/m3;Z为雷达反射率因子,单位为mm6/m3。VIL定义为某底面积的垂直柱体内总的含水量,所以:3实例分析本程序用16种颜色的彩色带,代表VIL的值。图中鼠标所指的方位和距离都能精确地显示出来,并且以该收稿日期:2007-09-30作者简介:郭泽勇(1982年生)
8、,男,助理工程师,学士,主要从事雷达探测工作。点为中心的周围小部分区域在程序界面的右下角得到4倍的放大显示,以便能够清楚、准确地读出该区域的位置以及它的VIL值,进而判断该区域的天气状况。2007年8月8日19:05合山机场遭到雷击,引起油罐燃烧,下面验证VIL值的变化情况与这次天气过程的关系。2007年8月8日18:05阳江地区的VIL显示(图1),合山方
