【摘要】：雷達定量估測降水是雷達資料應(yīng)用研究中的熱門領(lǐng)域,高時空分辨率的定量降水估計分析產(chǎn)品對天氣預報、云霧降水物理研究、數(shù)值模式的校準和檢驗、人工影響天氣、氣候變化分析、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防汛減災(zāi)及水文預報都有重要的意義。雨滴譜是降水微觀特性的反映,滴譜的時空變化是引起雷達定量估測降水誤差的主要原因之一。雙偏振天氣雷達基于多回波參數(shù)的特性,其對雨滴譜的時空變化有一定的適應(yīng)性,但其估測降水精度仍受雨滴譜變化的影響。此外,偏振參量的估算誤差也是造成雙偏振雷達測雨誤差的原因,而滴譜的變化在一定程度上也對參量ZDR的估算精度產(chǎn)生影響�；诓煌挠甑巫V分布范圍統(tǒng)計的測雨公式能更好地適應(yīng)雨滴譜變化,減小雨滴譜變化帶來的測雨誤差。但在實際的業(yè)務(wù)應(yīng)用中,雨滴譜不能直接從雷達基數(shù)據(jù)中獲取,按雨滴譜的不同對測雨公式進行分類統(tǒng)計無法實現(xiàn)。D0是表征雨滴譜分布平均尺度的物理量,它與ZDR之間存在著較好的相關(guān)性,則可以將ZDR作為媒介,通過對ZDR的區(qū)間劃分來實現(xiàn)對雨滴譜的分類,而這種分類是基于雨滴譜中雨滴的平均的尺度差異進行的�；诖嗽�,本文提出了一種測雨公式的優(yōu)化方案：對差分反射率因子ZDR進行區(qū)間劃分,并在不同的區(qū)間內(nèi)統(tǒng)計相應(yīng)的測雨公式,得到一個測雨公式組用于定量降水估測。測雨公式參數(shù)的計算結(jié)果與ZDR范圍的選取有關(guān),而ZDR范圍的選取也決定了含該參數(shù)的測雨公式的適用范圍,則ZDR的區(qū)間的劃分是測雨公式組測雨效果好壞的關(guān)鍵。結(jié)合雨滴譜的分布特性,利用Gamma分布函數(shù)對其進行模擬,并基于散射理論利用模擬的雨滴譜反演雙偏振雷達的偏振參量ZH、ZDR及降水率R。利用這些模擬參量對ZDR的區(qū)間劃分進行研究,并提出了3種ZDR區(qū)間劃分的方法：(1)利用統(tǒng)計學中的t檢驗法檢測測雨公式系數(shù)隨ZDR變化而變化的曲線圖中的顯著突變點,并將這些點對應(yīng)的ZDR值作為區(qū)間劃分的臨界值。 (2)直接按一定的步長等間距地將ZDR的范圍劃分為不同區(qū)間。(3)依托于ZDR與中值體積直徑D0的擬合關(guān)系ZDR=f(D0),通過對D0范圍等步長劃分而間接得到相應(yīng)的ZDR的范圍。然后利用模擬的雨滴譜對上述方法進行檢驗,并對檢驗效果進行逐一對比分析。方法一利用了統(tǒng)計學的相關(guān)知識,基于t檢驗的基本原理,以3為步長將系數(shù)序列按順序滑動取樣,計算兩兩滑動樣本間的t檢驗統(tǒng)計量,用t檢驗法檢測兩組樣本間的差異是否顯著,若顯著,則將造成該顯著差異的取值點所對應(yīng)的ZDR值作為ZDR分級臨界點。該方法具有明確的數(shù)學理論支撐,在測雨精度的提高方面效果最優(yōu)。方法二將‰在其主要取值范圍0 dB到3 dB之間分別以0.1 dB、0.2 dB、0.3 dB、0.4 dB、0.5 dB為間隔分成多個統(tǒng)計區(qū)間,得到多組測雨公式。該方法計算簡便,便于業(yè)務(wù)化的移植,其中以0.1 dB為步長將ZDR分級后在測雨公式的精度提高上效果最好,但同時也對ZDR的估算精度有高的要求�？傮w的效果稍遜于方法一。方法三依托于擬合公式f(D0),具有明確的物理意義,當以0.2 mm對D0進行分級后的效果最好,在總體的測雨精度提高方面效果與方法一幾乎一致。三種方法均能夠有效減少測雨公式的誤差。但在某些區(qū)間內(nèi)因ZDR與D0的聯(lián)合分布相對離散,相關(guān)性減弱,即使在一個相對小的ZDR分級范圍內(nèi)統(tǒng)計測雨公式,其對測雨精度的改進效果是有限的。這說明,ZDR與D0相關(guān)性的好壞是分級統(tǒng)計方法效果好壞的關(guān)鍵。最后,結(jié)合雨滴譜特性,采用信號矢量疊加的方法對雷達降水回波進行仿真,同時詳細給出了仿真回波的數(shù)學模型及仿真模型中相關(guān)參數(shù)的計算原理。利用計算機進行仿真,得到的回波仿真結(jié)果幅頻特性符合真實降水回波的幅度分布和功率譜特性,并且與降水的微物理特性相關(guān),更貼近真實的降水回波,同時還能反映雷達回波的偏振狀態(tài)及具體的雷達發(fā)射信號的特點�；诜抡婊夭▽DR估算誤差做簡單的分析,為今后進一步從偏振參量的估算精度方面研究測雨誤差打下基礎(chǔ)。
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P412.25

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本文編號：2632383