【摘要】：天氣雷達(dá)對(duì)中小尺度災(zāi)害性天氣具有很強(qiáng)的監(jiān)測(cè)預(yù)警能力,對(duì)分析中小尺度對(duì)流系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、理解降水內(nèi)部的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)過程有很大的幫助。單站地基雷達(dá)(Ground-based Radar,GR)受到諸如電磁波衰減、地物遮擋、波束充塞程度等影響,在探測(cè)能力和數(shù)據(jù)質(zhì)量上受到一些限制。為了擴(kuò)大天氣雷達(dá)探測(cè)范圍,需要采用多部天氣雷達(dá)組網(wǎng)聯(lián)合探測(cè)。然而,組網(wǎng)的各雷達(dá)如果缺乏統(tǒng)一標(biāo)定,則影響雷達(dá)網(wǎng)資料一致性,組網(wǎng)拼圖以及在數(shù)值模式同化的應(yīng)用中受到限制。本文將穩(wěn)定運(yùn)行多年的熱帶降水測(cè)量衛(wèi)星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)上搭載的、經(jīng)過精確標(biāo)定的測(cè)雨雷達(dá)(PrecipitationRadar,PR)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品作為標(biāo)準(zhǔn)參照源,通過與江蘇省地基雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析研究,提出基于星載雷達(dá)的地基雷達(dá)網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)一致性定標(biāo)理論和方法。通過比較雷達(dá)反射率因子,發(fā)現(xiàn)相鄰地基雷達(dá)間測(cè)量數(shù)據(jù)的不一致性,并采取一定的方法處理雷達(dá)網(wǎng)的系統(tǒng)觀測(cè)差異,改善雷達(dá)網(wǎng)測(cè)量的降水產(chǎn)品質(zhì)量。本文研究了基于幾何匹配法的TRMMPR和江蘇省六部地基雷達(dá)的反射率因子空間匹配。在2008年1月至2014年9月期間,六部地基雷達(dá)(南京、常州、連云港、南通、徐州、鹽城)與PR的有效匹配時(shí)次中分別有265151、230854、453448、322941、480423、467240個(gè)有效匹配點(diǎn)。結(jié)果表明,單站GR與PR具有良好的空間一致性,有效匹配點(diǎn)主要分布在5km高度以下,大多在15-30dBZ。本文基于譜分析原理,提出傅里葉插值法。通過與雙線性插值的結(jié)果進(jìn)行比較,該方法可以更好地凸顯強(qiáng)對(duì)流天氣情況下強(qiáng)回波區(qū)的結(jié)構(gòu)特征。為了提高TRMM PR與GR之間觀測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)系的可靠性,本文提出最優(yōu)可對(duì)比數(shù)據(jù)集法(Available Best Comparable Dataset法,簡(jiǎn)稱ABCD)。該方法包括七個(gè)步驟,通過前六步:PR-GR網(wǎng)格配對(duì)、GR方位角調(diào)整、GR地物阻擋處理、徑向距離選擇、垂直高度選擇、NUBF的處理,逐步剔除TRMM PR與地基雷達(dá)對(duì)比數(shù)據(jù)中的不確定數(shù)據(jù),篩選出一個(gè)PR與GR之間最優(yōu)可對(duì)比的數(shù)據(jù)集,最終利用該數(shù)據(jù)集計(jì)算得到GR與PR反射率因子偏差并以此訂正地基雷達(dá)反射率因子值。通過(1)ABCD方法中各步驟統(tǒng)計(jì)量的變化對(duì)比分析、(2)自動(dòng)站降水與GR訂正前后估測(cè)降水對(duì)比分析、(3)訂正前后的兩部地基雷達(dá)回波差異分析、(4)訂正前后拼圖效果檢驗(yàn),結(jié)果均表明,ABCD法能有效訂正GR反射率因子偏差,使GR之間的觀測(cè)值保持一致。在ABCD方法的基礎(chǔ)上,以全球降水測(cè)量(Global Precipitation Measurement,GPM)主衛(wèi)星上搭載的Ku波段降水雷達(dá)(Ku-Band Precipitation Radar,KuPR)為參考標(biāo)準(zhǔn),挑選2016年的兩次降水過程,比較分析了 GPMKuPR和長(zhǎng)江下游三部地基雷達(dá)(南京、常州、合肥)之間的差異。從GR和KuPR全部配對(duì)數(shù)據(jù)中,篩選最優(yōu)可對(duì)比的數(shù)據(jù)去訂正多地基雷達(dá)的標(biāo)定誤差,最終得到一個(gè)空間連續(xù)且觀測(cè)值準(zhǔn)確的反射率和降水估計(jì)產(chǎn)品。訂正后相鄰GRs重疊區(qū)的Z和QPE的差異分別減小了 65%和92%,不連續(xù)現(xiàn)象基本消失,訂正后MGR-QPE與雨量計(jì)觀測(cè)值更一致。最后利用先進(jìn)的區(qū)域性預(yù)報(bào)系統(tǒng)(the Advanced Regional Prediction System,ARPS)及其同化系統(tǒng)(ARPS DataAssimilation System,ARPSDAS),通過同化訂正前、后的雷達(dá)反射率因子數(shù)據(jù),對(duì)雷達(dá)資料的同化方案以及中小尺度暴雨天氣模擬預(yù)報(bào)等方面的應(yīng)用進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明,在單層網(wǎng)格設(shè)置下,以NCEP再分析資料作為背景場(chǎng),在云分析系統(tǒng)(Cloud Analysis System)加入雷達(dá)反射率因子會(huì)對(duì)氣象要素場(chǎng)和降水模擬產(chǎn)生影響,其中初始濕度場(chǎng)和降水預(yù)報(bào)場(chǎng)得到明顯改善。同化訂正后的反射率因子可以進(jìn)一步調(diào)整氣象要素場(chǎng),對(duì)模擬預(yù)報(bào)降水的效果更好,降水分布和降雨量更接近實(shí)況。
【圖文】：

ＣＩＮＲＡＤ／ＳＣ）天氣雷達(dá)，波長(zhǎng)５ｃｍ，主要分布在沿海及江淮流域等降水強(qiáng)、降水多的逡逑地區(qū)。Ｃ邋波段雷達(dá)（ＣＩＮＲＡＤ／ＣＣ、ＣＩＮＲＡＤ／ＣＢ、ＣＩＮＲＡＤ／ＣＤ、ＣＩＮＲＡＤ／ＣＣＪ），波長(zhǎng)逡逑１０ｃｍ，大多布設(shè)在西北、東北地區(qū)。圖１．２給出了我國(guó)新一代天氣雷達(dá)分布圖。逡逑隨著中國(guó)新一代天氣雷達(dá)投入業(yè)務(wù)應(yīng)用，對(duì)龍卷氣旋、雹云等小尺度天氣系統(tǒng)和對(duì)逡逑臺(tái)風(fēng)、暴雨等大范圍降水天氣的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)能力大大提高。多年來，研究人員在天氣雷逡逑達(dá)資料的分析、應(yīng)用等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)取得了很多有價(jià)值、有意義的研究逡逑成果（張培昌等，１９９８；劉洪恩，２００１；伍志方，２００３；俞小鼎等，２００５；張沛源等，逡逑２００８；鄭媛媛等，２００９；王紅艷等，２００９；袁美英等，２０１０；周海光，２０１０；俞小鼎等，逡逑３逡逑

邋ＰＲ沿天頂角垂直向下觀測(cè)，地基雷達(dá)水平觀測(cè)等逡逑條件，分別計(jì)算觀測(cè)雨、雪兩種不同相態(tài)粒子群時(shí)，Ｋｕ波段和Ｓ波段雷達(dá)反射率因子逡逑值的關(guān)系。如圖１．６所示，在觀測(cè)雨滴和雪花時(shí)，Ｋｕ波段和Ｓ波段雷達(dá)反射率因子之逡逑間的差異存在不同趨勢(shì)，即對(duì)雨滴觀測(cè)時(shí)，Ｋｕ波段反射率比Ｓ波段的值大，兩者差異逡逑隨著反射率的增加而增加，而對(duì)雪花冰晶觀測(cè)時(shí)，則相反。逡逑對(duì)雨滴和雪花，，擬合得到的二次方程式分別為逡逑＝－１．５０３９３＋１．０７２７４Ｚ５邋＋邋０．０００１６５３９３Ｚｓ２邐（１．１）逡逑Ｚ＆邋＝邋０．１８５０７４＋１．０１３７８ＺＳ邋－０．００１８９２１２ＺＳ２邐（１．２）逡逑４分別表示Ｋｕ、Ｓ波段的雷達(dá)反射率因子值，式中Ｚ值的單位均為ｄＢＺ。逡逑ＧＰＭ的ＶＮ系統(tǒng)使用ＬＭ２００９方法對(duì)ＧＲ反射率因子值進(jìn)行調(diào)整（Ｓｃｈｗａｌｌｅｒ邋ａｎｄ逡逑Ｍ0ｒｒｉｓ，２０１１）：零度層亮帶以上使用雪調(diào)整；零度層亮帶以下使用雨調(diào)整。王振會(huì)等（２０１５）逡逑比較上海雷達(dá)和ＴＲＭＭＰＲ數(shù)據(jù)前，對(duì)地基雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行了邋Ｋｕ調(diào)整，發(fā)現(xiàn)零度層亮帶逡逑以下，Ｋｕ調(diào)整可使匹配點(diǎn)發(fā)射率因子平均偏差減��；零度層亮帶以下，Ｋｕ調(diào)整
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P412.25

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本文編號(hào)：2652297