盘锦地区雷达定量降水估测研究

易希延

摘要    利用雷达反射率资料和区域自动气象站降水资料，以盘锦市为研究区域，分别根据降水类型、降水量级以及最优化的拟合方法，建立Z-I关系的雷达定量估测降水模型，对盘锦市进行面雨量估测估算，与新一代雷达模型（Z=300 I1.4）进行对比分析。结果显示，雨量估测有较好的精确性和适用性，提高了对强降水的短时临近预报的准确性。

关键词    雷达;降水估测;Z-I关系;辽宁盘锦

中图分类号    P412.25        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）23-0188-01                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

降水是天气预报中重要的天气要素之一，降水估测的精细化对于农业生产以及气象防灾减灾有着十分重要的意义[1-2]。自动雨量站虽然能直接、有效地获取降水信息，但由于相邻雨量站之间距离较远，不能精确反映降水空间分布情况，而雷达具有探测范围广、时空分辨率高等特点[3]。因此，雷达定量估测降水逐渐成为精确测量降水的一种重要手段。

1    资料与方法

降水和雷达反射率等资料来源于盘锦市气象局。我国新一代天气雷达的降水系列算法中沿用了WSR-88D中设定的由美国夏季对流云降水统计得到的Z-I关系式，Z=300 I1.4，式中，Z为雷达反射率因子，I为降水强度。由于Z-I关系随季節、气候、地形和降水类型的不同而变化，WSR-88D中的Z-I关系在盘锦地区具有一定误差，应按照本地的地形、气候、季节和降水类型等重新确定a、b（Z=aIb），以获取较为准确的降水估测[3]。

2    不同类型降水估测对比分析

2.1    按降水类型

从降水类型可分为对流云降水、层状云降水和混合型降水，不同性质降水特征如表1所示。

统计发现层状云降水区具有水平范围较大、持续时间较长、强度比较均匀和持续时间较长等特点。回波强度特征：在PPI上，层状云降水回波表现出范围较大、呈片状、边缘零散不规则、强度不大但分布均匀、无明显的强中心等特点，回波强度一般小于30 dBZ。

对流云降水雷达回波特征：块状回波，对流云往往对应着阵雨、雷雨、冰雹、大风、暴雨等天气。回波强度特征：在雷达PPI上，对流云阵性降水回波通常由许多分散的回波单体所组成。回波单体随着不同的天气过程排列成带状、条状、离散状或其他形状。回波单体结构紧密，边界清晰，回波强度强通常在30～65 dBZ之间。在雷达RHI上，回波单体呈倾斜柱状结构。对流云阵性降水回波一般发展得比较高，多数在6～7 km以上，有的可以达到对流层顶[4]。

从混合型降水回波组合率反射图像中可以看出，回波是层状云降水回波和积状云降水的混合，回波呈絮状，没有明显的边界，发展稳定，其强度一般在20～50 dBZ之间，中心强度普遍≤45 dBZ，降水持续时间长、累积雨量大、降水面积大[5]。

根据降水类型分类，统计拟合不同降水类型的雷达定量降水Z-I关系（表2）。

2.2    按降水量级

如表3所示，不同强度的降水可能对应不同的Z-I关系，统计不同降水量级，对其进行分级归类，统计该雨强下的雷达回波反射率强度，分别拟合Z-I关系，得到最优的a，b系数。

2.3    最优化方法

选取2012年8月4日天气过程，选用之前的时次雷达与自动站降水关系作为拟合参数，计算8月4日12：00—13：00降水量，结果如图1所示。可以看出，优化后的雷达定量降水估测结果与实况整体上较为接近，在东北部地区预报量级偏大，这主要由于强降水回波自西向东快速移动，而东侧强降水回波在下几个时次迅速减弱，导致选取的反射率因子强度较实际偏强，从而使计算结果偏大，在以后的研究中应加以改进[7-8]。

3    结论

本文分别根据降水类型、降水量级以及最优化拟合方法，建立Z-I关系的雷达定量估测降水模型，对盘锦市进行面雨量估测估算，相较原始（Z=300 I1.4），雨量估测的精确性有较大提高，提高了雷达资料在降水中的应用价值，今后在业务中可进一步提高短临预报预警的准确性。

4    参考文献

[1] 宋林烨，陈明轩，程丛兰，等.京津冀夏季雷达定量降水估测的误差统计及定量气候校准[J].气象学报，2019，77（3）：497-515.

[2] 王坚红，肖雯，曹正，等.华南前汛期暴雨C波段雷达特征应用研究[J].南京信息工程大学学报（自然科学版），2019，11（1）：91-100.

[3] 陈超，胡志群，胡胜，等.CINRAD-SA双偏振雷达资料在降水估测中的应用初探[J].气象，2019，45（1）：113-125.

[4] 康磊.基于最优Z-I关系雷达定量估测降水动态订正方法研究[D].兰州：兰州大学，2017.

[5] 黄浩.基于最优化理论的双偏振雷达降雨参数反演研究[D].南京：南京大学，2018.

[6] 于跃，毕明林，刘鹏飞，等.朝阳新一代天气雷达分型Z-I关系降水估测模型[J].现代农业科技，2016（4）：213-214.

[7] 李嘉睿.青藏高原地区TRMM PR降水模型中Z-R关系的检验修正及应用[D].北京：中国气象科学研究院，2015.

[8] 张岳.多普勒天气雷达定量估测降水方案改进[D].南京：南京信息工程大学，2015.