07雷达定量测量降水.pdfVIP

2010-3-12 1 Ch. 7 雷达定量测量降水 南京信息工程大学 大气物理学院大气探测系 陈爱军 E-mail: nuistchen@ 2010-3-12 2 基本思路 而 ，与降水的谱分布有着密切联系。 同样，雨强也与滴谱有着密切联系。 因此，如果可以建立 之间的关系，就可以通过雷 达测量的回波功率估测雨强。 2r CP Z R ⇒ = 0 2 2 0.21 1 2 2 2 3 1 101024(ln 2) 2 R kdRt r P G h mP Z R m θ ϕ ψπ λ −− ∫= × + Z I− 6 0 ( )Z n D D d D ∞ = ∫ 2010-3-12 3 Z-I关系的确立(1) max 6 6 1 0 ( ) (7.4) i DN i i i i D Z D N D D D = = = = ∆∑ ∑ 当忽略近地面的垂直气流时，降水强度 I 可表示为： ( ) ( ) ( ) max 0 (7.5) j D j j j D I N D M D v D D = = ∆∑ 直径为 的 雨滴的质量 jD 直径为 的雨滴的下落末速 度 jD( ) 12 (7.10)j jv D C D β= ——表示单位体积内，直径为 到 之间的 雨滴数为 个，即滴谱。 ( )iN D D∆ iD iD D+ ∆ ( )iN D 2010-3-12 4 Z-I关系的确立(2) 通过收集和统计不同地区、不同降水类型和不同降水强度 的雨滴谱资料，发现雨滴谱的平均情况可以用以下几个经验公 式来表示： ( ) 1 (7.6)DN D D C D e Dλµ −∆ = ∆ ( ) 1 0 1 (7.7) D t N D D e D t e dt β α αβ − ∞+ − ∆ = ∆ ∫ ( ) 0 (7.8)DN D D N e Dλ−∆ = ∆ 其中，在雷达定量测量降水中最常用的滴谱分布形式是M- P (Marshall-Palmer)分布： 2010-3-12 5 Z-I关系的确立(3) 假设： 降水的时空分布均匀，且滴谱可用(7.6)式表示； 近地面的垂直气流很弱，可以忽略； 所有雨滴的散射满足瑞利散射条件； 雨滴下落的末速度可以用(7.10)式表示。 则： ( ) 12 (7.10)j jv D C D β= 6 0 ( ) (1.29)Z n D D dD ∞ = ∫ (7.15)bZ AI ⎫ ⎪ ⎪⇒ =⎬ ⎪ ⎪⎭ ( ) 1 (7.6)DN D D C D e Dλµ −∆ = ∆ A，b 为常数，因 地区、季节、降水类型 的不同而不同，甚至同 一次降水过程中，由于 滴谱的变化也会发生变 化。 ( ) ( ) ( ) max 0 (7.5) j D j j j D I N D M D v D D = = ∆∑ 2010-3-12 6 Z-I关系的确立(4) 常见的Z-I关系 根据对大量的滴谱资料的分析，若对降水成因分成几类， 如层状云降水，对流云降水，地形云降水，干雪和湿雪等，则 A、b 值相对稳定（尤其是当降水强度在20~200 mm/h之间 时），例如： 层状云降雨： 1.6200Z I= 地形云降雨： 1.7131Z I= 暴 雨： 1.37486Z I= 2010-3-12 7 Z-I关系的确立(5) 确立 Z-I 关系的其他方法： 直接根据雷达实测的 Z值，以及雨量计实测的雨强值 I来 得到 Z-I关系，主要有两种方法： 最优化处理法 A值平均法 概率配对的气候 Z-I关系 关于Ze-I 关系 由于无法从理论上进行推导，只能采取实测滴谱资料或最 优化方法来得到 Ze –I关系。 2010-3-12 8 雷达定量测量区域降水量 实际工作中，为了利用雷达测量区域 S在 T时段降水总量，可对区 域、时间进行分割，然后对雷达测得的降水量进行累加或平均，这样可以 去除随机误差的影响，使该区域上的雨量或平均强度比单点的瞬时强度更 为准确，从而保证一定的精度。 1 1 , n k i j i j S S T T = = = ∆ = ∆∑ ∑ 第 i个小块在 T时段的降水量 1 (7.52) k i j j i j M I T Sρ = = ∆ ∆∑ S区域上的总降水量 1 (7.53) n i i M M = = ∑ 若用降水厚度表示，则有 1 / (7.54) k i i j j i j H M I T Sρ = = = ∆ ∆∑ 1 1 1 (7.55) k n j j i j i MH I T S S Sρ = = = = ∆ ∆∑∑