龔雪鵬　徐曉　聶祥　陳焰犢

摘 要：本文依據(jù)2014年畢節(jié)CINRAD/CD雷達(dá)基數(shù)據(jù)資料和地面觀測站雨量資料，利用分類型最優(yōu)化法對數(shù)據(jù)擬合，進(jìn)行雷達(dá)產(chǎn)品降水估測的研究，建立適合本區(qū)域的Z-I關(guān)系。最后對降水產(chǎn)品進(jìn)行效果檢驗(yàn)對比，并對誤差原因進(jìn)行多方面分析。結(jié)果表明，與默認(rèn)的理論Z-I關(guān)系（Z=300×I1.4）對比，分類型優(yōu)化的Z-I關(guān)系適用性較好、準(zhǔn)確性也有一定的提高，能為本區(qū)域降水估測提供較可靠的判斷依據(jù)。

關(guān)鍵詞：CINRAD/CD雷達(dá)；定量降水估測；Z-I關(guān)系；誤差分析

新一代天氣雷達(dá)用于監(jiān)測降水和強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)的發(fā)展演變，是氣象部門進(jìn)行短時(shí)預(yù)警的重要探測手段之一。鑒于新一代天氣雷達(dá)資料具有時(shí)間和空間分辨率高的特點(diǎn)，適合進(jìn)行定量測量降水的研究與應(yīng)用。

目前，國內(nèi)外眾多學(xué)者都在致力于解決雷達(dá)定量測量降水的關(guān)鍵問題[ 1-5 ]，但我市天氣雷達(dá)定量降水估測仍然應(yīng)用現(xiàn)成的理論Z-I關(guān)系， 所有RPG降水產(chǎn)品也是基于該Z-I關(guān)系得到的，與實(shí)際雨量往往有較大差異。

由于Z-I關(guān)系隨不同的地理位置和硬件設(shè)備等存在很大差異，因此，建立本地適用的Z-I關(guān)系是進(jìn)行雷達(dá)定量估測降水工作本地化研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)。

畢節(jié)CINRAD/CD雷達(dá)自2006年5月1日投入運(yùn)行，聶祥[ 6 ]對本地區(qū)雷達(dá)回波強(qiáng)度與降水關(guān)系進(jìn)行了初步分析，但當(dāng)時(shí)區(qū)域站點(diǎn)相對較少，降水樣本的容量也較小，導(dǎo)致研究不夠深入。

目前，隨著全市地面觀測站點(diǎn)的建設(shè)，已經(jīng)具備了開展更優(yōu)化Z-I關(guān)系研究的條件。

本文采用分類型最優(yōu)化法對畢節(jié)CINRAD/CD雷達(dá)Z-I關(guān)系進(jìn)行研究，建立本地實(shí)用的Z-I關(guān)系模型，為充分發(fā)揮我市新一代天氣雷達(dá)在災(zāi)害性天氣監(jiān)測、預(yù)警作用，更好地服務(wù)于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和防災(zāi)減災(zāi)做出積極貢獻(xiàn)。

1 研究分析

研究方法就是不斷調(diào)整Z-I關(guān)系表達(dá)式中的A、b的值，直到判別函數(shù)CTF達(dá)到最小值。

2 樣本選取及處理

2.1 降水資料處理

選取畢節(jié)市2014年11次主要降水過程，利用天氣雷達(dá)強(qiáng)度產(chǎn)品及下屬8縣（區(qū)）國家級自動站的雨量統(tǒng)計(jì)資料，把每1h降水定義為一個(gè)樣本，對每次降水過程進(jìn)行分型，根據(jù)地理環(huán)境、降水范圍、降水量級等選取樣本。

2.2 雷達(dá)資料處理

選取與上述11次降水過程相對應(yīng)的畢節(jié)雷達(dá)的體掃強(qiáng)度回波資料。

在實(shí)際應(yīng)用中，Z≤10dbz的雷達(dá)強(qiáng)度回波資料，對降水強(qiáng)度的貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)，因此不再進(jìn)行處理；

Z≥55dbz的雷達(dá)強(qiáng)度回波資料，其中少數(shù)大水滴對Z的影響遠(yuǎn)大于對I的影響，因此都按照55dbz來進(jìn)行處理。

同時(shí)，考慮到降水過程在短時(shí)間內(nèi)的連續(xù)性和相對穩(wěn)定性，假定回波強(qiáng)度值在一個(gè)雷達(dá)體掃時(shí)間內(nèi)是維持不變的。

雷達(dá)強(qiáng)度回波經(jīng)過上述處理，在反射率因子Z選取時(shí)，還必須考慮地形環(huán)境、距雷達(dá)中心距離等因素。

首先，對處于靜錐區(qū)的七星關(guān)區(qū)，不作分析；對距雷達(dá)中心太遠(yuǎn)，且受到地形環(huán)境遮擋嚴(yán)重的威寧，也不作分析。

同時(shí)，在選取選取雷達(dá)強(qiáng)度資料時(shí)，假定其距離庫1°×1km內(nèi)降水均勻。據(jù)此要求，雷達(dá)回波樣本分析得到不同距離最優(yōu)仰角為：

對于L<30km，使用3.4°仰角；

30≤L≤60km，使用2.4°仰角；

L>60km，使用1.5°仰角。

2.3 Z-I關(guān)系分布

根據(jù)以上對等效反射率因子Z和降水強(qiáng)度I的樣本選取要求和假設(shè)，對2014年11次主要降水過程400多個(gè)樣本資料進(jìn)行分析，利用最優(yōu)化方法來調(diào)整Z-I關(guān)系，對于不同類型降水，取不同的A、b代入公式，建立適合本區(qū)域的Z-I關(guān)系表達(dá)式。

3 結(jié)果分析

3.1 效果檢驗(yàn)

對建立的Z-I關(guān)系表達(dá)式進(jìn)行降水估測，隨機(jī)挑選掃描范圍內(nèi)區(qū)域站的實(shí)況值進(jìn)行對比分析。本文中引進(jìn)區(qū)域降水平均相對誤差，對不同降水類型L>60km的Z-I關(guān)系進(jìn)行效果檢驗(yàn)，能較客觀反映誤差的大小。

3.2 誤差分析

應(yīng)用上述所建立的Z-I關(guān)系進(jìn)行降水估測，不同類型的降水過程的誤差系數(shù)都有一定的提高，但是仍存在較明顯的誤差，其主要原因主要有以下幾點(diǎn)：

首先是Z-I關(guān)系的不穩(wěn)定性所致，只能通過不斷增加樣本資料，進(jìn)一步修正表達(dá)式來接近實(shí)際測量值；

其次，雷達(dá)參數(shù)、性能的不同對Z值的影響較大，導(dǎo)致各個(gè)地區(qū)Z-I關(guān)系的獨(dú)特性；

第三，貴州的山區(qū)地形遮擋，特別是畢節(jié)雷達(dá)在240～330°方向上遮擋嚴(yán)重，導(dǎo)致回波探測不全，使得建立的Z-I關(guān)系誤差較大。

4 結(jié)語

貴州省畢節(jié)市地形復(fù)雜，遮擋角度較大，在進(jìn)行雷達(dá)定量估測降水時(shí)誤差較大，通過資料選取、樣本分型，對表達(dá)式最優(yōu)化計(jì)算，建立適應(yīng)本區(qū)域的Z-I關(guān)系，能在一定程度上提高降水產(chǎn)品的估測能力。同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)在本地化Z-I關(guān)系的研究中，必須理論和實(shí)際相結(jié)合，不同類型的降水過程和不同性質(zhì)的回波，需加以區(qū)分并做必要的修正，否則難以反映當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，導(dǎo)致預(yù)報(bào)出現(xiàn)較大的偏差。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李腹廣，王芬.用天氣雷達(dá)回波強(qiáng)度資料估測降水[J].氣象科技，2007，35（2）：286-288.

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[6] 聶祥.畢節(jié)雷達(dá)回波強(qiáng)度與降水強(qiáng)度關(guān)系的初步分析[J].貴州氣象，1996，19（2）：16-18.

基金項(xiàng)目：

貴州省畢節(jié)市氣象局青年基金項(xiàng)目（BJQN[2015]03）資助

作者簡介：

龔雪鵬（1984-），男，本科，工程師，主要從事雷達(dá)觀測與機(jī)務(wù)保障工作。