遵義地區(qū)一次暴雨雨滴譜特征及在雷達(dá)中的應(yīng)用

　　摘要：根據(jù)遵義地區(qū)的〇TTparsivel雨滴譜儀觀測(cè)的一次暴雨雨滴譜資料、天氣雷達(dá)觀測(cè)資料以及自動(dòng)站降水資料，對(duì)暴雨過(guò)程中的雨滴譜參數(shù)和雨滴譜分布特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)中粒徑雨滴貢獻(xiàn)率最大;質(zhì)量加權(quán)平均直徑和粒子數(shù)密度成負(fù)相關(guān);在對(duì)平均雨滴譜擬合時(shí)發(fā)現(xiàn)，Gamma分布在中粒徑擬合效果比MP分布好，而在大粒徑和小粒徑符合程度效果相差不大;比較雷達(dá)回波強(qiáng)度與雨滴譜特征參量的雷達(dá)反射率之間的關(guān)系，通過(guò)取3次平均來(lái)修正雷達(dá)回波強(qiáng)度，結(jié)果表明：修正后的數(shù)據(jù)和雨滴譜雷達(dá)反射率因子的相關(guān)系數(shù)高達(dá)99.59%，且均方誤差和平均絕對(duì)誤差都很小;再構(gòu)建修正后的天氣雷達(dá)反射率因子與雨滴譜計(jì)算的雨強(qiáng)的Z/關(guān)系，得到擬合的Z/關(guān)系曲線Z=133.98/112，利用擬合的Z/關(guān)系計(jì)算的雨強(qiáng)與用雨滴譜數(shù)據(jù)計(jì)算的雨強(qiáng)相關(guān)系數(shù)達(dá)到99.53%。因此，通過(guò)雨滴譜參數(shù)修正后的雷達(dá)回波反射率可以準(zhǔn)確估測(cè)降水

　　關(guān)鍵詞：雨滴譜;雷達(dá)反射率;雨強(qiáng);遵義地區(qū)

　　溫凱; 王福增; 王秋淞; 周秋玲成都信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)2021-12-13

　　0引言

　　采用2020年遵義地區(qū)一次暴雨過(guò)程中的雨滴譜資料，結(jié)合天氣形勢(shì)與當(dāng)?shù)氐奶鞖饫走_(dá)觀測(cè)資料，對(duì)降水特征進(jìn)行分析，為了解遵義地區(qū)暴雨災(zāi)害的雨滴譜特征提供可靠依據(jù)。通過(guò)相關(guān)公式計(jì)算平均雨滴譜、總粒子數(shù)濃度、降水粒子含量、雷達(dá)反射率、分鐘雨強(qiáng)等雨滴譜特征參量。參考張洪勝等[1]對(duì)平均雨滴譜進(jìn)行的Gamma分布和M-P分布的擬合方法，分析了M-P(兩參數(shù))和Gamma(三參數(shù))分布對(duì)粒徑平均雨滴譜的擬合效果。再根據(jù)濮江平等[2]對(duì)雨強(qiáng)與雷達(dá)反射率對(duì)比分析的方法，觀察遵義地區(qū)天氣雷達(dá)的雷達(dá)反射率變化，分析暴雨過(guò)程中雨強(qiáng)和雷達(dá)反射率的相關(guān)關(guān)系。將雨滴譜的數(shù)據(jù)和雷達(dá)回波的數(shù)據(jù)做比較，并用雨滴譜特征參量的雷達(dá)反射率修正天氣雷達(dá)反射率因子，然后用修正后的雷達(dá)反射率數(shù)據(jù)構(gòu)建合適的Z-/關(guān)系，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)修正后的雨強(qiáng)與雨滴譜儀測(cè)到的雨強(qiáng)很接近，得出結(jié)論：修正后的雷達(dá)回波反射率可以準(zhǔn)確估測(cè)降水。這間接地驗(yàn)證了雨滴譜參數(shù)的可靠性，也體現(xiàn)了雨滴譜參數(shù)在雷達(dá)氣象中的應(yīng)用。

　　1平臺(tái)與設(shè)備1.1平臺(tái)

　　Pycharm是一種程序編寫(xiě)的IDE，有調(diào)試、代碼自動(dòng)跳轉(zhuǎn)、智能顯示、語(yǔ)法檢測(cè)高亮等功能。此外，pyc-harm還有額外的開(kāi)發(fā)功能，即Django功能，同時(shí)pyc-harm還支持google構(gòu)架編程。米用pycharm編寫(xiě)程序的主要原因是此IDE在數(shù)據(jù)處理和圖像顯示方面具有方便、簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

　　1.2設(shè)備

　　雨滴譜的數(shù)據(jù)來(lái)源于一款OTTParsivel雨滴譜儀，是新型雨滴譜測(cè)量?jī)x器，與傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器不同，該設(shè)備采用了激光測(cè)量的方法，用一個(gè)光學(xué)傳感器元件對(duì)降水進(jìn)行檢測(cè)，可檢測(cè)出多種類(lèi)型的降水。Parsivel降水粒子譜儀能夠提s的時(shí)間分辨率，每5min—次數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。貴州地區(qū)的設(shè)備型號(hào)是100型，共有32個(gè)直徑測(cè)量級(jí)和32個(gè)速度測(cè)量級(jí)，其直徑測(cè)量范圍為0.062?24.5mm，速度測(cè)量范圍為0.05￣20.8rn/s。每一次采樣間隔內(nèi)的粒子譜測(cè)量數(shù)據(jù)都有32x32=脳個(gè)。實(shí)驗(yàn)雷達(dá)的數(shù)據(jù)來(lái)源于新一代的多普勒天氣雷達(dá)，這是一種主動(dòng)遙感的探測(cè)工具，具有較強(qiáng)的靈敏度，在測(cè)量云、降雨和各種強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生發(fā)展內(nèi)在因素方面有重要的應(yīng)用。雷達(dá)使用SC波段進(jìn)行探測(cè)，所用數(shù)據(jù)有9層仰角，400個(gè)徑向，750的距離庫(kù)。數(shù)據(jù)格式是最新一代天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式(CINRAD/CD)〇

　　2數(shù)據(jù)與方法2.1雨滴譜數(shù)據(jù)處理

　　實(shí)驗(yàn)使用的是貴州自動(dòng)氣象觀測(cè)站的雨滴譜數(shù)據(jù)，根據(jù)姚正蘭等M的研究，遵義地區(qū)通常會(huì)在6月多發(fā)_，故雨滴譖的數(shù)據(jù)選甩時(shí)間.為2020年6月。采用Rjrsi\reI爾滴請(qǐng)儀5mill記華的數(shù)據(jù)，記暴每神雨漓的類(lèi)型，通過(guò)爾滴譜BUFR編碼格式1.0版本進(jìn)行解碼，可利用一段時(shí)間內(nèi)雨滴的麵，計(jì)算出各種雨滴譜的參量。圖1是貴州氣象觀測(cè)站雨滴譜數(shù)據(jù)的編碼格5?，

　　需養(yǎng)注意梅是，在這個(gè)數(shù)據(jù)段格式中有一個(gè)意要編媽規(guī)則。時(shí)間增量W1111111011.值為2043，即2048-2043=5為5min—'次編報(bào)，說(shuō)明數(shù)據(jù)編碼格式是5min存?zhèn)蛞粋€(gè)文件：，每5min的數(shù)據(jù)31是按分鋪編寫(xiě)'的^通過(guò)延遲重復(fù)雇子，每16位為一組，讀到第一組非0數(shù)據(jù)，即為循環(huán)次數(shù)，共5組，表示5min

　　2，2雷達(dá)數(shù)據(jù)處理

　　實(shí)驗(yàn)使用的是：貴州遵義地區(qū)的氣象雷&數(shù)據(jù)，以一天為基率單位分為不同文件夾，文件夾中.的探測(cè)數(shù)據(jù)以5min或雜imin儲(chǔ)存一次寫(xiě)成一個(gè)hill文件。霄達(dá)棊數(shù)據(jù)可分為徑向數(shù)據(jù)塊和公共數(shù)據(jù)塊兩部分。徑向數(shù)據(jù)塊保存了遵義地區(qū)天氣富3S的探測(cè)資料，公共數(shù)據(jù)塊保存了遵義蕾達(dá)站點(diǎn)信息與相關(guān)任務(wù)配置參數(shù)信息。要確定雨滴的空間位置，霄達(dá)霄要測(cè)定雨滴的角坐標(biāo).，包街方位角和仰角，這需要利用電磁波的均勻傳播特性，通過(guò)If滴反射電磁波確定雨滴所在方向。但實(shí)ISfi況，電磁波會(huì)受到太氣密度或濕度不均勻、地形復(fù)雜罅園素影響，不會(huì)均勻傳播。因此還#用_測(cè)角范囿、測(cè)角速度、測(cè)角誤差、角分辨率等參數(shù)3由于霄達(dá)數(shù)據(jù)反映的是不同層面的氣象要素憒況，因此在處理雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)廣考慮不同仰角對(duì)實(shí)際雨滴數(shù)據(jù)造成的影響。同時(shí)爾滴在下雍過(guò)程中會(huì)受風(fēng)速風(fēng)向的于擾，故在選取雷達(dá)基數(shù)據(jù)時(shí)，可取雨滴譜儀對(duì)應(yīng)點(diǎn)的雷達(dá)距離庫(kù)，也可取多點(diǎn)平均的方法來(lái)減小雨滴粒子受橫風(fēng)影響造成的誤善。

　　2.3參數(shù)公式及含義

　　通過(guò)南滴譜可得到5min內(nèi)商滴粒子數(shù)、爾滴類(lèi)圈(童徑與速度)，由此計(jì)算比眾數(shù)直徑和優(yōu)勢(shì)直徑6眾數(shù)直徑是指最大頻率直徑：，即為在5mhl內(nèi)出現(xiàn)次數(shù)暈多的粒子貫徑。iV(￡)，)最大值對(duì)應(yīng)的虞徑就是眾數(shù)直HiV是某個(gè)粒徑的粒子個(gè)數(shù)A是粒子的直徑&優(yōu)勢(shì)邏徑巧是對(duì)含水纛貢棘最多的粒子的真徑，單位)A3最大眞對(duì)應(yīng)的直徑就是優(yōu)勢(shì)宣徑。計(jì)算么v式如下：if=1興h眾數(shù)直徑和優(yōu)勢(shì)直徑，就可計(jì)算平均體積直徑從，，單位^^平均體積直徑的含義是體積等，平均雨滴體積的等效南滴直徑，實(shí)質(zhì)是一個(gè)?雨滴直徑成平均直徑A是一個(gè)重要雨滴鐠數(shù)據(jù)，單位nm，平均直徑是指全部甫滴.的直徑總和除以雨滴的總數(shù)。計(jì)算公式如下：MA)A(2)風(fēng)眞斯權(quán)平均直@乃，?5辱偉血%：羅雜攀位體積內(nèi)廣樣載子直徑加權(quán)相對(duì)于雜子總質(zhì)最的平均j徑》可以在一走裎庋上反映粒子分布情況。計(jì)算：公式如下rtN(D，)D*Dm=g⑶jmD冰眞屮，數(shù)體稅直徑D〇，‘位_，舍水量靡一半龜由直徑大于此值的雨滴組成，與數(shù)學(xué)上的中位數(shù)概念有所相似。

　　滿足2l^W(fl，)^=lg：：;iV(D，)^(4)同財(cái)拫據(jù)雨滴譜數(shù)據(jù)、雨滴類(lèi)型^以得到眾數(shù)粒子屬大速度，率位fi/%眾數(shù)雜子逮度是Smin內(nèi)讀大鱗率詢(xún)粒子逮虔*最大速度.暴Smit內(nèi)出現(xiàn)的最大粒子速度。為了分析降水強(qiáng)度》含水量和降水強(qiáng)度是分析一次暴雨數(shù)據(jù)的關(guān)鍵參數(shù)，它們的計(jì)算公式也是興定的6含本量F，單位mg/m3，是指單位體積內(nèi)粒予總的廳。計(jì)算公式如下：W=fpm3iN(Di)D^(5)其中p，106#m3是固定值?

　　降水強(qiáng)度，單位mro/h，基德單疫時(shí)：間韻降水量。由于數(shù)據(jù)是Srain數(shù)據(jù)，則降水強(qiáng)度指的就是5min內(nèi)的降水量。計(jì)算么<式如下R=ffiSN(Di)D^V(Di)(6)其中Fs為某個(gè)速度區(qū)間的速度，單位m/?

　　靈蓮反射：率因子藝，單位nimVnr，是指1nr內(nèi)所有粒子后向散射截面的和。實(shí)驗(yàn)中的霄迭反射率因子是_雨濟(jì)譜數(shù)據(jù)if算得來(lái)的，與由霄達(dá)數(shù)據(jù)得到的霄達(dá)反射率因子是不同的來(lái)源-計(jì)算公式如下：Z=iiV(A)fl?(7)i=1粒子數(shù)密度W(fl)，単位1/m3，粒子數(shù)密度最指單位體積內(nèi)粒子總數(shù)。計(jì)奠舍式如下I?#)=!101'(8)U*V，?AT?AD其中：4為取樣面租，：它fit值逢5400mro%A71為取樣吋間，一般取60s。

　　MatshallandPalmer[4]屬早提出爾滴'譜的分布構(gòu)型』卩利用指數(shù)形式描述爾滴數(shù)量隨雨滴大小的分布情況，M-P分布樓型;N(D)=B&ffAD(9)其中，馬和A為2個(gè)參數(shù)為為參徵、A為斜率參數(shù)^爲(wèi)和條水隹：子商總體數(shù)濃度：有典(平均：粒子數(shù)密度越大W。越太)，A的太小反映降水過(guò)裎粒子直徑大小的變化，A值]1小，說(shuō)明爾滴譜分布越乎穩(wěn)，大粒子的數(shù)量越多，反之相反。且A和雨強(qiáng)犮如下關(guān)系：A=41?R°'n(10)隨著研究深人的發(fā)現(xiàn)，Ulbrich等[5]提出了一個(gè)修1E后的南滴潘分布潘式，即Gsm_分布/(JaTOna分布模型：_)=tislTeXD(11)其中，if6、/x和A為3個(gè)參數(shù)■示1爾滴譜分布的靡狀&根據(jù)霍朝陽(yáng)等[3]研究可知，Gamma分布模型可以反映擬含平均雨滴請(qǐng)的趨勢(shì)，大于0時(shí)曲線向上彎曲，小于0時(shí)曲線向下彎曲，等于0時(shí)為M-P分布c陳時(shí)用矩估計(jì)法研窮了Ga_a函數(shù)擬合雨滴譜數(shù)據(jù)，其中第n階矩定義為：=(12)燈階矩應(yīng)用于旗ito權(quán)平均盧徑的計(jì)算就是西階矩和三階矩的比值，如式(3)。為了修疋養(yǎng)達(dá)回波強(qiáng)度，對(duì)雷逢回波強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行多點(diǎn)平均，雷達(dá)反射率沙點(diǎn)平均公式為Zr=tz(i)/n(13)i=1由予雷達(dá)反射率和嵐邊的雷_反射率不是一'一■對(duì)應(yīng)的類(lèi)系，因此為了取撙最合理的數(shù)據(jù)，將九層的數(shù)據(jù)取1點(diǎn)平均，3點(diǎn)平均，5點(diǎn)平均和9點(diǎn)平均w

　　如圖2所*平均就是增最近鄰廣點(diǎn)，3點(diǎn)平均(1、2、3點(diǎn))是指距禽擴(kuò)展平均，5點(diǎn)平均(1、2、3、4、5點(diǎn))是指距離方位同時(shí)擴(kuò)展平均，9點(diǎn)平均(1、2、3、4、5、6、7、8、9點(diǎn))則是面擴(kuò)展平均，9點(diǎn)平均將距離和詳細(xì)方位都同時(shí)考慮了。1、3、5、9分別對(duì)應(yīng)式(13)中的?i，即n分另!J取1、3、5、9。

　　3雨滴譜數(shù)據(jù)分析3.1粒徑大小對(duì)于雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)量

　　圖3描述了檢徑大小.對(duì)于與雨強(qiáng)的貢獻(xiàn)鼉，數(shù)據(jù)處理方面參考了王福增學(xué)w的研究分析方法肩坐標(biāo)表示爾商-直徑大小，左側(cè)縱坐標(biāo)表流雨滴下落速度，右側(cè)縱坐標(biāo)表示不同雨滴粒徑對(duì)降水的貢獻(xiàn)程度，刻度稼：it不爾_子數(shù)密度區(qū)間。

　　雨滴譜數(shù)據(jù)中有不同型?菌滴，釋種爾廳對(duì)這次暴雨的_貢獻(xiàn)程度都不一樣e從圖3可以費(fèi)出，1.5￣3mm宣徑的菌_對(duì)本歡降爾：_貢獻(xiàn)占維對(duì)ft董聲而〇￣1.5mm和3￣5mndj餐的雨：：濟(jì)對(duì)本I欠降雨的貢獻(xiàn)相對(duì)載小6在1.5?3mm倉(cāng)徑酸雨滴中^2ram直徑的雨滴和2.8mm直徑的雨濟(jì)降本寅獻(xiàn)率達(dá)到了峰值的15%左右，說(shuō)明中雜楊猶爾猜對(duì)降水蕺度的貢獻(xiàn)最多，小粒徑的雨滴和大粒徑的雨滴的貢獻(xiàn)相對(duì)較從圖3也可發(fā)現(xiàn)，0.8mm直徑3nj/s速度和1￣1.2mm;顏S3.8￣4.2m/s速攜：樹(shù)輯子數(shù)密鹿晨最高的其次是1mm倉(cāng)隹3?4.2ra/￥速度_爾濟(jì)粒子數(shù)密度a由此可見(jiàn)，在本次降雨過(guò)程中，1nm直徑4m/s左右速度的雨滴粒子是粒子數(shù)密度最高的。

　　3.2不同雨強(qiáng)下的雨滴譜分布

　　根據(jù)暴雨過(guò)程中的數(shù)據(jù)，繪制了粒子數(shù)密度、降水強(qiáng)度和質(zhì)量加權(quán)平均直徑的曲線圖(W4)，通過(guò)控制變量藝，從膚中逸：取4個(gè)特殊點(diǎn)比較本同爾截下粒子數(shù)密庋和處量加權(quán)平均直徑的關(guān)系，分析不_爾強(qiáng)下的雨滴譜分布s

　　從圖4知，粒子數(shù)密度和降水強(qiáng)度約在18min時(shí)達(dá)到峰值，而翁鼂如權(quán)乎均直徑有兩個(gè)峰值，分別是在18min和25min。袠1是南滴譜數(shù)據(jù)，分別褂式(3)和式(6)計(jì)售：_到的，A點(diǎn)和B點(diǎn)都具有225左右的粒子數(shù)密度，降水強(qiáng)度大翁B離麗鐵齡權(quán)平均直顆為1.75rom，大子降水強(qiáng)度小的A貞爾暈加杖乎均直擇1.46mm，說(shuō)明：子數(shù)密度相同而降水強(qiáng)度不同，降水強(qiáng)度越大的質(zhì)蘩加權(quán)芊±f直徑也越大。C點(diǎn)和D點(diǎn)具有相同的質(zhì)量加權(quán)平均直徑1.22mra，降水強(qiáng)度大的C點(diǎn)粒子數(shù)密度為453.5大于_水強(qiáng)度小的D點(diǎn)的驗(yàn)T數(shù)齒度217.6，說(shuō)明質(zhì)量加權(quán)平均直桎柑同而降水強(qiáng)度不同，降水強(qiáng)度越大的粒子數(shù)密度越大，由式(14)知：R=fpwtmD，)D^V(Di)AD(14)其中，承粒子數(shù)密度，及參示降水強(qiáng)度，切在一走裎度上可以反映庚量加權(quán)平均直徑故變化。降水強(qiáng)度相同的情況下，粒子數(shù)密度和坑量加權(quán)平均直徑成負(fù)相關(guān)。

　　3.3相關(guān)關(guān)系分布擬合

　　解析出的雨滴譜數(shù)據(jù)都#離散型的，需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。首先采用M-P分布，即指數(shù)分布擬含“旦根據(jù)王文玲等[7]的研究發(fā)現(xiàn)，M-P分布在一定程度上擬合效果弁不是很理想&.厚興就在于M-P分布是指數(shù)形式.，在研愈數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)實(shí)際多變的情況沒(méi)有很好地調(diào)整，所以用于擬合的數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)存在一定差異。因此樣朝陽(yáng)為了提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，表磁使用Gam?ma分有可以瓌善M-P分#存在的一些：河：題。滅-P分布是輒參數(shù)?、A，見(jiàn)式(9)，Gamraa分環(huán)是j參數(shù)馬、/a、A，見(jiàn)式(11)，從式(11著Gamma掃墮：相比于1M*P模_有更好的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，能夠更好地研究爾滴譜數(shù)據(jù)，是M-P瘼塑的進(jìn)一步發(fā)殷e圖5是M-P和Gamma分布擬合雨滴譜數(shù)據(jù)囿真色曲線是根據(jù)此次暴爾時(shí)段的雨滴譜數(shù)據(jù)繪制的粒子數(shù)密度和粒徑之間的關(guān)系。黃色曲線是由式(9)擬合的分布s盡色曲線是?由式(11)擬合的Gamnia分布。用最小二乘法擬合平均南滴譜得到的M-P分布：iV(D)=241.26e'Km，Gamma分布#(Z>)=428.32刀04S-1.89De〇

　　荀'獄看也M-P分#和G8mra3分布對(duì)小翁徑￣1mm)和的太粒大于3mm)擬合度K別都不太1而：對(duì)中_徑(1￣3mm)的擬會(huì)腐有一定國(guó)別，即對(duì)'中粒輕的擬合效茱SM-P分布?突有£_虛分布前擬合敎皋好》M-P分布'為指數(shù)分布V這讀實(shí)際數(shù)據(jù)的要求相當(dāng)畬3需要很強(qiáng)的規(guī)律性&Gararm分布對(duì)實(shí)際的數(shù)據(jù)擬合敏果明顯比M-P分布更好4更準(zhǔn)確4

　　4雨滴譜對(duì)雷達(dá)反射率因子估測(cè)降水的修正4.1不同層的雷達(dá)回波圖

　　西南雷達(dá)數(shù)據(jù)共有16個(gè)仰角，每層仰角所掃描到的圖像都不嵐。隨著仰龜度數(shù)越禽，掃到的范圍就越小，根據(jù)數(shù)據(jù)情況，選擇其中6個(gè)仰角(0.5/1.5/2.4/3.39/4.3/6)：的數(shù)據(jù)來(lái)迸行比_驗(yàn)證。如圖6所示，紅色小圈表藏站點(diǎn)的位簦。可以發(fā)現(xiàn)，隨著仰角的變化，同一位置的雷達(dá)反射率有所不同，仰角越商，所檢測(cè)到的區(qū)域越少;仰角越低，所檢測(cè)到的要素越接近地面a其中第0層和第1層的雷達(dá)回波圖由于仰角較低，可能受地面遮g物的影響鉸大，因此回彼.圖不是很完整而霄雇霄達(dá)回狹圖可能受爾霧或者空氣對(duì)流的影響，回波圖也不是特別完整。

　　還可以看&，站點(diǎn)處的雷達(dá)反射率從第〇層到第6層逐漸減小，有腦著仰角增加而遞減的變化趨勢(shì)。站蟲(chóng)降水區(qū)域的雷隹回波強(qiáng)度變化趨勢(shì)，先是霄達(dá)反射率增高一點(diǎn)然后減小，說(shuō)明這是一次由小到大的暴麵過(guò)程，#_是金姐眞來(lái)釀一次暴蕭。

　　4.2雷達(dá)反射率比較

　　已知雨滴譜數(shù)據(jù)是地面觀測(cè)要素，而雷達(dá)數(shù)據(jù)是距地面有一定髙度的數(shù)據(jù)，弁且還要考慮雨滴粒子下降時(shí)會(huì)影響鯫量的各種荽素。在忠知站點(diǎn)的經(jīng)韓度時(shí)，通過(guò)距離公式求出兩點(diǎn)間的距離71112.4假設(shè)仰角為2°，則此時(shí)雨滴的下落高度大約是tan2°x71112.4=2483.245!〇，1|：_卞落遽虞大約為6m/s，則下：落靈賽413.9S，即6.9min，所以，4選摩雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)，，最好多選取兩組.，此次暴雨過(guò)程前5￣10min詢(xún)數(shù)據(jù)都座包括在數(shù)據(jù)分析中s逸用2020年：6月6日19：30-21：55鱗數(shù)鍛，主要降雨肘間：在20：26-21：14，平均降雨璧達(dá)到35mro/h，平均分鐘爾'量逢到〇.59jnm/m：hi。圖7最20：26-21：14通富達(dá)反射率數(shù)據(jù)共有10個(gè)文件，將庫(kù)始雷達(dá)數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換得到了16個(gè)仰角的霄遂回波強(qiáng)度。國(guó)中縱向表示的是隨時(shí)間變化的10個(gè)文件，撗向翁?_墨從文件中傷1_第〇-8層的9，備乎均蕾達(dá)反射卓c從圖7可以看出第6層以上數(shù)據(jù)就逐漸為0。所以，為了研究霄達(dá)反射率翁雨滴譜反射率之間的相關(guān)性，更_層的數(shù)據(jù)沒(méi)有研究意義，只需選取0￣6層的數(shù)據(jù)來(lái)研究相關(guān)程度。

　　雨滴譜的數(shù)據(jù)都是選取20：30-21：15的數(shù)據(jù)，雷達(dá)的數(shù)據(jù)則是選取20：26-21：14超前5min的數(shù)據(jù)和20：21-21：09超前10min的數(shù)據(jù)來(lái)分析。表2研_酸蠢：26-21：14，讀途0￣6慕_1A平均、3點(diǎn)平均、5點(diǎn)平均和9點(diǎn)平均與20：30-21：15雨滴譜霄達(dá)反射率數(shù)據(jù)之間的相關(guān)程度。讀取了雷達(dá)數(shù)據(jù)之后，考慮到雨滴大小及下降時(shí)的速度和肩圍不可控的翳響因素，選取1點(diǎn)平構(gòu)、3點(diǎn)平均、5點(diǎn)平均和9點(diǎn)平均來(lái)測(cè)試哪種方式雷達(dá)反射率與雨滴譜數(shù)據(jù)相關(guān)度從表2發(fā)現(xiàn)，1點(diǎn)平均中第2M的反射率相類(lèi)度最：尚，3袁乎均中舉3層，勝反射率相類(lèi)度最_5點(diǎn)平均中第1層的反射率相關(guān)度最高，9點(diǎn)平均中第1層的反射率相關(guān)度最高，所以霄達(dá)第2層的數(shù)據(jù)和雨滴繪數(shù)據(jù)的契合度更貪&見(jiàn)式(13)，a取值越高，融入的信息越多.，數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，相關(guān)度更高《

　　為消除雨滴粒子下落時(shí)時(shí)伺和速度的影晌，選取霄達(dá)數(shù)據(jù)滯后的一段時(shí)間，再次比較9點(diǎn)平均的均方誤差、均方根誤差、相關(guān)系數(shù)和平均絕對(duì)誤差a從表3可以看出，霹達(dá)起前5min的數(shù)琚和雨滴灣的雷達(dá)反射率數(shù)據(jù)的相類(lèi)度明顯提高#笫1層的均方根誤差和亨均絕對(duì)誤義?達(dá)到了最小，弁且相關(guān)系數(shù)達(dá)到了78.12%，所以選擇第1層掛數(shù)據(jù)更合適，從表4可以著：由^脅說(shuō)數(shù)據(jù)超前10min雜賴(lài)關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.9以上，在選取平均絕對(duì)誤差避小的愔況下，層數(shù)是20：21-21：09的第3層鍍達(dá)反射傘數(shù)據(jù)相關(guān)度麗高。均方巌鲞426.3591dBz，均方拫鎳差20.6招5dfe，相關(guān)系數(shù)0.舛38，平均絕對(duì)懾差為20.076(fiz。雨滴譜的實(shí)時(shí)觀察數(shù)據(jù)對(duì)估測(cè)霄達(dá)超前10min的數(shù)據(jù)相關(guān)度高，可以拫據(jù)爾謫：醬實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)修IE雷達(dá)觀測(cè)的反射率，提高黿達(dá)回波檢測(cè)的準(zhǔn)確度^

　　4.3雷達(dá)反射率估測(cè)降水應(yīng)用

　　通過(guò)表5的數(shù)據(jù)，計(jì)算：出的爾滴譜反射率H子與爾強(qiáng)之間的相關(guān)系數(shù)為90.45%，均方誤差為339.68£Bz，均方概傷髪為18.43dBz，乎均絕意傷差為15.87dBz，說(shuō)明雨滴〗普反射率因子在一定程度上苽以反映降雨過(guò)程，可用來(lái)估測(cè)遵義地區(qū)的降水發(fā)展方向。

　　ti知z和/之同存在相愛(ài)關(guān)系，為握咼雷S回波強(qiáng)度預(yù)測(cè)降水過(guò)程的準(zhǔn)確度，需要先找到雨滴譜計(jì)算的反射率因乎和霤達(dá)反射率因子之間的關(guān)系，然后找到Z-/的相關(guān)關(guān)系。圖8繪制了4條曲線，藍(lán)色曲線繪制的是靈達(dá)反紂率因子隨時(shí)間變化圖(雷達(dá)反射率因子數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)間19：32-21：52)，橙色曲線繪制盼是雨滴譜計(jì)算的反紂率因子隨雨滴譜時(shí)間的變化圖(雨滴潸反射率因子時(shí)間'區(qū)間19：30-21：40)，綠色曲線繪制的是雷逑反射率因子和雨滴譜反射率因子的1次平均值隨時(shí)間的變化圖，紅色曲線繪制的是靈達(dá)反射率因子和雨滴譜反紂率國(guó)子的3次平均值隨財(cái)間的變化可以發(fā)現(xiàn)雷達(dá)與雨滴譜反射拿因子的變化趨勢(shì)相似，數(shù)據(jù)卻相_甚遠(yuǎn)。

　　蘇立娼等[m]研究發(fā)現(xiàn)，雷達(dá)回波數(shù)據(jù)可能強(qiáng)度較弱，馨要進(jìn)行修正。而在對(duì)霄達(dá)反射率S子進(jìn)行1次平均和3次爭(zhēng)均修IE后裊觀，修班1次后的莆&反射率_子曲線和雨滴譜反射率曲線相關(guān)度為86.65%，均方誤羞42.68(1BZ，均方裉琪差153dBz，平均絕對(duì)誤差rS.86dBzQ修正3次后的霄達(dá)反射率國(guó)子曲線和雨滴譜反射率曲線相關(guān)度達(dá)到了99.59%，均方誤_2.67dBz，均方裉儀差1.63dBz，平均絕對(duì)麗差1.47dB￣說(shuō)明隨著相關(guān)評(píng)價(jià)系數(shù)的提升，修正后的電達(dá).回波數(shù)據(jù)能夠反映雨滴譜計(jì)算的反射率。如鹿斯東橫軸論3#爾強(qiáng)，，縱軸蠢液霞達(dá)：;反射率因子。由它們之間的關(guān)系式知1d.Bz=101gZ，擬合曲線Z=4產(chǎn)4、及為參數(shù)，一般取300和1.4，但得扭的擬合效果_，而數(shù)據(jù)取Z=0.05產(chǎn)?時(shí)，反映出來(lái)的擬合效果好&從圖9發(fā)現(xiàn)源數(shù)據(jù)點(diǎn)不均勻地分散在擬合曲線兩端，端點(diǎn)輝數(shù)據(jù)點(diǎn)大多_于擬合曲線，#且源數(shù)據(jù)點(diǎn)基本都沒(méi)在擬合曲線上，故擬合效果不好。

　　圖10的擬合曲線為Z=133.98/I4i。從圖10可以看出，源數(shù)據(jù)點(diǎn)基本分布在擬合曲線兩側(cè)，并且大多數(shù)源數(shù)據(jù)點(diǎn)在擬合曲線上，沒(méi)在擬合曲線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)都均勻分布在小蒞植內(nèi)曲線兩邊，故擬合敦果報(bào)好e

　　修正后的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)參考白先達(dá)等研究的z-/關(guān)系后，研究預(yù)測(cè)降水的準(zhǔn)確度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，根據(jù)z-/關(guān)系計(jì)算出的甫強(qiáng)和雨滴｝普數(shù)據(jù)計(jì)算的雨強(qiáng)，兩：者粗關(guān)系數(shù)達(dá)到99.53缽，均方懂差：為4.06dBz，均方根誤差為2.01(IBz，平均絕對(duì)誤羞為1.52dBz。因此說(shuō)明，使用修正后的霄達(dá)反射率國(guó)管來(lái)估計(jì)雨強(qiáng)，在懾差截圍內(nèi)是準(zhǔn)確的，這提禽了雷達(dá)回波反射率H子估測(cè)降水的準(zhǔn)確性。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　妍究了貴州遵義一次暴爾降水過(guò)程的雨滴譜和在此過(guò)程中天氣雷達(dá)的圖像變化趨勢(shì)&分析了在此過(guò)程中爾滴粒徑大小對(duì)于爾強(qiáng)的貢獻(xiàn)程度，比較了本魔南強(qiáng)下的雨滴譜分布，并做了相關(guān)關(guān)系分布擬合。根據(jù)雷達(dá)數(shù)據(jù)繪制了本次暴雨過(guò)程的不同層雷達(dá)回波圖，將天氣雷達(dá)的雷達(dá)反射率與雨滴譜中根據(jù)公式計(jì)算的雷達(dá)反射率作了相關(guān)程度的比較，并修正雷達(dá)回波反射率因子，再利用Z-/關(guān)系用雷達(dá)反射率因子去估測(cè)雨強(qiáng)大小，提高雷達(dá)回波反射率因子預(yù)測(cè)降水的準(zhǔn)確度。

　　(1)在本次降雨過(guò)程中，中粒徑的雨滴對(duì)降水強(qiáng)度的貢獻(xiàn)最多，小粒徑的雨滴和大粒徑的雨滴貢獻(xiàn)相對(duì)較少。可以看出小粒徑的貢獻(xiàn)主要集中在0.5mm直徑的雨滴，中粒徑的貢獻(xiàn)很均勻在5%左右，大粒徑的貢獻(xiàn)最少。

　　(2)研究了粒子數(shù)密度、降水強(qiáng)度和質(zhì)量加權(quán)平均直徑的曲線圖，在其中找了A、B、C、D4點(diǎn)進(jìn)行分析，A點(diǎn)和B點(diǎn)兩點(diǎn)的數(shù)據(jù)說(shuō)明粒子數(shù)密度相同，降水強(qiáng)度不同，降水強(qiáng)度越大的質(zhì)量加權(quán)平均直徑也越大。C點(diǎn)和D點(diǎn)兩點(diǎn)的數(shù)據(jù)說(shuō)明質(zhì)量加權(quán)平均直徑相同，降水強(qiáng)度不同，降水強(qiáng)大越大的粒子數(shù)密度越大。

　　(3)此次暴雨過(guò)程M-P分布A?(Z))=.26el3M)，和Gamma分布=428.分析圖像得到M-P分布和Gamma分布對(duì)小粒徑的擬合度都差不多，M-P分布和Gamma分布對(duì)中等直徑大小的雨滴的擬合效果上差別較大，M-P分布擬合效果沒(méi)有Gam?ma分布對(duì)中等直徑大小的雨滴的擬合效果好。M-P分布和Gamma分布對(duì)大直徑雨滴的擬合度也相似區(qū)別不大。

　　(4)繪制站點(diǎn)不同仰角的雷達(dá)回波圖，觀察到了雷達(dá)反射率的變化趨勢(shì)。隨著仰角的變化，同一個(gè)位置上的雷達(dá)反射率不同，仰角越高，所檢測(cè)到的區(qū)域越少。根據(jù)雷達(dá)回波圖可以看到降水區(qū)域的變化趨勢(shì)，先是雷達(dá)反射率增高一點(diǎn)然后減小，說(shuō)明此次暴雨是一次由小變大的暴雨過(guò)程，不是一次驟降的暴雨過(guò)程。

　　(5)比較此次20：26-21：14的暴雨過(guò)程的71點(diǎn)平均相關(guān)系數(shù)分析，得到雷達(dá)第一層和第二層的數(shù)據(jù)與雨滴譜數(shù)據(jù)的契合度更高。隨著《取值越高，融人的信息越多，數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，相關(guān)度更高。則9點(diǎn)平均處理的數(shù)據(jù)比1點(diǎn)平均、3點(diǎn)平均和5平均的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度更好。為了消除雨滴粒子下落時(shí)時(shí)間和速度的影響，分析了9點(diǎn)平均的相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)了雷達(dá)超前5min的數(shù)據(jù)和雨滴譜的雷達(dá)反射率數(shù)據(jù)的相關(guān)度提高明顯，第一層的均方根誤差和平均絕對(duì)誤差達(dá)到了最小，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了78.12%，而雷達(dá)數(shù)據(jù)超前10min的相關(guān)系數(shù)甚至達(dá)到了0.9以上。因此可以根據(jù)雨滴譜實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)修正雷達(dá)觀測(cè)的反射率，提高雷達(dá)回波預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。

　　(6)通過(guò)計(jì)算雨滴譜雷達(dá)反射率及雨強(qiáng)之間的相關(guān)系數(shù)，研究雷達(dá)回波強(qiáng)度和雨滴譜雷達(dá)反射率之間的關(guān)系，修正雷達(dá)回波反射率，擬合Z-/關(guān)系曲線。修正后的雷達(dá)回波反射率利用Z-/關(guān)系曲線估測(cè)雨強(qiáng)大小，從而實(shí)現(xiàn)雨滴譜實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)修正雷達(dá)觀測(cè)的反射率，提高雷達(dá)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)降水準(zhǔn)確度。