【摘要】：雷達(dá)定量估測(cè)降水是雷達(dá)資料應(yīng)用研究中的熱門領(lǐng)域,高時(shí)空分辨率的定量降水估計(jì)分析產(chǎn)品對(duì)天氣預(yù)報(bào)、云霧降水物理研究、數(shù)值模式的校準(zhǔn)和檢驗(yàn)、人工影響天氣、氣候變化分析、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、防汛減災(zāi)及水文預(yù)報(bào)都有重要的意義。雨滴譜是降水微觀特性的反映,滴譜的時(shí)空變化是引起雷達(dá)定量估測(cè)降水誤差的主要原因之一。雙偏振天氣雷達(dá)基于多回波參數(shù)的特性,其對(duì)雨滴譜的時(shí)空變化有一定的適應(yīng)性,但其估測(cè)降水精度仍受雨滴譜變化的影響。此外,偏振參量的估算誤差也是造成雙偏振雷達(dá)測(cè)雨誤差的原因,而滴譜的變化在一定程度上也對(duì)參量ZDR的估算精度產(chǎn)生影響�；诓煌挠甑巫V分布范圍統(tǒng)計(jì)的測(cè)雨公式能更好地適應(yīng)雨滴譜變化,減小雨滴譜變化帶來(lái)的測(cè)雨誤差。但在實(shí)際的業(yè)務(wù)應(yīng)用中,雨滴譜不能直接從雷達(dá)基數(shù)據(jù)中獲取,按雨滴譜的不同對(duì)測(cè)雨公式進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。D0是表征雨滴譜分布平均尺度的物理量,它與ZDR之間存在著較好的相關(guān)性,則可以將ZDR作為媒介,通過(guò)對(duì)ZDR的區(qū)間劃分來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)雨滴譜的分類,而這種分類是基于雨滴譜中雨滴的平均的尺度差異進(jìn)行的�；诖嗽�,本文提出了一種測(cè)雨公式的優(yōu)化方案：對(duì)差分反射率因子ZDR進(jìn)行區(qū)間劃分,并在不同的區(qū)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)相應(yīng)的測(cè)雨公式,得到一個(gè)測(cè)雨公式組用于定量降水估測(cè)。測(cè)雨公式參數(shù)的計(jì)算結(jié)果與ZDR范圍的選取有關(guān),而ZDR范圍的選取也決定了含該參數(shù)的測(cè)雨公式的適用范圍,則ZDR的區(qū)間的劃分是測(cè)雨公式組測(cè)雨效果好壞的關(guān)鍵。結(jié)合雨滴譜的分布特性,利用Gamma分布函數(shù)對(duì)其進(jìn)行模擬,并基于散射理論利用模擬的雨滴譜反演雙偏振雷達(dá)的偏振參量ZH、ZDR及降水率R。利用這些模擬參量對(duì)ZDR的區(qū)間劃分進(jìn)行研究,并提出了3種ZDR區(qū)間劃分的方法：(1)利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的t檢驗(yàn)法檢測(cè)測(cè)雨公式系數(shù)隨ZDR變化而變化的曲線圖中的顯著突變點(diǎn),并將這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)的ZDR值作為區(qū)間劃分的臨界值。 (2)直接按一定的步長(zhǎng)等間距地將ZDR的范圍劃分為不同區(qū)間。(3)依托于ZDR與中值體積直徑D0的擬合關(guān)系ZDR=f(D0),通過(guò)對(duì)D0范圍等步長(zhǎng)劃分而間接得到相應(yīng)的ZDR的范圍。然后利用模擬的雨滴譜對(duì)上述方法進(jìn)行檢驗(yàn),并對(duì)檢驗(yàn)效果進(jìn)行逐一對(duì)比分析。方法一利用了統(tǒng)計(jì)學(xué)的相關(guān)知識(shí),基于t檢驗(yàn)的基本原理,以3為步長(zhǎng)將系數(shù)序列按順序滑動(dòng)取樣,計(jì)算兩兩滑動(dòng)樣本間的t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量,用t檢驗(yàn)法檢測(cè)兩組樣本間的差異是否顯著,若顯著,則將造成該顯著差異的取值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的ZDR值作為ZDR分級(jí)臨界點(diǎn)。該方法具有明確的數(shù)學(xué)理論支撐,在測(cè)雨精度的提高方面效果最優(yōu)。方法二將‰在其主要取值范圍0 dB到3 dB之間分別以0.1 dB、0.2 dB、0.3 dB、0.4 dB、0.5 dB為間隔分成多個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)間,得到多組測(cè)雨公式。該方法計(jì)算簡(jiǎn)便,便于業(yè)務(wù)化的移植,其中以0.1 dB為步長(zhǎng)將ZDR分級(jí)后在測(cè)雨公式的精度提高上效果最好,但同時(shí)也對(duì)ZDR的估算精度有高的要求。總體的效果稍遜于方法一。方法三依托于擬合公式f(D0),具有明確的物理意義,當(dāng)以0.2 mm對(duì)D0進(jìn)行分級(jí)后的效果最好,在總體的測(cè)雨精度提高方面效果與方法一幾乎一致。三種方法均能夠有效減少測(cè)雨公式的誤差。但在某些區(qū)間內(nèi)因ZDR與D0的聯(lián)合分布相對(duì)離散,相關(guān)性減弱,即使在一個(gè)相對(duì)小的ZDR分級(jí)范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)測(cè)雨公式,其對(duì)測(cè)雨精度的改進(jìn)效果是有限的。這說(shuō)明,ZDR與D0相關(guān)性的好壞是分級(jí)統(tǒng)計(jì)方法效果好壞的關(guān)鍵。最后,結(jié)合雨滴譜特性,采用信號(hào)矢量疊加的方法對(duì)雷達(dá)降水回波進(jìn)行仿真,同時(shí)詳細(xì)給出了仿真回波的數(shù)學(xué)模型及仿真模型中相關(guān)參數(shù)的計(jì)算原理。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真,得到的回波仿真結(jié)果幅頻特性符合真實(shí)降水回波的幅度分布和功率譜特性,并且與降水的微物理特性相關(guān),更貼近真實(shí)的降水回波,同時(shí)還能反映雷達(dá)回波的偏振狀態(tài)及具體的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的特點(diǎn)�；诜抡婊夭▽�(duì)ZDR估算誤差做簡(jiǎn)單的分析,為今后進(jìn)一步從偏振參量的估算精度方面研究測(cè)雨誤差打下基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P412.25

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本文編號(hào)：2632383