冰雹是常見的天氣現(xiàn)象之一,天氣雷達(dá)是探測(cè)冰雹的一種強(qiáng)有力工具。然而在山地等復(fù)雜地形下,遮擋區(qū)域輕則造成氣象散射體回波減弱失真,甚至完全探測(cè)不到天氣現(xiàn)象,致使部分冰雹天氣難以識(shí)別或完全不能識(shí)別,地形遮擋對(duì)于天氣雷達(dá)探測(cè)冰雹天氣現(xiàn)象的能力影響非常大。本文針對(duì)雹云回波的伸展高度垂直結(jié)構(gòu)特點(diǎn),考慮以0℃、-20℃層高度和回波強(qiáng)中心高度幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù),評(píng)估多普勒天氣雷達(dá)雹云探測(cè)能力。文章以位于低緯高原的云南省的C波段多普勒天氣雷達(dá)網(wǎng)為對(duì)象,結(jié)合2014~2016年607個(gè)地面降雹樣本,分析其探測(cè)雹云的能力,并對(duì)探測(cè)效果進(jìn)行了探測(cè)區(qū)域分型。與實(shí)際降雹天氣的對(duì)比,結(jié)果認(rèn)為用0℃層和幾個(gè)高度差作為衡量雹云探測(cè)范圍的效果是比較合理的。云南大多數(shù)多普勒天氣雷達(dá)最適合探測(cè)冰雹的區(qū)域?yàn)榫嚯x雷達(dá)站30-110km的圓環(huán)區(qū)域,云南多普勒天氣雷達(dá)網(wǎng)雹云適合探測(cè)區(qū)約占全省面積的75%,該省雷達(dá)網(wǎng)約2%的面積被部分遮擋,0.2%被完全遮擋,遮擋比較嚴(yán)重的區(qū)域主要位于昭通東北部和臨滄東北部。以2014~2016年的降雹樣本為例,全省規(guī)劃布局的9部雷達(dá)全部業(yè)務(wù)化運(yùn)行后,理論上有90%的地面冰雹能被雷達(dá)有效探測(cè)和識(shí)別;約有3%在地面冰雹落在雹云發(fā)展到8km以上才能識(shí)別的區(qū)域;約6%的地面冰雹落在雷達(dá)只能探測(cè)8km以下的區(qū)域,可能造成漏判、誤判;即使9部雷達(dá)全部組網(wǎng)探測(cè),全省仍有約8.5%面積無覆蓋。在復(fù)雜地形下本文將分類判別分析法和模糊邏輯法用于雷達(dá)冰雹回波的識(shí)別,以2014~2016年共24天多雹日雷達(dá)基數(shù)據(jù)的二級(jí)產(chǎn)品SCIT(Storm Cell Identification and Tracking)產(chǎn)品數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),建立適當(dāng)?shù)臅r(shí)空匹配方案,以地面冰雹的大小預(yù)先將SCIT風(fēng)暴單體分成小雹和大雹單體兩個(gè)類別,將SCIT時(shí)空上與地面冰雹沒有匹配的單體歸類為普通單體,采用分類判別統(tǒng)計(jì)方法,采取逐步增加因子和逐步剔除因子相結(jié)合,計(jì)算每個(gè)因子組內(nèi)的離差平方和與樣本總的離差平方和差異情況,選擇組內(nèi)差異小、組間差異明顯的因子,由這些因子構(gòu)成線性組合判別函數(shù),用于判別SCIT單體為小雹、大雹或普通單體的分類。進(jìn)一步利用分類判別的結(jié)果,計(jì)算出普通單體、小雹和大雹單體各個(gè)因子的概率密度,利用概率密度分布生成冰雹模糊邏輯指標(biāo)識(shí)別方法。最后進(jìn)行識(shí)別檢驗(yàn),統(tǒng)計(jì)識(shí)別的準(zhǔn)確率、命中率、空?qǐng)?bào)率以及客觀評(píng)分等各項(xiàng)指標(biāo),結(jié)果發(fā)現(xiàn)這兩種方法在空?qǐng)?bào)率和客觀評(píng)分等方面比NSSL冰雹算法都有改善,認(rèn)為該兩種方法比較可靠,便于業(yè)務(wù)化應(yīng)用。分析評(píng)分結(jié)果認(rèn)為,地面冰雹收集的局限是產(chǎn)生空?qǐng)?bào)過多的原因之一,地形遮擋和SCIT算法不識(shí)別較小的風(fēng)暴單體是產(chǎn)生漏報(bào)的原因�；谂袆e分析的冰雹識(shí)別方法是建立在先驗(yàn)概率上的算法,本身包含區(qū)域性特點(diǎn),在不同氣候類型地區(qū)均可采用,避免一種指標(biāo)方法在不同區(qū)域、不同氣候類型的應(yīng)用局限,當(dāng)樣本增多、樣本精度足夠時(shí),先驗(yàn)概率更可靠,識(shí)別準(zhǔn)確率也會(huì)更高;模糊邏輯指標(biāo)識(shí)別方法是在判別方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步簡(jiǎn)化應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P412.25
【部分圖文】：

經(jīng)緯度在武定縣，兩地間隔一百多公里（圖、原則，把有效地面冰雹報(bào)告整理成統(tǒng)一格式，程度、該地點(diǎn)經(jīng)度、該地點(diǎn)緯度、發(fā)生時(shí)間、持報(bào)告，由于信息以“縣”為單位，即當(dāng)天某縣幾個(gè)時(shí)段，統(tǒng)計(jì)時(shí)只算 1 縣次，而且冰雹過后總上報(bào)一次，這樣的信息整理出來的時(shí)空準(zhǔn)雷達(dá)回波不匹配的例子，圖中“△”為地面降情報(bào)告顯示 2015 年 7 月 31 日 09:30 位于矩期 07:00～13:00 該區(qū)域內(nèi)均無回波。對(duì)于此是否被地形遮擋或是在靜錐區(qū)或是在雷達(dá)探測(cè)測(cè)范圍之內(nèi)，保留該冰雹記錄，否則舍棄。

607 次（地）冰雹災(zāi)情，數(shù)據(jù)見圖 2-2（a）給出冰雹落點(diǎn)，圖中“△為冰雹落點(diǎn)報(bào)告。為了檢驗(yàn)冰雹識(shí)別方法的優(yōu)劣，在所有冰雹數(shù)據(jù)中選取一定量的樣本進(jìn)行檢驗(yàn)，把其中一天內(nèi)有兩個(gè)以上雷達(dá)站觀測(cè)到冰雹或一個(gè)雷達(dá)站有三個(gè)縣以上出現(xiàn)冰雹視為“多雹日”，經(jīng)篩選，2014-2016 年有 24 個(gè)“多雹日”再篩選 24 個(gè)“多雹日”降雹信息，圖 2-2（b）把落在雷達(dá)最大觀測(cè)范圍內(nèi)的雹挑選出來 ，經(jīng) 2.3.1 質(zhì)控，總共有 157 個(gè)降雹記錄。本文是利用“多雹日”地面冰雹樣本和同時(shí)段云南 7 部 C 波段多普勒天氣達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別檢驗(yàn)。圖中大圓圈為雷達(dá)最大探測(cè)范圍，半徑為 150km。

圖 3-1 雷達(dá)波束遮擋模型圖（以云南昭通雷達(dá)站為例，單體黑色部分表示雷達(dá)探測(cè)盲區(qū)）Fig 3-1 Model diagram of radar beam blockage (Taking Zhaotong radar site in Yunnan as anexample, the black parts of storm cell indicate the blind areas of radar detection.)3.2 評(píng)估雷達(dá)冰雹探測(cè)能力的方法評(píng)估多普勒天氣雷達(dá)網(wǎng)冰雹探測(cè)的有效范圍，冰雹生成、增長(zhǎng)的溫度環(huán)境是非常重要的考慮因素，評(píng)估方法主要以雷達(dá)在 0℃以上有效覆蓋范圍。根據(jù)業(yè)務(wù)中應(yīng)用的冰雹識(shí)別算法（HDA），冰雹識(shí)別算法的兩個(gè)構(gòu)成部分具有不同的冰雹尺寸標(biāo)準(zhǔn)（Witt, 1990），其一是大雹概率，POSH（The Probability of Severe Hail），是估計(jì) NWS 定義直徑≥19.05mm 冰雹的概率，其二是降雹概率，POH（Probabilityof Hail），是 45dbZ 以上回波最大高度與 0℃層高度之差的函數(shù)（式 3.1）。45 0POH = f ( H H)(3.1)其中，H45為對(duì)流單體(SCI，StormCell identifying)中 45dbZ 回波的最大高度，
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