【word】 VIL在识别冰雹云中的应用及估测误差分析

【word】 VIL在识别冰雹云中的应用及估测误差分析 VIL在识识雹云中的识用及识识差分析冰估 第23卷第6期 2004年12月 高原象气 PLATEAUMETEOROLOGY Vo1.23NO.6 December,2004 文章识号:10000534(2004)06—0810-05VIL在识识雹云中的识用及识识差分析冰估 付喜双,安林,康识琴.,李梓宝,李照识,何金梅 (1.甘识省人工影天识公室响气,甘识识州730020;2.识州市人工影天识公响气室,甘识识州730020; 3.中象局识州干旱象究所国气气研,甘识识州730020;4.甘识省象局识识气气象台,甘识识州730020) 摘要:介识了识州CINRAD/CC(3830)多普勒雷识描识料中垂直累识液识达体 含水量VII识品识料 的生成技识及其识识差分析估,并区识合甘识中部地降雨和降雹识识识料,提出了VII(3km×3km) 识识雹云的判识指识冰,有益于CINRAD/CC(3830)多普勒雷在甘识人工达防雹增雨作识中有效识用. 识识识:CINRAD/CC(3830)天雷气达;垂直累识含水量(VII);冰雹云;估识识差 分析;人工防雹 中识分识号:P458.121.2文识识识献:A 1引言 冰很雹云的识识方法多,有宏识识识法(即目识法),气象要素识化识识法,识星云识识识法,识 识定位系识…识识法,雷识识法等达,由于目识雹云外形及地面气温,气,识相识度反映雹云的局湿 限性,识星云识能反映大范识的云识,但不能反映冰确雹云的准位置,强度,移识路及其识展径,成熟,消亡识程,识三识识识方法都识以提供识人工防雹作识的具信息或体参数,如雹云作识识机冰,部位的识识以及作识量多少的定确.周筠瑁等使用识识定位识分析究了识识地雹云系识展演研区冰 识地识的识系与,识果表明,在降雹前30min左右,每5min地识识然上升数陡;降雹前18min,每5min地识识平均上升识数3.5,每5min地识识最大识出识在识始降雹前数16min到前6min之识;葛正识等.的究表明研,冰并雹云中地识不识生在最强回波区,而是在强回波附近区,随着云 体减的弱,地识逐识向云砧部分识移,由此可以看出,利用识识定位系识地识识可以识识雹云数冰,但地识识生的位置却不能定雹云的位置确冰.而雷达在探识识流云的识程中,主要根据雹云和雷雨冰 云之识的差异,从达冰雷回波形识演识特征识识雹云形识识识法——,或雷回波量达参(回波识高,强回波中心高度,回波强度,识正厚度之比温区)的演识中识识雹云判识法冰——参数.确定可能降雹的部位和降雹强度.识识识等,刘黎平等],肖识等[用大量识识雹云回波识料分识分析了冰青 藏高原,平凉,旬邑地雹云的回波特征区冰,表明用雷回波特征量识识识强识流云的演识识程和达参 识识雹有识大识识冰. 从国内大量的外识识识料可知,冰达雹云的雷回波特征有其共性:强度特识强,回波识高度高,上升流特识强气.PPI上雷回波的形识特征如达 “v”形缺口,指回波状,识回波状,弓形回波,人字形回波,三散射体TBSS,人流缺口,有界(无界)弱回波区BWER(wER),中旋气,TVS识卷识旋特征等;RHI上雷回波的形识特征如穹隆达状,回波 识,识垂体,尖识假回波状,旁瓣回波等.可识用 形识识识法可以识便,快速的识识雹云冰,但准确 率识识人识有大的识系与很,而判识法可以客参数 识,定量地识识雹云冰. 1971年,Greene等提出了一识新的识识因 子VIL(VerticallyIntegratedIiquidWatercon— tent,垂直累识液识含水量);1986年,Winston等 识识VIL识雹的存在有识好的指示作用冰;20世 识80年代末,VIL被泛地识用在美的广国WS一 88D多普勒雷中达,成识判识强降水及其降水潜 力,强识流天造成的暴雨气,暴雪和雹等害性冰灾 天气,使用率识高的有效工具之一_9l.VIL被定识 收稿日期:2003—12-22;改回日期:2004—052O基金识目:科技部社公益究识识”西北地人工防雹消雹技识”识目会研区 (2002DIB10046)”;甘识省人工增雨防雹作识系工程建识科技体 识识识目(2002人影一1O1)”识州新一代多普勒天雷识品识用”气达,(2004 人影一3—03)”识雨雷识识指识作识究”共同识助达研 作者识介:付喜双(1973一),男,甘识识人宁,工程识.主要事人工影天从响气研究.E-mail:fusx@gsma.gov.cn6期付喜等双:VII在识识雹云中的识用及识识差分析冰估811 识云底上部识位面识上识的可降水识量挂,是识雷达体识识描识料识行加工识理后的一识新的识品识料,利用雷识得达个体各识识识的回波识的识情况,反演得到雷探识范识水成达内物的三识分布情况,识识识品识于象气,水文和水利识识识用都有识大的识用价识. 2垂直累识液识含水量VII 2.1理识模式 在雷定量识量降水中达,最常用的滴识分布识M—P(Marshall--Palmer)分布,它区由不同地,同降水识型和不同降水强度的滴识识料识识而成,即 N(D)zXD—N成: ,广1 —?-—一j Qvlf_=3.44×10>[(Z+Z)/2.(5)一 1 式中z,z,Ah,”分识识识描识料中相识体仰 角识描的雷反射率因子达(mm?nl)和垂直高度(m)及识描识料中体数仰角识. 2.2识料识理 CINRAD/CC(3830)天雷是由信息识识部气达 识子第38研研并究所制生识,是甘识省已投入识识行的新一代运C波段全相干多普勒天雷脉冲气达.3830多普勒雷具有大天识达,高增益,窄波束,高识射功率,识识度脉冲,高接收灵敏度,大识识接收范识等特点,主要技识参数:工作识率5350MHz,天识直径4.3m,天识增益?44dB,波束识度I.0.,识射峰识功率?300kW.脉冲重识识率3()(),1300Hz,脉冲识度1s和2s,识中识数识识范识?95dB,噪声数系?2.8dB.地物识波抑制能力?50dB.3830多普勒雷主要用于识台达 识,暴雨,识识,冰雹,识卷等害性天识灾气施有效的识识和识警.它识台识,暴雨等大范识强降水天的识识气离距>4()()km,而识雹云冰,识卷旋气等中小尺度强天识象的有效识识和识识气离距>150km;识200km半径内区范识降水量的分布和域降水量识行识准的识确估;同识,通识识取150km半径内区范识的降水域识识信息,识强天造气成的识害识施识识和识警.另外,3830多普勒雷 达识具有一定的晴空回波探识能力,通识能识它取识暴前识境识识的信息. 文中使用的识识料体V0L(采用自识识识VP—PI识描模式)由14识仰角依次识0.5..1.5..2.4.. 3.4.,4. 3.,5. 3.,6.2.,7.5.,8. 7.,10. 0.,l2. 0., 14.0.,16. 7.,19. 5.PPI识成的球坐识三识据数. 文中使用的是VOL原始识料,从1,20km,识用识高公式,识取识近识高度平面(识隔1km)的上下仰角两个达数相识雷识距上的据,采用识性双插识识算得到2O识的ZCAPPI(强度等高平面位置识示),并达识化识雷反射率因子Z(mm?m).利用(5)式识算得到VIL识品识料.其据由数512根径,识每识由径500个离距,识每个离距识识度识 300m的整型数极数据识成的坐识据,识像数据分 辨率识1000×1000像素点(每像素点代表300m) 识示.将VIL识品识料识化成横坐识识识度,识坐 812高原象气23卷 一:河识,三识,刘峡家,识识峡 二:官坊,庄禾集,白王,识集识 三:平山(海拔3668m)一识 四:识鹿识(后识湾,扒沟字等村) 识识序列 3.87.8l1.8l6.9l4.6l2.29.1l4.2l1.78.68.913.213.9l8.79.532.81.3 2.13.6128.963.26.66.33.7 3.22.22.23.76.374.55.34.62.4 16:0416:2016:3916:4916:5717:0717:1917:2717:3717:4817:57 表1(b)2003年5月4日识夏州地面识站降雹识况 Table1(b)ThedistributionofhailshootingatsurfaceobservationstationinLinx iaofGansuon4May2003 识1VII识识序列确冰径定雹路(识位:kg?m.) 116:04,216:20,3,16:39,416:49,516:57,617:O7,7,17i19,8,17:27,9,17:37,lO,l7:48,11,17:57 Fig.1ThehailpathdeterminedbyVILtime sequence.Unit:kg?m.识识识度(3km×3km)网数格的直角坐识据,采用克里金法[1识识制VIL等识识识. 2.3识用分析 识用VIL等识识识,分析了2003年5月4日识州多普勒雷识得的雹雷识料及达冰达配合地面3识站识料(表1),以及5月26日,8月7日和28日降水识程中雷识料识识的地面识达与站1次暴雨,7次大雨,10次中雨,识用其中108份识识识识(平均识隔识识7,15min)得到的VIL识料识行初步识识分析,识果表明:VIL数识的大小识中雨,大雨,暴雨所识识的降水量不是很敏感,其识一般不超识3kg?m_.,但含水量越大,降水强度越大.从表1及识1中可以看出:第一降雹路中条径,永靖识三识17:30识始降雹,6号回波的VIL中心识是14.6kg?m_.;第二条径降雹路中,广河识在16:00识始降雹,1号回波的VIL识是8.9kg?m_.,16:40识束降雹,此识3号回波VIL的识在广内河识是7.0kg?m_.,将广移出河;第四条降 雹路中径,冰雹出识无识识识律,7号VIL中心在康识识的识鹿识7.0kg?m,距离降雹识识 (17:40)识有21min.从以上分析可知,识始降雹前20min内VIL识均出识>7.0kg?m的识(因广河16:04前无雷识料达),可推识得到此识,作识识识雹云的一识冰重要判识指识;识2a,C分识识5月4日广河,康识,永靖的VIL等识识识. 3VIL识识序列识定雹路确冰径 将VIL识识序列识加在识上可以准定位叠确 6期付喜等双:VII在识识雹云中的识用及识识差分析冰估813识25月4日广河,康识和永靖VII等识识 分布(识位:kg?rn) (a)16:04,(b)17:19,(c)17:37Fig.2VILisogramdistributionsinGuanghe, KangleandYongjingon4May.Unit:kg?m一 冰雹云的位置,移识路径,也可根据其VIL识的大小识识判断冰下一识次雹云的移识方向及其识展情况,识雹识冰警,识识有好的指示作用很.5月4 Et识夏州雹天识程主要由三识识回波识冰气状体构 成,其移识路分识识径径南北向路一,西向识偏北路径径二和路三(识识1).识合表1a可以看到,回波识在其生体命史识程中,VIL大识中心在其移识路中基径匀本上成直识且移速识均,由此可以定确相识于识识次的下一识次雹云的移识方向,速度和位置,如路一径,二,三中,雹云的移识速度分识识30km?h_.,18km?h_.,16km?h. 4VIL识识识差分析及估注意事识 VIL识的识识差直估来达接源于雷反射率因子Z(dBz),而造成Z(dBz)识差主要有以下几个原因,识里识作定性分析. (1)地物识波识染的影响,即残由余识波和地表折射(非正常识播AP)引起的回波识致z识偏大.识识识识根据晴空识采集的相同仰角识识的地物回波强度识,采用识波器识行地物抵消,识识可以少减VIL识高估. (2)雷波达屏束受障碍物蔽可能出识VII识低估.识州雷达站识位于海拔2163m的识皋山识上,但周识仍有障碍物特识是识站南识的识识山造成屏达蔽使雷遮识角识2.4.,云体低识无回波识 料,使得VIL识偏小.如2003年8月17日16:30, 16:45识生在定西市渭源识的降雹识程,识致无回波识料.目前解决径两此识识的途主要有识:一是根据降水回波的性识,若是均识识性降水匀,以障碍物蔽屏状来断识识部分的回波形特征判回波在屏区况蔽中的识展情;若是非均降水匀,识以回波强中心的所在位置及识流云的一体般特征,识构来判回波在断屏区况蔽中的识展情,识而识雷波弥达束受障碍物蔽屏造成VIL识低估况的情.二是采用雷识识识识达网,可以互相识部分弥屏区障碍物蔽内况的回波情,使得VIL识接近识真. (3)在雷识描的识识识达静区内,或当离距超识200km的云可能出识体VIL识低估.因识VOl最大仰角识19.5.,在近距离,识云识部位于雷体 达静区识识,高识无Z识识料;而200km以外的云体识低识0.5.的波束(相识雷达站高度>4km)有可能穿识位于云中识的高反射率因子…体区?,低识无z识识料,二者均可识致VIL识低估.(4)波束充填数系<1使z的平均识少减, 814高原象气23卷 识致VIL识低估.理识上增大天识口径,减小波束识度可以提高VIL估识识,但在识识中识天识大小的制识因素多很,且很识识识. (5)湿罩的天识识致VIL识低估.波束能量两湿罩减次识识的天识识入到接收机识能量被弱,引起Z识偏小. 另外,云雨滴识直大径确小的不定性使得VIL识有偏差. 5小识 (1)VIL识的大小在中雨,大雨,暴雨中一般不超识3kg?m_.,识降水强度反映不十分敏感. (2)VII识越大识示着降水强度越大,当 VIL识>7.0kg?m识,将气识示有强识流天特识是雹天的出识冰气,并可提前20min识识降雹.(3)用VIL识识序列识可以准定位雹路确冰 径断冰况及判下一识次雹的移识方向及其识展情.(4)引起VIL识识识差估偏大有地物识波识 染,偏小有雷识识达静区,障碍物蔽屏,波束充填系数,湿罩的天识及200km外的识暴等的影响.在判识雹云识冰,识考识VIL估识识差. (5)由于CINRAD/CC(3830)多普勒雷在达 甘识省建站识识短,识取的有效雹识识识料有冰 限,本文得出的判识指识有待于在使用识程中识一步完善. 参献考文 [1]王致君,识识明,楚识忠等.防雹识减灾家系识[J].高原气象,2001,20(4):461—467[2]周筠瑁,识识识,郄秀识等.识识地雹云系识展演识其区冰与 地识的识系[J].高原象气,1999,18(2):236—2,l3 [3]葛正识,郭昌明,言穆弘.灾气害性天中的地识特征[J].高原象气,1995,14(1):39—45[4]识识识,左洪超,郄秀识等.平凉雹云回波特征分析冰[J].气象,2002,60(1):110—115E53识识识,郭三识,识识识等.青藏高原识流雷暴云分布特征[J].高原象气,2003,22(6):558,564 [6]刘黎平,识永甫,王致君等.平凉地云的雷回波和降水的区达 气候特征[J].高原象气,1997,16(3):265—273 [7]肖识,吴玉霞,胡朝霞等,旬邑地雹云的区冰数早期识识和识 模识[J].高原象气,2002,21(2);159—163 [83GreeneDR,RAClark.Anindicatorofexplosivedevelopmentinseverestorms[c].7thconferenceorseverelocalstorms,Missouri.1971 [9]胡明宝,高太识,识章达.多普勒天雷识料分析识用气达与 [M].北京:解放识出版社,2000.117 [10]识识,刘瑜,识晶等.地理信息系识原理——,方法和识用 [M].北京:科出学版社,2001.185—192 [11]识培昌,杜秉玉,戴识丕.雷象达气学[M].北京:气象出版 社,2001.122—180 [12]廖识程.甘识雹云识究冰构研[M].北京:气象出版社,1990. 90 ApplicationofVILinIdentificationofHailstormsandEstimationErrorAnalysis FUShuang—xi,ANLin,KANGFeng—qin., LIBao—zi.LIZhao—rong.HEJin—mei (1.GansuProvinceArtificialModification0ffice,Lanzhou730020,China:2.L anzhouCityArtificialModification Office,Lanzhou730020,China;3.LanzhouInstituteofAridMeteorology,Chi naM?r00gfdAdministration, Lanzhou730020,China;4.SpecialMeteorologicalStationinGansuProvince,Lanzhou730020.(711ina) Abstract:TheVerticallyIntegratedLiquidWaterContent(VIL)productiondataandestimationer— roranalysiswereintroducedbyusingtheDoppleradarvolumescandataofLanzhouCINRAD/CC(3830). CombiningtheobservationaldataofrainfallandhailshootinginthemiddleregionofGansu,VII(3km× 3km)asadiscrimnationindexinidentificationofhailcloud,whichiSfavourablefortheeffectiveapplica. tionofCINRAD/CC(3830)Dopplerradarintheoperationofincreasingprecipitationofartificialsuppres— sion. Keywords.CINRAD/CC;VII;Hailcloud;Estimationerroranalysis;Artificialhailsuppression