多种设备联合探测改进雷达雨滴谱反演及降水估测方法研究

Since the development of meteorological radar, radar quantitative precipitation estimation (QPE) has become its important application. However, the accuracy of QPE is difficult to further improve in recent years. This project will perform 3 - 4 years field experiment around Cangshan mountain in Dali, Yunan province. Combining with a variety of devices including C-band polarimetric radar, micro rain radar (MRR), China new generation radar (CINRAD), wind profile radar，laser disdrometers in three height, and more than 110 automatic rain gauges with falling height of 2732 meters to collect high spatiotemporal resolution data during precipitation process, after strict quality control as well as contrast to 1) study the detection effect and application potential of MRR. 2) validate and improve the drop size distribution (DSD) inversion algorithm by polarimetrical radar, and provide reliable data to numerical model microphysical parameterization. 3) analyze the QPE errors of polarimetric parameters due to the spatial and temporal difference of DSD, and further improve DSD retrieve algorithms. 4) deepen the understanding of precipitation, especially the formation mechanism of local heavy precipitation in the macro and micro level, investigate the intrinsic error sources of QPE to further enhance the accuracy of QPE with CINRAD and polarimetric radars, and verify the QPE advantage of polarimetric radar compareed with CINRAD.

自气象雷达出现以来，雷达定量降水估测，就成为其应用的重要领域。然而，雷达降水估测精度近年来再也难以提高。本项目联合C波段偏振雷达、微降水雷达，新一代天气雷达,风廓线雷达、不同海拔高度雨滴谱仪、以及落差达2732米的110多个自动雨量计等多种探测设备，在云南大理苍山周边，进行3-4年外场实验，收集降水过程中，多种设备从高空到地面高时空分辨率的探测数据，进行严格质量控制、比对。1）研究微降水雷达的探测效果及应用潜力；2）验证并改进偏振雷达滴谱反演算法，为数值模式微物理过程参数化提供可靠数据；3）研究滴谱时空分布差异造成的利用偏振量降水估测时，每种偏振参量的估测误差，并对相关算法进行改进；4）从宏、微观两个层面上加深对降水，尤其是局地强降水形成机制的理解，从本质上了解雷达降水估测误差来源，进一步提高新一代天气雷达、偏振雷达的降水估测精度，验证偏振雷达较新一代天气雷达所具有的降水估测优势。

为进一步改进雷达定量估测降水效果，需要对降水云从形成、发展到消亡整个过程，进行高时空分辨率的遥感观测，深入细致地了解云内动力、微物理、热力过程。因为各种雷达设备的优、劣势，就必须联合多种设备，才能够达到对各种发展阶段降水云的观测。2014、2015年7月1日－8月31日，在那曲开展了水汽、云降水的多种探测设备联合观测，使用了国内最先进的Ka波段毫米波云雷达、Ku波段微降水雷达、C波段连续波雷达和激光雷达多种波长雷达观测设备，并配以微波辐射计、雨滴谱等设备，获取了高时空分辨率的云降水宏微观垂直结构特征数据；利用C波段双线偏振雷达与那曲新一代天气雷达配对，进行双多普勒雷达观测，反演得到高原对流云三维风场和降水粒子相态的结构和演变数据；初步建立了多种雷达数据对比方法，并对观测数据进行了初步分析；观测到了10多次强对流天气过程的获取的大量的高分辨率对流云观测资料，通过对反演的云内风场、相态、滴谱分布等分析，发现了许多有益的观测事实。高原云有显著的特色，对流过程比例大，上升速度大，固态降水特征更加明显，但强度偏弱。这些数据为改进雷达定量降水估测，进一步开展高原云降水机理、云降水物理过程参数化方案研究和卫星反演结果的订正提供了数据基础。