07业务化降水估测算法-扩展

1、WSR-88D 降水处置子系统WSR-88D 降水处置子系统PPS由五个主要算法子程序和两个外部支持功能块构成。五个子算法是：1降水预处置；2降水速率；3降水累加；4降水调整；5 降水产品。该算法包括46个可调适配参数。经过调整这些参数，可以顺应局地气候条件。两个外部支持功能块是：1降水检测；2雨量计数据获取。这两个功能块独立于算法运转，为算法提供附加的重要输入信息。整个系统的框图如以下图所示。.反射率因子基数据降水检测预处置降雨率累积调整降水产品生成雨量计数据获取雨量计数据库RPG.降水检测功能块降水检测功能块PDF主要是确定在230km的范围内能否有降水发生，从而确定能否开场降水累积算法程

2、序。有两个主要功能。一是确定雷达的扫描方式，另一个是确定降水处置子系统PPS的处置方式。第一类阈值确定能否变换体扫模态：PPS运用最低4个仰角的反射率因子数据计算降水。假设在上述4个仰角的任一仰角扫中，非地物回波的反射率因子超越一定的强度和面积阈值可调参数，称做“显著降水阈值或“第一类阈值，PDF将自动地把雷达的扫描方式从“晴空模变到“降水模假设曾经在降水模态，那么坚持不变。体扫间隔从10分钟减为5或6分钟，取样频率添加，从而改善降水估计。.第二类阈值确定算法的处置方式：PDF运用另一组反射率因子强度和面积阈值称作“小雨阈值或“第二类阈值来确定PPS的处置方式。它们比第一类阈值小，对应PPS算

3、法中可以分辨的降水强度的下限。假设第二类阈值被超越，那么不论目前的扫描模态是“降水还是“晴空，PDF将指示PPS算法从一个初始的零值场开场累加降水。假设第二类阈值不被超越，那么对应于没有降水，PPS将以一个简化的方式运转以大大减少计算机处置时间。假设PDF在1h期间没有检测到降水，那么以为降水事件终了，风暴总降水产品被重新赋初值为零。同时，假设当前体扫处在降水模态，可手动转换到晴空模态。.雨量计数据获取功能块RPG内第二个PPS支持函数称为雨量计数据获取功能块RGDAF。它从一个外部雨量计数据支持GDS计算机接纳“规范水文气候交换格式的实时雨量计报告，并把这些数据存放到RPG上的雨量计数据库，

4、提供应降水算法程序PPS运用。GDS计算机同时传送雨量计标号和位置以确定每个WSR-88D运用的雨量计网。在PDF没有检测到降水时，RGDAF处于休眠形状。一旦PDF检测到降水，RGDAF给外部GDS计算机传送一个唤醒，指示它开场给RPG传送实时雨量计报告。当PDF不再检测到降水，GDS计算机将从RGDAF接纳到一条停顿传送雨量计数据的讯息。.降水算法子程序1 ：反射率因子预处置 降水处置算法运用来自距雷达230km范围内分辨率为1km1 的四个最低仰角0.5 ，1.5 ，2.4 和3.4 的基反射率因子作为输入不依赖于VCP。这个算法在第四个仰角扫描终了后开场执行。为得到较好的反射率因子值，

5、在根本反射率因子数据中运用了五个质量控制步骤。.1雷达波束阻挠 第一个质量控制步骤是纠正雷达波束的物理阻挠，否那么将导致对降水的过低估计。.假设对每个体积扫，雷达波束的妨碍低于60%，预置的dBZ值被添加到被部分妨碍的间隔库中。.假设超越60%的波束被阻挠，那么采取以下二种步骤之一：假设妨碍物的方位伸展是2或更小，那么在相应仰角紧挨妨碍物的其它间隔库上的平均值被指定为被妨碍物所妨碍的样本体积的间隔库的值。假设妨碍物的方位伸展大于2，那么不做修正，对那个扇面，将运用邻接的的较高仰角上的值。.2虚伪的噪声和极端值在预处置算法中，第二和第三个质量控制纠正不真实的高反射率因子值，这些反射率因子具有异常

6、高值但覆盖面积很小。它们是由于系统噪声或非气候目的飞机、异常传播回波、或残留的地物回波呵斥的虚伪回波。这些反射率因子有二种类型：孤立的反射率因子和反射率因子极端值。.孤立的反射率因子： 第二个质量控制步骤搜索并矫正孤立的反射率因子。孤立反射率因子是一阐明有降水的值，但间隔库是在无降水的回波区域。这能够是虚伪噪声或飞机飞过波束呵斥的。假设反射率因子的值大于最小临界值普通为18dBZ并且相邻样本中最多只需一个样本的值大于该临界值，那么算法以为反射率因子的值是孤立的。一旦反射率因子的值被标志为孤立的，它将被赋为0dBZ。.孤立的反射率因子值.反射率因子极端值：第三个质量控制步骤是去除会呵斥降水过高估

7、计的反射率因子极端值。这些极端值往往是由残留的固定地物回波或没有被抑制的异常传播回波呵斥的。极端值被定义为在可降水区域回波间隔库内大大超越估计的回波强度。假设间隔库中反射率因子的值超越了极端值的临界值65dBZ，那么此间隔库就被标志为极端值。根据极端值周围的值，它将以二种方法被更改：a假设一切8个相邻间隔库的值都低于该临界值，那么极端值用8个相邻值的平均来取代; b假设周围的相邻间隔库中也包含一个极端值，那么此间隔库将被赋予较低的dBZ值7dBZ。 这一步骤不能消除一切的固定地物回波残留和异常传播回波，需求进一步的质量控制步骤。.3异常传播和倾斜测试第四个质量控制步骤是为了去除由异常传播呵斥的

8、异常地物杂波。虽然在RDA中运用了杂波抑制，普通能消除大部分异常地物杂波，但需求进一步的质量控制以去除没有被抑制的杂波。根据气候目的回波反射率因子普通在垂直方向延续的规律，算法检查每个体积扫，以决议能否有特定百分率的在最低仰角的回波在下一个较高仰角不出现。这称为倾斜测试。通常，百分率设为75%，但它是可调的。假设距雷达40至150公里的环形面积内超越75%的最低仰角的回波在下一个较高仰角不出现，就以为从最低仰角的前往不是降水，丢弃最低仰角的数据，用下一个较高仰角的数据进展降水计算。 .7月2日 01：12.4波束高度随间隔的改动混合扫描hybrid scan：最后一个质量控制步骤试图矫正波束高

9、度随间隔的改动，尽能够运用在同一高度上的反射率因子值来计算降水。混合扫描是尽能够运用4个最低仰角的结合，使得运用的是最接近雷达高度以上1公里 的反射率因子数据。缺省的混合扫描：对没有波束明显被妨碍的径向，3.4的反射率因子用在2-20km范围，2.4用20-35km，1.5 用在35-50km范围。超越50km，运用0.5或1.5角 ( 96年以后只运用0.5 仰角。.20km35km50km.双扫描最大化bi-scan maximization：超越50km时，此技术选择最低2个仰角的较大反射率因子值除非最低仰角在倾斜测试中被丢弃。这主要是弥补波束妨碍呵斥的对降水的过低估计，但同时带来亮带污

10、染的问题。自96年起，双扫描最大化被取消。分区混合扫描sectorized hybrid scan：分区混合扫描是缺省混合扫描和波束妨碍要求所定义的较高高度的结合。其结果对每个雷达站构成一个图形化的分区混合扫描“查询表，如以下图所示。.思索到地形和波束妨碍的分区混合扫描.降水算法子程序2：降水速率1反射率因子转换为降水率由分区混合扫描，反射率因子数据用Z-I关系式转换成降水速率。降水速率算法的输入是由混合扫描产生的每个11km间隔库的最好的低层反射率因子值。反射率因子数据用Z-I关系式转换成降水速率。缺省关系式是： Z=300I1.4 对于热带性降水，关系式为： Z=250I1.2其中反射率因

11、子的单位是mm6 m-3，降水率I的单位是mm h-1。分辨率为1km1的降水率被转换到2km1的新分辨率上。这是经过将二个相邻的1km间隔库上的降水率平均后放在相应的2km间隔库上来得到的。 2km 1代表了降水估计的最小空间尺度，在雷达估计降水的最远间隔230km处为2km4km，在中间间隔115km处为2km2km，在近处20km为2km0.3km。.2冰雹污染的订正最大的瞬时降水率大致在75mm/h到150mm/h之间个别极端情形例外，按照规范的Z-I关系，对应于51到55 dBZ的反射率因子。由于冰雹的存在，反射率因子可大大超越55 dBZ，导致夸张的降水率。因此将反射率因子转换为降

12、水率时有一个上限51至55 dBZ，超越该上限值的反射率因子一概按等于上限值处置。大部分WSR-88D采用53 dBZ对应的降水率为104mm/h作为转换的最大值，个别接近热带环境地点的WSR-88D取该值为55 dBZ对应的降水率为150mm/h。.3时间延续性测试在降水率子算法中进展的一个质量控制步骤是比较目前体扫和前一个体扫中雷达区域内230km平均降水率的变化。假设变化值超越某一合理的阈值一个可调参数，那么目前体积扫得到的降水率将全部丢弃。这样一个大的变化往往由无线电频率干扰、瞬变的系统噪声和异常传播呵斥。.4间隔退化波束部分充塞订正远间隔处会出现波束部分充塞的景象，导致对降水率的过低

13、估计。可利用如下方程对这一间隔退化景象进展订正： Icorr=aIb rc其中I为订正前的降水率，Icorr为订正后的降水率， r为目的距雷达的间隔， a、b和c为从局地研讨导出的系数。只需在搜集了足够长时期的数据后，才有能够对系数a、b和c进展可靠的估计。目前它们的取值分别为1，1和0， 即没有进展订正。一个比波束部分充塞更重要的间隔退化问题是远间隔处波束在降水之上穿过呵斥的对降水率的过低估计，这一问题在降水算法PPS没有思索。.降水算法子程序3 ：降水累加1对降水率积分降水累加算法采用了降水速率算法的输出产品每2km1的降水速率，对每2km1的间隔库产生逐个扫描的时间累加。体积扫的时间间隔

14、为5分钟或6分钟或10分钟，一次时间累加为两个体扫的平均降水率乘以体扫间隔，将从降水开场时到目前体积扫的每一个体扫-体扫累加加在一同，就得到目前为止的风暴累积降水量。.2体扫间隔过大情况的处置由于雷达硬件或软件的缺点，相继体扫间隔能够超越5、6或10分钟。由于体扫间隔添加将导致降水累加算法的误差，因此对可以进展降水率线性内插的体扫间隔应该有一个上限，这一阈值可调参数目前是30分钟。雷达缺点期小于30分钟没有数据被标为丧失.假设体扫间隔超越30分钟，那么假定两个体扫中间的多余时间部分包含丧失的数据。假设丧失数据的时间间隔超越6分钟体扫间隔超越36分钟，RPG将不生成体扫-体扫累积和一小时累积产品

15、。雷达缺点期超越30分钟中间部分的数据标为丧失.3消除一小时降水累积降水量的极端值降水累积子程序的最后一步是消除一小时累积降水超越一个最大阈值的间隔库。假设任何一个一小时降水间隔库的值超越这个阈值目前为400mm并且它的8个相邻间隔库的值不超越该阈值，那么用这8个相邻间隔库的平均值替代。假设8个相邻间隔库中至少有一个也超越该阈值，那么一个不同的阈值更大的将用来限制一小时累积降水极端值的出现。.降水算法子程序4：降水量校正实时的雨量计数据可以用来调整雷达雨量估计。目前的Z-I关系不能够适用于一切降水，而实时调整Z-I关系是几乎不能够的。因此，经过实时比较雨量计和雷达的一小时累积降水值可以对雷达降

16、水估计进展调整，等效于对Z-I关系中的倍增系数如Z=300R1.4中的300进展自动的和客观的调整。这种调整，以雨量计-雷达倍增系数的方式，均匀地作用于雷达的扫描区域，因此称为平均场偏向调整。假设雨量计-雷达倍增系数为1，那么阐明没有偏向；假设倍增系数大于1，那么阐明雷达过低估计降水；假设该系数值在0-1之间，那么意味着雷达过高估计降水。.由于这些偏向代表雨量计和雷达进展比较的整个区域的平均情况，所以它们不能订正个别风暴内偏向的变化和依赖于间隔和方位角的偏向。雨量计的数量越多，平均场偏向的代表性越好。详细的订正方法采用Kalman滤波技术。这种订正适用于空间均匀的雷达误差如硬件定标偏向、湿天线

17、罩衰减和不适当的Z-I关系。.降水算法子程序5：降水产品生成降水算法的最后一个处置步骤是产品生成。在这一步骤中，降水累积数据被格式化成各种时间和空间分辨率的产品，提供应各种业务预告运用。目前PPS生成四种图形产品、两种数字产品和一种字符产品。1图形产品PUP前的预告员可以获取4种图形产品：a1小时降水量；b3小时降水量； c风暴总降水量； d用户选择继续时间的降水量。 .1小时累积雨量：从当前体扫到1小时前的体扫的延续累加，每个体扫更新一次。.3小时累积雨量：以最近的整点为终了时间的前3小时累积雨量。它每小时更新一次。.用户选择时段的累积降水产品：预告员可以选择随意那一个时段的累积雨量。用户可

18、从最近的30个小时中选择最长为24小时时段的累积雨量。每个图形产品有一个分开的字符产品，包含PPS可调参数的值、和一些补充信息如雨量计-雷达偏向倍增系数和它的方差。.2字符产品这个降水数据的补充产品包含三个部分。第一部分是挑选的由PPS算法生成的附加数据和一些补充信息如雨量计-雷达偏向倍增系数和它的方差、偏向倍增系数能否被用到产品上、孤立的反射率因子值和反射率因子极端值的数量，倾斜测试中面积的减少以及发生数据丧失的次数。第二部分包括最近1小时一切雨量计-雷达对的清单，它们的位置和能否经过了质量控制。第三部分包括最新收到的雨量计报告。.3数字产品数字意味着产品保管了算法给出的原始数据的精度，即没有象在图形产品中被分割为假设干个数据级。因此，数字产品可在WSR-88D之外的定量算法中