loadingC波段双线偏振天气雷达零度层亮带识别和订正
曹 杨1)2) 陈洪滨1)3)* 苏德斌4) 【摘 要】摘 要
【期刊名称】应用气象学报 【年(卷),期】2018(029)001 【总页数】13
【关键词】 双偏振天气雷达； 零度层亮带识别； 零度层亮带订正
利用2013年8月北京C波段双偏振多普勒天气雷达体扫数据、探空资料和地面雨量站资料，获得反射率因子垂直廓线(vertical profile of reflectivity，VPR)识别零度层亮带，比较平均反射率因子垂直廓线(mean VPR，MVPR)、显著反射率因子垂直廓线(apparent VPR，AVPR)和显著相关系数垂直廓线(apparent vertical profile of correlation coefficient，AVPCC)3种零度层亮带订正方法的效果，并利用地面雨量站资料进行定量降水估计(quantity precipitation estimation，QPE)验证订正效果。结果表明：采用MVPR和0℃层高度能有效识别零度层亮带，零度层亮带厚度为0.8～1.5 km；经3种方法订正后，零度层亮带影响区得到了不同程度的抑制，其中MVPR法订正效果最差，基本未能减弱零度层亮带的影响，AVPR法和AVPCC法的订正效果较好，明显减弱了零度层亮带影响区的回波强度，订正后回波更均匀。利用地面雨量站数据进行QPE验证表明：经零度层亮带订正后雷达估测的降水与地面雨量站实测降水更接近，也表明AVPR法和AVPCC法效果更好。
引 言
零度层亮带是指在雷达平面位置显示(plain position indicator，PPI)反射率因
子显著增大的带区。零度层亮带的存在，会造成雷达定量降水估计(quantity precipitation estimation，QPE)明显偏高[1-5]，是判断层状云降水的一个重要特征[6-8]，此外，零度层亮带高度的识别有助于确定潜在冰水层区域，分析粒子相态的演变过程，对航空气象保障和数值预报的资料同化有帮助[8-10]。 国内外许多学者对识别和订正零度层亮带进行研究，通常采用反射率因子垂直廓线法(vertical profile of reflectivity，VPR)[11-15]。Sánchez-Diezma等[12]基于雷达体扫采样模式和模拟数据，开发一种自动识别零度层亮带峰值密度和厚度的算法。Zhang等[8]提出利用一个体扫数据计算平均反射率因子垂直廓线(mean VPR，MVPR)自动识别零度层亮带，较直接利用基数据更简单有效。Zhang等[1]对算法进行改进，将理想模型VPR与实时VPR相结合，生成一种基于每层仰角的显著反射率因子垂直廓线(apparent VPR，AVPR)，对零度层亮带进行订正，并应用于众多天气过程的QPE中，对算法进行检验[2]。张乐坚等[7]基于Zhang等[8]的方法提出增加雷达回波的三维特征识别零度层亮带，但未对订正方法进行研究。肖艳娇等[13]采用VPR自动识别零度层亮带平均高度和厚度，对零度层亮带进行订正，并将订正后的结果用于QPE。庄薇等[14]将基于VPR的零度层亮带识别和订正方法应用于青藏高原地区。孙赫敏等[15]基于层状云和对流云分类，利用AVPR法对零度层亮带进行订正，并进行QPE验证。
对零度层亮带进行订正时，假设零度层亮带以下回波强度不变，即利用零度层亮带底的反射率因子对零度层亮带区域的反射率因子进行调整，因此，零度层亮带底的准确性直接影响订正准确性。MVPR法和AVPR法不能很好地确定零度层亮带底，特别是当层状云降水离雷达较远时[3]。随着双偏振技术的发展，
双偏振雷达的应用越来越广泛[16-19]。偏振参数能更好地描绘降水云融化层中粒子的特征，表现为相关系数有一个明显降低的趋势，差分反射率和线性退偏振比出现峰值[19-21]，其中相关系数对混合态粒子更敏感，能更准确检测出冰粒子是否完全融化。Qi等[3]在AVPR法的基础上加入显著相关系数垂直廓线(apparent vertical profile of correlation coefficient，AVPCC)重新确定零度层亮带底进行订正。
本文利用北京市气象局C波段双偏振多普勒天气雷达体扫资料、探空资料和地面雨量站资料，对零度层亮带进行识别，并比较MVPR，AVPR和AVPCC 3种零度层亮带订正方法的效果。
1 资料和处理方法
北京市气象局C波段双偏振多普勒天气雷达资料和北京市地面自动气象站资料由国家自然科学基金项目(41375039)提供，探空资料从中国气象局MICAPS系统下载。
C波段双偏振雷达采用双发双收体制，位于39°56′42″N，116°17′25″E，海拔高度为57.11 m。扫描方式为VCP11，即5 min完成14个仰角扫描，雷达的水平和垂直波束宽度分别为0.95°和0.93°，方位分辨率为0.6°，距离分辨率为0.15 km，最大扫描范围为150 km，雷达资料时间为北京时。雷达观测参数包括反射率因子(Zh)、径向速度(Vr)、速度谱宽(W)、差分反射率(ZDR)、差分相位(ΦDP)和相关系数(ρHV)等。
0℃层高度资料由北京探空站(54511)的温度廓线资料垂直线性内插得到，每日2个时次(08:00和20:00，北京时，下同)，取最靠近雷达资料时间时次的高度和温度。地面雨量站资料为北京市地面自动气象站分钟降水资料，时间分辨率