17、气象雷达在降水观测与定量中的应用

气象雷达在降水观测与定量中的应用

1. 降水估计数据集的获取途径

在开发降水估计器时，有三种获取数据集的途径：
- 雷达 - 雨量计对比：通过对比雷达测量值和雨量计的观测值来获取数据。
- DSD 建模与参数模拟：对雨滴谱分布（DSD）进行建模，并模拟相关参数。
- 从测量的 DSD 计算降水率和雷达反射率：利用实际测量的 DSD 数据来计算降水率和雷达反射率。

建立数据集后，使用最小二乘法拟合来确定降水率与雷达变量之间的关系。这里主要关注使用 2DVD 测量的 DSD 和模拟的雷达变量来开发降水估计器。

2. 单极化雷达降水估计

2.1 单极化雷达测量参数

典型的单极化气象雷达提供三种测量值：反射率因子（Z）、多普勒速度（$v_r$）和谱宽（$\sigma_v$）。其中只有反射率（Z）包含降水率（R）的信息。

2.2 雷达降水估计的目的与 Z - R 关系

雷达降水估计的目的是建立并应用幂律（$Z = \alpha R^{\beta}$）关系，从雷达反射率获取降水率。由于 Z 和 R 并非线性相关，且雨滴谱分布存在较大变化，幂律关系中的系数（$\alpha$）和指数（$\beta$）会因降水类型、季节和气候位置而异。

常见的单极化 NEXRAD 使用的 Z - R 关系如下表所示：
| 关系 | 名称 | 适用情况 | 推荐适用情况 |
| — | — | — | — |
| $Z = 300 R^{1.4}$ | 对流型 | 夏季深对流降水 | 其他非热带对流降水 |
| $Z = 200 R^{