天津新一代天气雷达(CINRAD/SA)定标对比分析

许长义，卜清军，徐灵芝，庄 庭

(天津市滨海新区气象局 天津300457)

天津新一代天气雷达(CINRAD/SA)定标对比分析

许长义，卜清军，徐灵芝，庄 庭

(天津市滨海新区气象局 天津300457)

回波强度定标是保障 CINRAD/SA回波强度测量精度的关键技术，将直接影响雷达定量估测降水产品的可靠性。应用天津 CINRAD/SA多普勒天气雷达定标前后的反射率强度资料，对天津雷达反射率强度进行对比分析。结果表明：定标后天津雷达基本反射率因子强度有所增强，尤其是高仰角反射率增强更加明显；对于积层混合降水回波，定标后天津多普勒天气雷达组合反射率因子强度有所提高。

CINRAD/SA雷达 定标 回波强度 对比分析

0 引 言

天津新一代多普勒天气雷达(CINRAD/SA，以下简称天津雷达)坐落于滨海新区，是中国气象局首批在沿海地区布设的 14部多普勒天气雷达之一，也是华北地区建设的第 1部天气雷达，至今已使用超过13年，为天津及华北地区天气预报预警业务提供了有利的数据支撑。然而，随着设备老化以及观测环境的变化，天津雷达回波强度偏弱 3.5,dB，对短时临近预报预警业务产生了一定影响。我国新一代天气雷达投入业务运行以来，在雷达维护定标方面，已积累了一定的实践经验。[1-4]

2015年8月21～25日，北京敏视达公司对影响天津雷达技术参数指标的故障部件更换、维修、调试，对雷达的发射系统、接收系统、天伺系统或系统指标进行了全面系统的定标，定标后的天津雷达运行状态及性能是否得到提升，则需要通过详细的对比分析进行验证。

1 资料与方法

1.1 资料

此次对比分析选取河北沧州 CINRAD/SA多普勒雷达(以下简称沧州雷达)作为参照，原因主要有三方面：①两部雷达型号相同；②沧州距天津雷达110,km，是距离滨海新区最近的一部雷达；③由于沧州雷达位于天津雷达西南方向，有效填补了天津雷达消隐而造成的遮挡问题。

为比较天津雷达在定标前后的差异特征，这里选取定标前2015年8月19日的短时强降水过程，定标后分别选取2015年8月28日的冰雹过程以及8月31日～9月 1日的暴雨两次对流性质不同的过程进行对比分析，通过对以上3次典型的夏季强对流过程进行分析，可增加结果的可信度。为保证数据的合理性，对比分析均采用滤波后的基数据进行反演。

1.2 方法

多普勒天气雷达是在固定仰角上扫描 360,°进行采样的，[5]即在某一仰角，雷达天线绕垂直轴进行360,°扫描，所采集到的是圆锥面上的资料。在每个仰角上，以雷达为中心，沿着雷达波束向外，径向距离增加的同时距地面高度也在增加。因此在进行天津雷达与沧州雷达反射率因子强度对比时应注意到，尽量选取距两部雷达相同距离且相同(或接近相同)高度的点进行对比。具体方法：连接天津和沧州两部雷达，过连线中点且垂直于连线，在两部雷达探测范围内即是所要求的等距离等高度线。

受雷达自身参数、雷达波的衰减以及雷达入射方向不同的制约，加之天津和沧州两部雷达的海拔高度不同(天津雷达海拔高度为 69.8,m，沧州雷达海拔高度为 111.9,m)，难以实现两部雷达产品的精确对比，但是，通过等距、等高、等时次的多个体扫反射率因子的对比，能够定性分析天津雷达在定标前后的差异，且具有一定的科学依据。

2 8月19日(定标前)短时强降水过程对比分析

2015年8月19日07～09时，滨海新区南部出现短时强降水，其中大港滨海水厂小时雨强达33.3,mm，塘沽临港小时雨强达29.5,mm，以下主要对该时段内的基本反射率和组合反射率进行对比分析。

2.1 基本反射率对比(见图1)

图1 天津和沧州雷达基本反射率因子Fig.1 Basic reflectivity factors shown on radars in Tianjin and Cangzhou

选取白色直线(或无限接近)上相同经纬度、相同高度上(或高度基本一致)的像素点，天津 0.5,°仰角的反射率因子为37.5,dBz，沧州0.5,°仰角的反射率因子为 47.5,dBz；天津 1.5,°仰角的反射率因子为47.5,dBz，沧州 1.5,°仰角的反射率因子为 52.5,dBz；天津 2.4,°仰角的反射率因子为 57.5,dBz，沧州 2.4,°的反射率因子为62.5,dBz；天津3.4,°仰角的反射率因子为 57.5,dBz，沧州 3.4,°仰角的反射率因子为62.5,dBz。由强降水时段内同时次、同仰角、同距离、同高度的雷达基本反射率因子对比结果可见，天津雷达 0.5,°仰角反射率因子比沧州偏弱 10,dBz，1.5,°、2.4,°及3.4,°仰角反射率因子比沧州偏弱5,dBz。

2.2 组合反射率对比(见图2)

图2 天津和沧州雷达组合反射率因子Fig.2 Combined reflectivity factors shown on radars in Tianjin and Cangzhou

由强降水时段内同时次、同距离雷达组合反射率因子对比结果可见，8月19日08：18天津雷达强回波强度达到 57.5,dBz，此时沧州雷达相同位置回波强度为 62.5,dBz；08：48天津雷达强回波强度达到52.5,dBz，此时沧州雷达相同位置回波强度为57.5,dBz，天津雷达组合反射率因子比沧州偏弱5,dBz。

通过上述对比可以看出，天津雷达定标前无论是基本反射率因子还是组合反射率因子，其强回波中心强度较沧州雷达偏弱5～10,dBz左右。

3 8月28日(定标后)冰雹过程对比分析

2015年 8月 28日午后，滨海新区多地出现冰雹，部分区域自动站出现小时雨强超过 30,mm的短时强降水。这次过程强回波首先在天津滨海新区东部沿海生成，随后沿海强回波与滨海新区中部强回波合并增强，导致滨海新区强对流天气。但由于初生强回波位于天津雷达站东南方向10,km处，对应到沧州雷达相应仰角时强回波高度和距离不同，失去可比性，因此选取该过程发展后期几个体扫进行比较。

3.1 基本反射率对比(见图3)

图3 天津和沧州雷达基本反射率因子Fig.3 Basic reflectivity factors shown on radars in Tianjin and Cangzhou

同样方法选取白色直线(或无限接近)上相同经纬度、相同高度上(或高度基本一致)的像素点，天津0.5,°仰角的反射率因子为52.5,dBz，沧州0.5,°仰角的反射率因子为57.5,dBz；天津1.5,°仰角的反射率因子为 52.5,dBz，沧州 1.5,°仰角的反射率因子为52.5,dBz；天津 2.4,°仰角的反射率因子为 57.5,dBz，沧州 2.4,°仰角的反射率因子为 47.5,dBz；天津 3.4,°仰角的反射率因子为57.5,dBz，沧州3.4,°仰角的反射率因子为 47.5,dBz。由同时次、同仰角、同距离、同高度的雷达基本反射率因子对比结果可见，天津雷达0.5,°仰角反射率因子比沧州偏弱 5,dBz，1.5,°仰角反射率因子与沧州基本持平，2.4,°及3.4,°仰角反射率因子比沧州偏强10,dBz。

3.2 组合反射率对比(见图4)

图4 天津和沧州雷达组合反射率因子Fig.4 Combined reflectivity factors shown on radars in Tianjin and Cangzhou

组合反射率的对比结果表明，28日 14：30天津雷达强回波强度达到52.5,dBz，此时沧州雷达相同位置回波强度为 57.5,dBz；15：00天津雷达强回波强度达到 57.5,dBz，此时沧州雷达相同位置回波强度为62.5,dBz，强回波中心强度比沧州雷达偏弱5,dBz。

通过对比8月28日冰雹过程的反射率因子可以看出，对于积云降水回波，天津雷达定标后 2.4,°及3.4,°仰角反射率因子比沧州偏强 10,dBz，1.5,°仰角基本反射率与沧州雷达基本持平，0.5,°仰角和组合反射率因子强度比沧州偏弱5,dBz左右，与定标前相比基本反射率因子强度有所提升。

4 8月31日(定标后)暴雨过程对比分析

2015年8月31日～9月1日天津全市大部均出现暴雨，这次降水持续时间长，降水性质以积层混合性降水为主，国家基本站中仅大港出现雨强超过20,mm·h-1的短时强降水，分别出现在 31日 11时和9月1日03～04时，这里重点对比这两个时段内反射率因子的特征。

通过对比8月31日～9月1日暴雨过程的反射率因子可以看出，对于积层混合性降水回波，天津雷达 1.5,°仰角和组合反射率与沧州雷达强度基本持平，天津雷达0.5,°、2.4,°和3.4,°仰角比沧州雷达偏强10～15,dBz。与定标前相比，其基本反射率因子和组合反射率因子强度均有很大提升(见表1、2)。

表1 定标前后天津与沧州雷达基本反射率因子对比表Tab.1 Contrast of basic reflectivity factors shown on radars in Tianjin and Cangzhou before and after calibration

表2 定标前后天津与沧州雷达组合反射率因子对比表Tab.2 Contrast of combined reflectivity factors shown on radars in Tianjin and Cangzhou before and after calibration

5 结论与讨论

利用定标前后天津雷达反射率资料，结合沧州雷达资料进行对比分析，得到的初步结论如下：①定标后天津多普勒天气雷达基本反射率因子强度有所增强，尤其是高仰角反射率增强更加明显；②对于积层混合降水回波，定标后天津多普勒天气雷达组合反射率因子强度有所提高；③多普勒天气雷达上探测到的弱窄带回波对强对流天气的短临预报具有重要的指示意义，定标后雷达对窄带回波的探测是否产生影响仍需要更多个例进行验证。

以上对两部雷达对比分析时忽略了天津雷达与沧州雷达的自身高度差(相差约 40,m)，该高度差是否造成定标后8月28日0.5,°仰角反射率因子偏弱及定标后两次过程 1.5,°仰角反射率因子均与沧州持平仍需进一步讨论研究；其次，由于雷达探测的云和降水回波结构及雷达估测降水量受诸多因素影响，不同雷达由于定标参数以及雷达入射方向不同，探测相同对流云的结果也可能有所不同，因而在对比不同雷达结果时仍需谨慎。最后，本文选取了 3次对流天气进行对比分析，更多雷达定标前后对不同性质降水天气所产生的影响仍有待进行更深入的研究。■

［1］ 潘新民，柴秀梅，黄跃青，等. CINRAD/SA&SB回波强度定标故障的诊断分析和解决方法[J]. 气象，2010，36(12)：122-127.

［2］ 潘新民，柴秀梅，崔柄俭，等. CINRAD/SB雷达回波强度定标调校方法[J]. 应用气象学报，2010，21(6)：739-746.

［3］ 柴秀梅，黄晓，黄兴玉. 新一代天气雷达回波强度自动标校技术[J]. 气象科技，2007，35(3)：418-422.

［4］ 陈德生，谢君，曲楠，等. 新一代多普勒天气雷达参数测量和性能标定[J]. 河南气象，2006(4)：88-89.

［5］ 俞小鼎，姚秀萍，熊延南，等. 多普勒天气雷达原理与业务应用[M]. 北京：气象出版社，2006：47.

Comparative Analysis of Tianjin CINRAD/SA Radar Echo Intensity Calibration

XU Changyi，BU Qingjun，XU Lingzhi，ZHUANG Ting
(Binhai New Area Meteorological Office of Tianjin，Tianjin 300457，China)

CINRAD echo intensity calibration is the key technology to improve the reliability of observational data，which can lead to large measurement error．Based on the reflectivity data before and after calibration of Tianjin CINRAD/SA radar，this paper contrasts reflectivity data．It shows that the intensity of Tianjin radar reflectivity was increased after calibration，especially at 2.4 ° and 3.4 °．The CR was also increased for stratiform mixed precipitation echo.

CINRAD/SA radar；echo intensity calibration；echo intensity；comparative analysis

P457

A

1006-8945(2016)07-0066-04

天津市气象局科研项目(201610ybxm07)。

2016-06-06