降水的雷达反射率因子与大气相对湿度的相关关系研究

【摘要】：由于多普勒天气雷达的观测量不是模式变量,为了把多普勒天气雷达观测资料用于中尺度数值预报,就需要把雷达观测值转换为模式变量。本文研究了雷达回波强度,即雷达反射率因子与相对湿度的关系,以便把雷达观测到的回波强度转换为相对湿度,通过相对湿度把雷达资料引入到中尺度数值模式中,以提高预报准确率。 本文首先分析了大气相对湿度的一些特点。纯平水面或冰面饱和水汽压是温度的函数,都随温度升高而增加,在同一温度下,水面饱和水汽压高于冰面饱和水汽压,即水汽压对水面饱和时,对冰面是过饱和的。水面与冰面饱和水汽压差△E=E_w—E_i是温度的函数,过饱和度△S=(△E)/E_i随温度降低而增大。当水汽压相对于水面饱和时,相对湿度为100%;当水汽压相对于冰面饱和时,相对湿度随温度从0℃下降到—50℃,可以从100%下降到60%。暖云中相对湿度为100%。冷云中,当云中所有凝结水分都是固态时,水汽压对冰面饱和,相对湿度是温度的函数;若云中所有凝结水分都是过冷却水,云中水汽压对水面饱和,云中相对湿度为100%;若为冰水混合共存态,则相对湿度小于100%。混合云中,温度高于0℃的云体中的相对湿度为100%,温度低于0℃的云体中相对湿度状况与冷云中相对湿度状况相同。 本文利用2003年福建省三明地区大田、尤溪、建宁、宁化、将乐、永安气象站的气象观测资料,从天气现象记录中获取湿度观测时刻的降水信息,同时用自动站逐时降水量资料计算出降水强度,再利用Z-I关系将降水强度换算成雷达反射率因子,这样得到一组雷达反射率因子与相对湿度的相关数据列,分析这些数据发现: 1.地面观测到降水时,空气的相对湿度并不是100%。 2.降水的雷达反射率因子与当时空气相对湿度之间呈线性关系。 用一元线性回归方法,得到每个站的雷达反射率因子与相对湿度之间的线 性拟合关系为: 大田:f=81.661+0.2843·dbz建宁:f=81.587+0.3687·dbz 尤溪:f=81.756+0.2763·dbz永安:f=86+0.2588·dbz 将乐:f=81.26+0.2843·dbz宁化:f=83.066+0.3237·dbz 六个站的雷达反射率因子与相对湿度的线性关系为: f=83.7482681+0.2777882·dbz 不同温度下雷达反射率因子与相对湿度对应关系有差异,用温度分档雷达反射 率因子与相对湿度的关系为: 5 .0~1 9.8℃:f=91.802069+0.1181334·dbz 19.9~22.9℃:f=89.1717078+0.1355859·dbz 23 .0~25.9℃:f=84.8248638+0.1670182·dbz 26.0~26.9℃:f=79.1646627+0.2244879·dbz 27.0~28.2℃:f== 74.4652529+0.2743671·dbz 28.2~29.9℃:f=69.18536+0.28124955·dbz 根据论述,本文得到以下结论: 1.在将雷达回波强度资料转化为相对湿度进入模式初始场时,可以对回波 强度资料与相对湿度的关系作如下处理:根据雷达立体扫描数据,确定各高度 的网格点上是否有回波,并确定其回波强度。再根据探空资料,确定云底高度、 0℃层高度和各层温度。云底以下,根据回波强度利用文中给出的对应关系确定 各网格点的相对湿度。云底到零度层之间,相应点的相对湿度可取100%。零度 层以上,根据各点气温,确定相应的相对湿度值。 2.地面观测到降水时,在大多数情况下相应降水区内的相对湿度不是100 %。 3.对三明地区大田、尤溪、建宁、宁化、将乐、永安六站2003年自动站 数据的统计分析表明:①降水的雷达反射率因子与大气相对湿度可用线性关系 拟合,降水越大,相对湿度越大。②温度不同时雷达反射率因子与相对湿度对