GPM星载双频降水雷达测量降雨的误差分析及建模

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星载雷达降水产品的误差特征对于雷达数据的应用至关重要,例如多源降水数据融合和水文建模等。为了分析全球降雨观测卫星(GPM)星载双频测雨雷达(DPR)测量近地面降雨以及三维瞬时液态降雨产品的不确定性,利用经过质量控制和最优反演后的地基C波段双偏振雷达降雨量产品,对DPR测量的近地面降雨以及三维瞬时液态降雨进行误差分析及建模。结果表明:(1)DPR与南信大C波段双偏振雷达(CDP)探测的近地面降雨量整体相关性达到0.6以上,DPR近地面降雨量整体呈现小雨高估大雨略低估的情况。基于DPR和CDP降雨量对比研究,将DPR测量降水误差分离为系统和随机误差且建模为加法模型。DPR测量近地面降雨的系统误差与地基降雨量成正比且呈二次多项式形式,层状云降水的系统误差小于对流云降水的系统误差。随机误差建模为以-1–0mm/h为中心的高斯分布。对流云降水的高斯分布的标准差为1.71 mm/h,层状云降水的标准差小于对流降水为1.18 mm/h。针对DPR的降水反演算法,从反射率因子(Z)和滴谱大小分布(DSD)参数进行了误差原因分析。反射率因子测量的高精度导致了较小的系统误差。DPR探测的Dm明显偏高,而d BNw存在负偏差且当判断降水类型为对流云降水时滴谱参数偏差较大从而导致产生较大的随机误差。(2)DPR与CDP探测的三维瞬时液态降雨量整体相关性达到0.51,均方根误差为6.02 mm/h,与近地面降雨量的测量精度相比明显降低,且DPR三维瞬时液态降雨量整体也呈现小雨高估的情况。将DPR测量三维瞬时液态降雨量的误差分离为系统误差和随机误差。三维瞬时液态降雨量的系统误差与随机误差与近地面降雨量相比明显增加,尤其对流云降水的高斯分布标准差达到1.89 mm/h。星载雷达测得的Dm与地基双偏振雷达反演的滴谱参数对比偏差较大,且偏差明显大于DPR测量近地面降雨时的Dm偏差。通过Dm和三维液态降水与距离和高度的敏感性分析可知误差对距离和高度都有一定的敏感性。由于地基雷达有效照射体积随着距离增大而增加,导致有效体积内滴谱参数变化增大,尤其当处于对流性降水中变化更为明显。且随着距离和高度的变化地基雷达可能产生非均匀波束填充(NUBF)问题。因此滴谱参数和降水量误差增大,导致三维液态降水的误差大于近地面降水的误差。
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