天气雷达估测降水的误差因素有哪些

雷达测量降水可以得到具有一定精度的、大范围高时空分辨率的实时降水信息，因此应用雷达进行降雨监视和面雨量计算，可以提高洪水预报的精度和时效性。但要清楚地认识到，由于技术本身的复杂性和其它原因，目前的雷达测雨存在一定的误差，特别是大范围降水测量的准确性尚不能完全满足气象业务应用的要求。雷达测雨误差主要来源于以下几方面：
a)雷达电磁波的波长对降水测量的影响。在雷达气象方程式中，平均接收功率Pr与雷达波长、天线增益及波束宽度等有关。在天线大小固定的情况下，Pr与波长的4次方成反比，即波长越短，Pr越大，探测能力越强，因此波长短有利于探测降水。但是，在电磁波传播途中大气气体和降水都对其有衰减作用。

b)雨滴谱变化和Z~R关系的不确定性。降水强度与降水粒子直径的分布即雨滴谱有关，Z~R关系亦与雨滴谱密切相关。在同样的降水强度下，对流降水和暖云降水由于雨滴谱不同而反射因子Z不同。在同一次降水过程中，云的不同发展阶段雨滴谱也不一样。因此，Z~R关系是不确定的。严格讲，关系应在进行雨滴谱测量的基础上通过计算得到，但在实际应用中很难做到。目前在业务工作中使用的大多是固定的经验关系，必然影响计算的精度。

c)雷达测量高度以下的反射因子变化的影响。在降水过程中，由于水滴蒸发、大气运动及水的相变，雷达反射因子在垂直方向上有很大变化。同时雷达电磁波的路径(即使是水平发射的路径)随距离的延伸而离开地表面，水平距离越远，垂直距离也越大，因此，雷达观测的降水和实际落地的降水差距也越大。同时随距离的延伸，波束的空间扩展也增大。

d)地物杂波和阻挡。气象雷达的主要观测对象是降水回波，但同时也不可避免地观测到山岳等地形反射的回波。有时这种地形杂波与降水回波混在一起不易区分。此外，由于地物等障碍物阻挡了电磁波的传播路径，其后和降水回波无法探测到。如果因此提高天线的仰角又提高了波束距地表的垂直距离而增大了观测误差。

e)与雷达本身性能有关的测量误差。与雷达性能有关的测量误差还与雷达设备本身的稳定性有关。雷达设备在经过一段时间的运行后，发射机、接收机等性能会有变化。

f)非正常传播(AP)。假设雷达的波束是在标准大气中传播的，这样可以计算波束高度。如果大气状态不标准，那么波束传播会是不同的方式，或者说非正常地传播。非正常传播，一般指的是波束被超折射并在远离正常的地物杂波区处撞到地面。因此，AP是真正的远离雷达区域的地物杂波。这些来自非正常传播波束的能量会被包含在Z~R方程里，就象正常地物杂波那样会引起降水的过量估计。

g)波束部分充塞。波束部分充塞一般对距离雷达较远的气象目标是个问题。雷达测量必须做的假定之一就是所有的目标完全充满波束，因为它没有别的确定方法。因此，在这个距离上比波束窄的目标物会显示得比真实情况大。来自小目标物的能量被平均到整个宽的波束上，结果是低估了降水量(整个区域范围是高估的)。