基于二维视频雨滴谱仪和双偏振雷达观测的华南定量降水估计研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41875182
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0509.大气观测、遥感和探测技术与方法
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

High resolution high precision radar quantitative precipitation estimation(RQPE) plays an important role in hydrology simulation and prediction、flood and disaster prevention and relief as well as nowcasting weather service, and has valuable implications for the society. Raindrop size distribution (DSD) is the basic characteristics of precipitation microphysics. It describes the distribution of falling particles as a function of diameter. The relationships between characteristics of raindrop’s shape, velocity and DSD and radar variables are the key of RQPE. This proposal plans to make use of observations from seven 2D video distrometers to analyze the characteristics of DSD over southern China according to different precipitation classes in different periods. Then the relationships between radar variables and precipitation rate are derived based on the DSD characteristics. With these localized relationships, the region-based hydrometeor classification based on fuzzy logic and QPE (RBQPE) and QPE based on specific attenuation of radar signal (RAQPE) are applied to improve the accuracy of the dual-pol radar QPE over Southern China. Experiment with DSD sample data and radar observations from Zhuhai and Guangzhou S-band dual-pol radar shows that the proposed DSD analysis, RBQPE, and RAQPE are feasible. The main content of this proposal includes: 1)the DSD characteristics of different precipitation types in different precipitation systems in different seasons over southern China; 2) relationship between dual-polarimetric radar varables and precipitation rate; 3)QPE computation based on relationship between dual-polarimetric varables and precipitation rate. This proposal is expected to give references and technic supports to upgrade of China Next Generation Weather Radar with dual-polarization capability in coming future.
高分辨率高精度雷达定量降水估计在水文模拟预报、防洪抗灾和气象短临预警预报方面具有重大科学意义和社会价值。降水雨滴谱是降水微物理的基本特征,描述降落雨滴的粒径分布特征。雨滴的形状、下落速度和谱分布等特征与雷达回波的相关关系是雷达定量降水估计的基础。本项目基于7部高精度二维视频雨滴谱仪和8部双偏振雷达观测,分析华南前汛期、后汛期、冷季内不同降水系统(飑线、台风、准静止锋及其他)的层云、对流、浅层等降水类型的雨滴谱特征,计算适用于华南不同时期不同降水系统的双偏振雷达变量和降水率的关系式,采用基于区域的水凝物模糊逻辑分类以及基于雷达信号衰减的双偏振雷达定量降水估计算法,研制华南高分辨率高精度的雷达定量降水估计产品。研究内容主要包括:1)不同时期内不同降水系统不同降水类型的雨滴谱特征;2)双偏振雷达变量和降水率的关系式;3)基于区域水凝物模糊逻辑分类和基于雷达信号衰减的双偏振雷达定量降水估计。

结项摘要

针对双偏振天气雷达在欧美日国家成为气象灾害监测和预报预警的重要观测手段这一背景,本项目的研究内容为:利用中国华南地区的高精度雨滴谱观测资料和双偏振天气雷达观测资料,研究:1)研究了华南冷季、前汛期(4-6月)、后汛期(7-10月)、不同季节的雨滴谱特征,以及台风、飑线的雨滴谱特征;2)给出了华南地区不同季节双偏振雷达变量和降水率的关系式;3)研发面向对象(即基于区域水凝物模糊逻辑分类)和基于雷达信号衰减的双偏振雷达定量降水估计算法;4)研究了粤港澳大湾区X波段双偏振相控阵天气雷达的衰减订正算法; 5)发展了基于物理约束和改进的变分法进行双偏振雷达的Φ_DP重构和非负KDP获取; 6)基于雷达观测和深度学习的短临降水预报模型. 研究结果表明:1)当降水率小于5 mm/h时,后汛期和前汛期降水的发生频率几乎一致,而随着降水率的增大(5-30 mm/h),后汛期降水的发生率略微高于前汛期, 但当降水率大于30 mm/h时,前汛期降水的发生率则高于汛期,说明华南地区的前汛期强降水的发生率略微高于降水;2)基于华南的雨滴谱观测数据计算出来的雷达变量和降水率的关系式明显不同于美国国家大气海洋管理局提供的常用的Z-R关系式;3)研发的基于区域水凝物模糊逻辑分类和基于雷达信号衰减的双偏振雷达定量降水估计算法明显提高了双偏振雷达定量降水估计的精度;4)研究的X波段双偏振相控阵天气雷达的衰减订正算法明显改进了珠三角X波段双偏振相控阵天气雷达降水定量降水估计精度; 5)基于雷达观测和深度学习的短临降水预报模型比当前气象部门主流的光流法和Unet预报模型具有更好的预报技巧。上述双偏振雷达定量降水估计算法、质控算法、短临预报模型在提高粤港澳大湾区防灾减灾应急服务水平具有重要的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
基于雷达观测的华南夏季降水类型日变化的时空分布特征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    气象
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐菁;陈生;李峙;韦春霞
  • 通讯作者:
    韦春霞
Comparison of Satellite Precipitation Products: IMERG and GSMaP with Rain Gauge Observations in Northern China
卫星降水产品比较:IMERG 和 GMap 与中国北方雨量计观测
  • DOI:
    10.3390/rs14194748
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    Remote Sensing
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Huiqin Zhu;Sheng Chen;Zhi Li;Liang Gao;Xiaoyu Li
  • 通讯作者:
    Xiaoyu Li
GPM卫星定量降水产品在南流江流域的适用性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    水电能源科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡洁连;李峙;陈生;杨秀芹;梁振清;黄朝盈
  • 通讯作者:
    黄朝盈
Performance Assessment of GSMaP and GPM IMERG Products during Typhoon Mangkhut
台风山竹期间 GMap 和 GPM IMERG 产品的性能评估
  • DOI:
    10.3390/atmos12020134
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
    Atmosphere
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Li Xiaoyu;Chen Sheng;Liang Zhenqing;Huang Chaoying;Li Zhi;Hu Baoqing
  • 通讯作者:
    Hu Baoqing
GPM卫星降水产品在“7·21”河南极端暴雨过程中的误差评估
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    水利水电技术(中英文)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱慧琴;陈生;李晓俞;李峙
  • 通讯作者:
    李峙

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其他文献

基于差值权重和快速傅立叶变换的北京一号卫星影像融合方法研究
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  • 作者:
    陈生;骆剑承;沈占锋;郜丽静;周小成
  • 通讯作者:
    周小成
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  • 发表时间:
    2017
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    程国栋
一种基于模型的输出反馈网络化控
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    刘松晖;吴俊*;徐巍华;陈生
  • 通讯作者:
    陈生
面向对象的高分辨率遥感影像桥梁提取研究
  • DOI:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘雯;陈生;沈占锋;骆剑承;郜丽静
  • 通讯作者:
    郜丽静

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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