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WSR-88D降水处理子系统WSR-88D降水处理子系统（PPS）由五个主要算法子程序和两个外部支持功能块构成。五个子算法是：1）降水预处理；2）降水速率；3）降水累加；4）降水调整；5）降水产品。该算法包括46个可调（适配）参数。通过调整这些参数，可以适应局地气象条件。两个外部支持功能块是：1）降水检测；2）雨量计数据获取。这两个功能块独立于算法运行，为算法提供附加的重要输入信息。整个系统的框图如下图所示。反射率因子基数据降水检测预处理降雨率累积调整降水产品生成雨量计数据获取雨量计数据库RPG降水检测功能块降水检测功能块（PDF）主要是确定在230km的范围内是否有降水发生，从而确定是否开始降水累积算法程序。有两个主要功能。一是确定雷达的扫描方式，另一个是确定降水处理子系统（PPS）的处理方式。第一类阈值确定是否变换体扫模态：PPS使用最低4个仰角的反射率因子数据计算降水。如果在上述4个仰角的任一仰角扫中，非地物回波的反射率因子超过一定的强度和面积阈值（可调参数，称做“显著降水”阈值或“第一类”阈值），PDF将自动地把雷达的扫描方式从“晴空”模变到“降水”模（如果已经在降水模态，则保持不变）。体扫间隔从10分钟减为5或6分钟，取样频率增加，从而改善降水估计。第二类阈值确定算法的处理方式：PDF使用另一组反射率因子强度和面积阈值（称作“小雨”阈值或“第二类”阈值）来确定PPS的处理方式。它们比第一类阈值小，对应PPS算法中能够分辨的降水强度的下限。如果第二类阈值被超过，则不论目前的扫描模态是“降水”还是“晴空”，PDF将指示PPS算法从一个初始的零值场开始累加降水。如果第二类阈值不被超过，则对应于没有降水，PPS将以一个简化的方式运行以大大减少计算机处理时间。如果PDF在1h期间没有检测到降水，则认为降水事件结束，风暴总降水产品被重新赋初值为零。同时，若当前体扫处在降水模态，可手动转换到晴空模态。雨量计数据获取功能块RPG内第二个PPS支持函数称为雨量计数据获取功能块（RGDAF）。它从一个外部雨量计数据支持（GDS）计算机接收“标准水文气象交换格式”的实时雨量计报告，并把这些数据存放到RPG上的雨量计数据库，提供给降水算法程序（PPS）使用。GDS计算机同时传送雨量计标号和位置以确定每个WSR-88D使用的雨量计网。在PDF没有检测到降水时，RGDAF处于休眠状态。一旦PDF检测到降水，RGDAF给外部GDS计算机传送一个唤醒电话，指示它开始给RPG传送实时雨量计报告。当PDF不再检测到降水，GDS计算机将从RGDAF接收到一条停止传送雨量计数据的讯息。降水算法子程序1：反射率因子预处理降水处理算法使用来自距雷达230km范围内分辨率为1km×1º的四个最低仰角（0.5º，1.5º，2.4º和3.4º）的基反射率因子作为输入（不依赖于VCP）。这个算法在第四个仰角扫描结束后开始执行。为得到较好的反射率因子值，在基本反射率因子数据中使用了五个质量控制步骤。1）雷达波束阻挡第一个质量控制步骤是纠正雷达波束的物理阻挡，否则将导致对降水的过低估计。如果对每个体积扫，雷达波束的阻碍低于60%，预置的dBZ值被添加到被部分阻碍的距离库中。如果超过60%的波束被阻挡，那么采取下列二种步骤之一：如果阻碍物的方位伸展是2或更小，则在相应仰角紧挨阻碍物的其它距离库上的平均值被指定为被阻碍物所阻碍的样本体积的距离库的值。如果阻碍物的方位伸展大于2，则不做修正，对那个扇面，将使用邻接的的较高仰角上的值。2）虚假的噪声和极端值在预处理算法中，第二和第三个质量控制纠正不真实的高反射率因子值，这些反射率因子具有异常高值但覆盖面积很小。它们是由于系统噪声或非气象目标（飞机、异常传播回波、或残留的地物回波）造成的虚假回波。这些反射率因子有二种类型：孤立的反射率因子和反射率因子极端值。孤立的反射率因子：第二个质量控制步骤搜索并矫正孤立的反射率因子。孤立反射率因子是一表明有降水的值，但距离库是在无降水的回波区域。这可能是虚假噪声或飞机飞过波束造成的。如果反射率因子的值大于最小临界值（一般为18dBZ）并且相邻样本中最多只有一个样本的值大于该临界值，则算法认为反射率因子的值是孤立的。一旦反射率因子的值被标记为孤立的，它将被赋为0dBZ。孤立的反射率因子值反射率因子极端值：第三个质量控制步骤是去除会造成降水过高估计的反射率因子极端值。这些极端值往往是由残留的固定地物回波或没有被抑制的异常传播回波造成的。极端值被定义为在可降水区域回波距离库内大大超过预计的回波强度。如果距离库中反射率因子的值超过了极端值的临界值（65dBZ），则此距离库就被标记为极端值。根据极端值周围的值，它将以二种方法被更改：a）如果所有8个相邻距离库的值都低于该临界值，则极端值用8个相邻值的平均来取代;b）如果周围的相邻距离库中也包含一个极端值，则此距离库将被赋予较低的dBZ值（7dBZ）。这一步骤不能消除所有的固定地物回波残留和异常传播回波，需要进一步的质量控制步骤。3）异常传播和倾斜测试第四个质量控制步骤是为了去除由异常传播造成的异常地物杂波。虽然在RDA中使用了杂波抑制，一般能消除大部分异常地物杂波，但需要进一步的质量控制以去除没有被抑制的杂波。根据气象目标回波反射率因子一般在垂直方向连续的规律，算法检查每个体积扫，以决定是否有特定百分率的在最低仰角的回波在下一个较高仰角不出现。这称为倾斜测试。通常，百分率设为75%，但它是可调的。如果距雷达40至150公里的环形面积内超过75%的最低仰角的回波在下一个较高仰角不出现，就认为从最低仰角的返回不是降水，丢弃最低仰角的数据，用下一个较高仰角的数据进行降水计算。7月2日01：124）波束高度随距离的改变混合扫描（hybridscan）：最后一个质量控制步骤试图矫正波束高度随距离的改变，尽可能使用在同一高度上的反射率因子值来计算降水。混合扫描是尽可能使用4个最低仰角的联合，使得使用的是最接近雷达高度以上1公里的反射率因子数据。缺省的混合扫描：对没有波束明显被阻碍的径向，3.4的反射率因子用在2-20km范围，2.4用20-35km，1.5用在35-50km范围。超过50km，使用0.5或1.5角(96年以后只使用0.5仰角）。20km35km50km双扫描最大化（bi-scanmaximization）：超过50km（时，此技术选择最低2个仰角的较大反射率因子值（除非最低仰角在倾斜测试中被丢弃）。这主要是弥补波束障碍造成的对降水的过低估计，但同时带来亮带污染的问题。自96年起，双扫描最大化被取消。分区混合扫描（sectorizedhybridscan）：分区混合扫描是缺省混合扫描和波束障碍要求所定义的较高高度的联合。其结果对每个雷达站形成一个图形化的分区混合扫描“查询表”，如下图所示。考虑到地形和波束障碍的分区混合扫描降水算法子程序2：降水速率1）反射率因子转换为降水率由分区混合扫描，反射率因子数据用Z-I关系式转换成降水速率。降水速率算法的输入是由混合扫描产生的每个1×1km距离库的最好的低层反射率因子值。反射率因子数据用Z-I关系式转换成降水速率。缺省关系式是：Z=300I1.4对于热带性降水，关系式为：Z=250I1.2其中反射率因子的单位是mm6m-3，降水率I的单位是mmh-1。分辨率为1km×1的降水率被转换到2km×1的新分辨率上。这是通过将二个相邻的1km距离库上的降水率平均后放在相应的2km距离库上来得到的。2km×1代表了降水估计的最小空间尺度，在雷达估计降水的最远距离230km处为2km×4km，在中间距离（115km）处为2km×2km，在近处（20km）为2km×0.3km。2）冰雹污染的订正最大的瞬时降水率大致在75mm/h到150mm/h之间（个别极端情形例外），按照标准的Z-I关系，对应于51到55dBZ的反射率因子。由于冰雹的存在，反射率因子可大大超过55dBZ，导致夸大的降水率。因此将反射率因子转换为降水率时有一个上限（51至55dBZ），超过该上限值的反射率因子一律按等于上限值处理。大部分WSR-88D采用53dBZ（对应的降水率为104mm/h）作为转换的最大值，个别接近热带环境地点的WSR-88D取该值为55dBZ（对应的降水率为150mm/h）。3）时间连续性测试在降水率子算法中进行的一个质量控制步骤是比较目前体扫和前一个体扫中雷达区域内（230km）平均降水率的变化。如果变化值超过某一合理的阈值（一个可调参数），则目前体积扫得到的降水率将全部丢弃。这样一个大的变化往往由无线电频率干扰、瞬变的系统噪声和异常传播造成。4）距离退化（波束部分充塞）订正远距离处会出现波束部分充塞的现象，导致对降水率的过低估计。可利用如下方程对这一距离退化现象进行订正：Icorr=aIbrc其中I为订正前的降水率，Icorr为订正后的降水率，r为目标距雷达的距离，a、b和c为从局地研究导出的系数。只有在收集了足够长时期的数据后，才有可能对系数a、b和c进行可靠的估计。目前它们的取值分别为1，1和0，即没有进行订正。一个比波束部分充塞更重要的距离退化问题是远距离处波束在降水之上穿过造成的对降水率的过低估计，这一问题在降水算法（PPS）没有考虑。降水算法子程序3：降水累加1）对降水率积分降水累加算法采用了降水速率算法的输出产品（每2km×1的降水速率），对每2km×1的距离库产生逐个扫描的时间累加。体积扫的时间间隔为5分钟或6分钟或10分钟，一次时间累加为两个体扫的平均降水率乘以体扫间隔，将从降水开始时到目前体积扫的每一个体扫-体扫累加加在一起，就得到目前为止的风暴累积降水量。2）体扫间隔过大情况的处理由于雷达硬件或软件的故障，相继体扫间隔可能超过5、6或10分钟。由于体扫间隔增加将导致降水累加算法的误差，因此对能够进行降水率线性内插的体扫间隔应该有一个上限，这一阈值（可调参数）目前是30分钟。雷达故障期小于30分钟没有数据被标为丢失如果体扫间隔超过30分钟，则假定两个体扫中间的多余时间部分包含丢失的数据。如果丢失数据的时间间隔超过6分钟（体扫间隔超过36分钟），RPG将不生成体扫-体扫累积和一小时累积产品。雷达故障期超过30分钟中间部分的数据标为丢失3）消除一小时降水累积降水量的极端值降水累积子程序的最后一步是消除一小时累积降水超过一个最大阈值的距离库。如果任何一个一小时降水距离库的值超过这个阈值（目前为400mm）并且它的8个相邻距离库的值不超过该阈值，则用这8个相邻距离库的平均值代替。如果8个相邻距离库中至少有一个也超过该阈值，则一个不同的阈值（更大的）将用来限制一小时累积降水极端值的出现。降水算法子程序4：降水量校正实时的雨量计数据可以用来调整雷达雨量估计。目前的Z-I关系不可能适用于所有降水，而实时调整Z-I关系是几乎不可能的。因此，通过实时比较雨量计和雷达的一小时累积降水值可以对雷达降水估计进行调整，等效于对Z-I关系中的倍增系数（如Z=300R1.4中的300）进行自动的和客观的调整。这种调整，以雨量计-雷达倍增系数的形式，均匀地作用于雷达的扫描区域，因此称为平均场偏差调整。若雨量计-雷达倍增系数为1，则说明没有偏差；若倍增系数大于1，则表明雷达过低估计降水；若该系数值在0-1之间，则意味着雷达过高估计降水。由于这些偏差代表雨量计和雷达进行比较的整个区域的平均情况，所以它们不能订正个别风暴内偏差的变化和依赖于距离和方位角的偏差。雨量计的数量越多，平均场偏差的代表性越好。具体的订正方法采用Kalman滤波技术。这种订正适用于空间均匀的雷达误差如硬件定标偏差、湿天线罩衰减和不适当的Z-I关系。降水算法子程序5：降水产品生成降水算法的最后一个处理步骤是产品生成。在这一步骤中，降水累积数据被格式化成各种时间和空间分辨率的产品，提供给各种业务预报使用。目前PPS生成四种图形产品、两种数字产品和一种字符产品。1）图形产品PUP前的预报员可以获取4种图形产品：a）1小时降水量；b）3小时降