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廣泛式速度方位顯示方法之誤差分析與其在梅雨鋒面雨帶的應用
Error Analysis of Extended Velocity Azimuthal Display Method and its Application in Mei-Yu Frontal Rainband
摘要
應用“廣泛式速度方位顯示”方法（Extended Velocity Azimuthal Display，簡稱EVAD，Srivastava et al., 1986）反演中尺度對流系統內部平均之水平速度、水平輻散度和降水粒子垂直速度時，由於風場和降水強度在水平空間的不均勻分布，皆會造成反演結果的誤差。其中水平輻散度和粒子垂直速度的誤差是相互依存的。當風場和降水強度的水平分布為均勻一致時，或是水平輻散度和粒子垂直速度的誤差相互抵消時，利用EVAD方法求得之水平輻散度和粒子垂直速度代表雷達平均水平掃瞄面積的平均結果。為了要減低這種因水平不均勻性產生的誤差，本文提出一種利用簡單的雷達回波強度與粒子終端速度的關係式計算水平輻散度場誤差的偏移項，由誤差偏移項加以修正原來求得的水平輻散度場。此修正方法應用於梅雨鋒面雨帶的個案資料，結果顯示可大幅減少不均勻性風場和降水分布所產生的反演風場及相關運動場之誤差。本文首先使用一組理想的水平線性風場和圓形、線狀與橢圓形三種不同的降水型態，分析EVAD方法的誤差結構。結果顯示低仰角的雷達掃瞄策略所產生的誤差較小於高仰角的掃瞄策略；風速、總變形量及水平輻散的誤差大致隨降水中心與雷達距離的增加而減少；風向及伸展軸角度的誤差除了與降水中心距雷達遠近有關外，這兩種誤差會隨降水走向角度不同而產生變化。對於這三種不同的降水型態以線狀降水所產生的誤差為最大，其風速、風向角度、總變形量、伸展軸角度和水平輻散的最大可能誤差（速度以百分比，方向以角度）分別為12%、6.5°、32%、9°和15%。本文第二部份係利用TAMEX期間中正機場都卜勒雷達觀測資料，實際應用第一部份所發展的EVAD修正方法，分析1987年6月25日清晨通過臺灣北部濱海地區之鋒面雨帶系統其中尺度運動場的結構特徵，由修正後之水平輻散場向下積分計算得到之鋒面雨帶中尺度垂直速度場顯示低層4公里高度以下和高層7公里高度以上為上升運動，介在這兩層高度之間存在下降運動。此結果與雙都卜勒雷達分析結果相似，顯示修正之EVAD方法的可適用性。
並列摘要
Errors of Extended Velocity Azimuthal Display (EVAD) method are studied by using an idealized horizontal linear wind field with three different types of precipitation pattern, i.e., circular, elliptic, and linear, respectively. The results show that winds retrieved from low elevation angle scanning have less errors than that from high elevation angle scanning. Furthermore, errors of retrieved wind speed, resultant deformation and horizontal divergence fields decrease while the distance between the radar and the precipitation center increases. Errors of wind direction and orientation of axis of dilatation have periodic changes while the orientation angle of precipitation pattern is changed. In terms of three different precipitation patterns, errors of linear shape are the largest. The maximum errors of wind speed, wind direction, resultant deformation, orientation of axis of dilatation, and horizontal divergence for the linear precipitation pattern are 12%, 6.5°, 32%, 9°, and 15%, respectively.We have applied this method on TAMEX IOP13 Mei-Yu frontal rainband case. It is found the intensity and direction of retrieved prefrontal low-level jet (LLJ) is consistent with that observed by near-by sounding and the retrieved horizontal divergence and vertical motions are also consistent with that calculated from dual-Doppler analysis. It is shown that EVAD method is a powerful technique in retrieving horizontal winds and associated kinematic fields of mesoscale precipitation systems.