Wykorzystanie disdrometru laserowego do kalibracji obrazów pochodzących z radarów opadowych na przykładzie Warszawy

• Autorzy: Licznar P. , Siekanowicz-Grochowina K.

Warianty tytułu

EN

Application of laser disdrometer to weather radar image calibration in the example of Warsaw

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Problemy związane z eksploatacją przeciążonych systemów kanalizacji ogólnospławnej w największych miastach w Polsce wymuszają rozwój systemów sterowania nimi w czasie rzeczywistym (RTC), jak również skłaniają do postępu w modelowaniu hydrodynamicznym miejskich systemów odwadniania. Praktyczne wdrożenie tych działań w dużych aglomeracjach wymaga dostępu do nowego źródła informacji o strukturze przestrzenno-czasowej pól opadowych. Można to obecnie osiągnąć jedynie przez wykorzystanie techniki radarów opadowych, jednakże najpierw potrzebne jest wypracowanie skutecznych technik kalibracji sygnałów radarowych. Mając to na uwadze zbadano możliwość zastosowania disdrometru laserowego OTT Parsivel2 do konwersji odbiciowości radarowej (Z) na natężenie opadów (R). Analizie poddano zbiory pomiarowe z 2013 r. zarejestrowane przez disdrometr zainstalowany w Warszawie (Polska). Zależności Z–R opracowano przy różnych rozdzielczościach czasowych w zakresie od 10 s do 10 min. Wykazano, że zależności Z–R mają typową strukturę zależności potęgowych, a ich parametry (a=155 i b=1,53), wyznaczone przy wyjściowej rozdzielczości czasowej 10 s były zbliżone do najczęściej publikowanych parametrów zależności w przypadku opadów atmosferycznych zdominowanych przez deszcze. Ponadto zauważono wyraźną zmianę parametrów zależności Z–R przy zmieniającej się rozdzielczości czasowej analizy. Zwiększenie wartości parametru a i jednoczesny spadek wartości parametru b był obserwowany wraz z wydłużającym się czasem rozdzielczości czasowej prowadzonych badań. Zjawisko to może być tłumaczone uśrednianiem wartości Z i R przy wydłużających się oknach czasowych analizy.

EN

Exploitation problems with overloaded combined drainage systems in the biggest cities of Poland prompt development of the Real Time Control (RTC) systems as well as encourage progress in hydrodynamic modelling of urban drainage systems. Practical implementation of these activities in big agglomerations requires access to a new source of information about spatio-temporal structure of rainfall fields. Currently, this could be only achieved by implementation of weather radar techniques. A prerequisite here, however, is the development of effective radar signal calibration techniques. With this in mind, a possibility of laser disdrometer OTT Parsivel2 application to conversion of radar reflectivity (Z) into precipitation rate (R) was explored. The observational sets from year 2013 recorded by the disdrometer installed in Warsaw, Poland were analyzed. Z–R relationships were determined at various time resolutions in the range from 10 s to 10 min. A typical power-law relationship was found to describe them, while their parameters (a=155 and b=1.53), obtained at the initial time resolution of 10 s, were at the level of those most often published for rainfall-dominated precipitations. Moreover, a significant shift in Z–R parameters was noticed with changing temporal resolution of the analysis. An increase in the parameter a with simultaneous decrease in the parameter b was observed when extending the time of temporal study resolution. The phenomenon could be explained by averaging of Z and R values when extending temporal windows of resolution.

Słowa kluczowe

PL

odbiciowość radarowa; zależność Z–R; hydrologia miejska; modelowanie pól opadowych

EN

radars reflectivity; Z-R relationship; urban hydrology; precipitation field modelling

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 37, nr 2
• Strony: 11--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Licznar P.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

autor

Siekanowicz-Grochowina K.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Wybrzeże S. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• 1. A. KOTOWSKI: Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenów. Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2011.
• 2. P. LICZNAR, B. SZELĄG: Analiza zmienności czasowej opadów atmosferycznych w Warszawie (Temporal variability analysis of atmospheric precipitation in Warsaw (Poland). Ochrona Środowiska 2014, vol. 36, nr 3, ss. 23–28.
• 3. P. LICZNAR, C. de MICHELE, W. ADAMOWSKI: Precipitation variability within an urban monitoring network via microcanonical cascade generators. Hydrology and Earth System Sciences 2015, Vol. 19, No. 1, pp. 485–506.
• 4. A. BERNE, G. DELRIEU, J.D. CREUTIN, C. OBLED: Temporal and spatial resolution of rainfall measurements required for urban hydrology. Journal of Hydrology 2004, Vol. 299, pp. 166–179.
• 5. A. GIRES, C. ONOF, C. MAKSIMOVIC, D. SCHERTZER, I. TCHIGUIRINSKAIA, N. SIMOES: Quantifying the impact of small scale unmeasured rainfall variability on urban hydrology through multifractal downscaling: A case study. Journal of Hydrology 2012, Vol. 442–443, No. 6, pp. 117–128.
• 6. A. GIRES, I. TCHIGUIRINSKAIA, D. SCHERTZER, S. LOVEJOY: Multifractal analysis of an urban hydrological model on a Seine-Saint-Denis study case. Urban Water Journal 2013, Vol. 10, pp. 195–208.
• 7. Thames Tideway Tunnel (TTT): Needs Report, Appendix B, Report on Approaches to UWWTD Compliance in Relation to CSO’s in major cities across the EU, 2010 (http://aim.prepared-fp7.eu/viewer/doc.aspx?id=28).
• 8. D.E. RUPP, P. LICZNAR, W. ADAMOWSKI, M. LEŚNIEWSKI: Multiplicative cascade models for fine spatial downscaling of rainfall: Parameterization with rain gauge data. Hydrology and Earth System Sciences 2012, Vol. 16, pp. 671–684.
• 9. B. JAKUBIAK, P. LICZNAR, S.P. MALINOWSKI: Rainfall estimates from radar vs. raingauge measurements. Warsaw case study. Environment Protection Engineering 2014, Vol. 40, No. 2, pp. 162–170.
• 10. P. LICZNAR: Disdrometr laserowy – nowe narzędzie pomiarowe opadów atmosferycznych dla potrzeb inżynierii środowiska. Gaz, Woda i Technika Sanitarna 2007, nr 4, ss. 10–12.
• 11. G. VILLARINI, W.F. KRAJEWSKI: Review of the different sources of uncertainty in single polarization radar-based estimates of rainfall. Surveys in Geophysics 2010, Vol. 31, No. 1, pp 107–129.
• 12. Present Weather Sensor OTT Parsivel2. Operating instructions, document 70.210.001.B.E OTT Hydromet GmbH, 2015 (http://www.tecnologiayambiente.com.ar/wp-content/uploads/Manual_Parsivel2.pdf).
• 13. M. STEINER, J.A. SMITH, R. UIJLENHOET: A microphysical interpretation of radar reflectivity–rain rate relationships. Journal of the Atmospheric Sciences 2004, Vol. 61, pp. 1114–1131.
• 14. J.S. MARSHALL, W. Mc K. PALMER: The distribution of raindrops with size. Journal of Meteorology 1948, Vol. 5, pp. 165–166.
• 15. J.S. MARSHALL, R.C. LANGILLE, W. Mc K. PALMER: Measurement of rainfall by radar. Journal of Meteorology 1947, Vol. 4, pp. 186–192.
• 16. N. DOTZEK, K.D. BEHENG: The influence of deep convective motions on the variability of Z–R relations. Atmospheric Research 2001, Vol. 59–60, pp 15–39.