Spatially Variable Advection Correction of Doppler Radial Velocity Data
Spatially Variable Advection Correction of Doppler Radial Velocity Data
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多普勒径向速度数据的空间可变平流校正
DOI：
10.1175/jas-d-20-0048.1
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发表时间：
2021
影响因子：
3.1
通讯作者：
Potvin, Corey K.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shapiro, Alan;Gebauer, Joshua G.;Dahl, Nathan A.;Bodine, David J.;Mahre, Andrew;Potvin, Corey K.
减轻数据收集非同时性引起的分析误差的技术通常使用平流校正程序，该程序基于假设（冻结湍流），即所分析的场可以表示为水平平移中不变形式的模式。平流校正径向速度比反射率更难，因为即使矢量速度场满足这个假设，它的径向分量也不满足——但该分量确实满足二阶导数条件。我们将径向速度(r)的平流校正视为一个变分问题，其中二阶导数条件下的误差在空间可变模式平移分量（U，V）的平滑约束下最小化。推导了欧拉-拉格朗日方程，并建立了一种基于迭代轨迹的解，其中hu，V，和rare一起分析。分析代码首先使用分析数据进行验证，然后使用大气成像雷达（AIR）数据进行测试，这些数据来自2018年9月4日俄克拉荷马州埃尔里诺附近的强降雨带，以及2015年5月27日德克萨斯州加拿大附近的衰减龙卷风。在这两种情况下，与基于持久性、线性时间插值或使用constantUandV进行平流校正的分析相比，分析的<s:1>磁场具有更小的均方根误差和更大的相关系数。由于需要一些实验来获得适当的参数值，因此该程序更适合于非实时应用，而不是在操作设置中使用。特别是，在uandv的空间变异性的程度，以及相关的误差在分析中，在很大程度上依赖于一个平滑参数。
Techniques to mitigate analysis errors arising from the nonsimultaneity of data collections typically use advection-correction procedures based on the hypothesis (frozen turbulence) that the analyzed field can be represented as a pattern of unchanging form in horizontal translation. It is more difficult to advection correct the radial velocity than the reflectivity because even if the vector velocity field satisfies this hypothesis, its radial component does not—but that component does satisfy a second-derivative condition. We treat the advection correction of the radial velocity (υr) as a variational problem in which errors in that second-derivative condition are minimized subject to smoothness constraints on spatially variable pattern-translation components (U,V). The Euler–Lagrange equations are derived, and an iterative trajectory-based solution is developed in whichU,V, andυrare analyzed together. The analysis code is first verified using analytical data, and then tested using Atmospheric Imaging Radar (AIR) data from a band of heavy rainfall on 4 September 2018 near El Reno, Oklahoma, and a decaying tornado on 27 May 2015 near Canadian, Texas. In both cases, the analyzedυrfield has smaller root-mean-square errors and larger correlation coefficients than in analyses based on persistence, linear time interpolation, or advection correction using constantUandV. As some experimentation is needed to obtain appropriate parameter values, the procedure is more suitable for non-real-time applications than use in an operational setting. In particular, the degree of spatial variability inUandV, and the associated errors in the analyzedυrfield are strongly dependent on a smoothness parameter.
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