地物微波反射率特性的研究

本工作对于地物微波反射率特性进行了原理和实验的研究。为此研制了微波反射率仪,讨论了近场反射过程中的微波辐射传输,对于X波段的地物微波反射率特性进行了测量,包括水、砂土、水面油污等,测量结果和理论预期是符合的。本文讨论了反射率特性及其在微波遥感中的应用。     

微波辐射率仪和地物微波辐射率

根据微波辐射传输的特性,研制了微波辐射率仪,它可以隔离外界的干扰,用以研究不同因子对于地物微波辐射率的作用。微波辐射率仪由微波辐射计、辐射室和样品箱三部分组成。本文介绍了它的测量原理;在实验中对于微波辐射率仪的可靠性、稳定性及其精度进行了检验,结果证明其性能是好的,可在地物微波辐射率测量中使用。在实验中,进行了8.5mm和3.2cm波段地物(水、土壤)微波辐射率的测量,并分析其结果。     

基于微波链路的雷达回波衰减订正个例分析

降雨对微波的衰减作用在雷达探测和信号通信中有着不可忽略的影响。本文利用近年来出现的微波链路测量新方法,研究了利用微波链路进行天气雷达回波衰减订正的方法。微波链路可以直接获取传播路径上的总衰减,基于此建立衰减订正的约束条件,并利用前向迭代法对天气雷达回波进行逐库订正。首先从现有衰减订正的理论出发,通过确定微波链路衰减参考值、雷达衰减订正算法和衰减系数,建立基于微波链路的天气雷达衰减订正模型;搭建9.47GHz微波链路测量试验系统,对X波段雷达进行衰减订正试验。针对一次个例进行分析,与自动雨量站同步对比观测试验表明:订正后的雷达反射率因子明显高于雷达实测反射率因子;订正后雷达估测的降雨量与自动雨量站的观测差值减小;累积降雨量绝对偏差由-6.11mm减小到1.04mm,相对偏差由0.99%减小到0.17%;订正后估测的降雨强度与雨量计的相关性得以提高。该订正算法主要通过对参数的调整,使得k-Z关系更符合实际,从而提高了探测精度,验证了该方法的可行性与准确性。     

大气微波辐射及其在气象上的应用

微波通常是指波长为1毫米到30厘米范围内的电磁波。微波技术在气象探测上有着重要的应用。早在五十年代,就已经开始将微波气象雷达用于探测台风、雷暴、冰雹等灾害性天气,随着科学技术的发展,又相继出现了用于测风、测雨、测云中气流以及测量晴空大气湍流的各种气象雷达。气象雷达的特点是利用雷达发射机,人为地产生功率很强的微波辐射,通过对气象目标回波特征的分析,了解探测对象的运动状态和物理特性。这种探测方法,在气象上叫做主动式探测。 另一方面,自然界里的各种物     

张培昌教授学术论文整理与分类研究

张培昌教授是著名的雷达气象专家,是我国天气雷达发展过程(尤其是在我国新一代天气雷达建设)中的参与者和主要倡导者。初步整理张培昌教授已发表的论文106篇,内容涵盖张教授及其团队重点研究的方向有:雷达气象领域中天气雷达组网拼图与定量估测降水、雷达气象方程与衰减订正、雷达数据反演产品及应用、大气折射指数与雷达数据质量控制和降水粒子微波特性研究等。本文介绍张培昌教授论文整理和分类研究初步结果,对张教授论文发表时间特征、论文内容分类特征以及论文作者群体特征进行了分析,希望此工作能有助于张教授的《张培昌雷达气象文选》早日出版。该文选的出版将帮助我们了解张教授对我国天气雷达和雷达气象学发展所做的贡献,有助于我们学习张教授的科研和教学经验,为我国天气雷达和雷达气象的进一步发展做出更大的贡献。     

微波高度计测高的大气订正新算式

为了获得较为精确的微波高度计测量，必须进行大气订正。本文选用雅浦、关岛、广州和上海四站的探空资料，精确地计算了分别由干空气和水汽造成的订正值。在此基础上我们使用回归方法建立了干空气和水汽订正的新算式。将我们的新算式与他人的算式比较分析表明，我们的水汽订正算式是普适的；干空气订正项需考虑地理气候因素；本工作的定量结果比已发表的其他工作结果具有更高的精度。     

一种改进的气温资料超短序列订正方法

气象观测资料是一切气象工作的基础.已有的气象观测网为我们提供了宝贵的资料,但仍不能满足气象业务和服务的需要.因此必须通过短期气候考察来获取更多的信息(主要是在特殊地形条件下).长期以来不少气象工作者对短期气候资料的订正、延长等做了大量的尝试,取得了明显的成效.本文试图对气温资料超短序列订正的传统作法进行一些改进,使订正的效果更加精确.1 传统的订正方法气温资料超短序列的订正是实际工作中最为常见的问题.传统订正方法的主要思路是按逐日总云量分成晴昙阴三种情况,考察不同云天状况下基本站与订正点之间的温度差异,根据全概率公式进行订正.在具体运用中我们发现,有时(特别是夏季)用这种方法进行订正有一定的误差.     

我国Ka频段降水测量雷达机载校飞试验结果

2010年6—10月在天津与江苏地区开展了国内首次Ku/Ka频段星载降水测量雷达机载校飞试验。此次校飞试验获得了宝贵的机载雷达观测数据和地面、海面同步观测数据,目前已开展了外定标、数据对比与衰减订正等工作。该文给出了天津校飞试验中Ka频段降水测量雷达实测结果,对Ka频段降水测量雷达资料与天津地区S波段地基多普勒雷达资料进行了详细的对比分析,有利于更好地了解Ka频段降水测量雷达仪器本身的性能及其探测降水的能力;利用由GPS探空资料、地基多通道微波辐射计观测亮温结合微波辐射传输模式得到的雷达路径积分衰减量,对Ka频段降水测量雷达进行了衰减订正,为继续开展降水反演工作奠定了基础。     

应用6S模式对EOS-MODIS可见光到中红外波段的大气订正

应用6S辐射传输模式对MODIS可见光到中红外波段的反射率进行大气订正，订正过程分两步进行:首先设定地表为朗伯体，再应用二向反射模型BRDF进行订正，订正结果与美国MODIS研究组应用MAS实验结果进行比较表明，两者变化趋势是一致的；经过臭氧、水汽、气溶胶等散射吸收订正，对于一定范围的反射率，大气订正使植被区红光波段反射率ρ₁降低、近红外波段反射率ρ₂增加，蓝光波段反射率ρ₃降低；大气订正后，归一化植被指数I_NDV较大气订正前有所增加，增加的最大值为0.104，抗土壤-大气植被指数IEV值略有减小，减小的最大值为0.005。     

711雷达测定回波数据订正的方法

本文根据有关实验和理论,提出了如何将711雷达上所测得的回波功率分贝值,订正到能够使用雷达气象方程进行计算的回波功率分贝值的一些方法。     

球锥扁椭球冰粒后向散射实验与DDA计算研究

采用实验室观测和DDA法理论计算，分别获得了球锥扁椭球形冰粒对3.2、5.6和10.7cm三种波长极化波的后向散射特性数据。结果表明，测量资料和计算数据具有很好的一致性。球锥扁椭球形冰粒的后向散射截面大小不仅依赖于其尺寸（等容半径）而且受其形状影响，“差反射率雷因子ZDR”与粒子形状参数“水平-垂直尺度比”呈很好的线性正相关。这是利用双偏振雷达探测识别球锥扁椭球形冰雹的依据。     

多普勒天气雷达资料对中尺度模式短时预报的影响

利用中尺度模式ARPS(The Advanced Regional Prediction System)及其资料分析系统ADAS(ARPS Data Analysis System),将国内新一代多普勒雷达(CINRAD)反射率及径向风资料直接用于中尺度数值模拟,通过一次华北地区暴雨过程的模拟对比试验,分析了雷达资料对初始场的改进效果及其对模拟结果的影响,结果表明:(1)利用雷达径向风资料对初始风场进行调整后,自近地面到对流层顶的u,v,w都发生了变化,调整后的初始风场在对流层中层变化最大.(2)利用雷达反射率进行微物理调整和云分析能调整初始场中的云水信息,使得雷达回波附近3 km以下的水汽混合比(qv)增加,4 km以下的雨水混合比(qr)增加,对流层(约10 km以下)的云水混合比(qc)增加,4～9 km的对流层上部云冰混合比(qi)和雪混合比(qs)增加.ADAS通过非绝热初始化调整温度场,从而得到了一个动力和热力上平衡的初始场.(3)模拟的1 h雨量与实况的对比表明,同时利用雷达反射率和径向风改进过的初始场能明显增强3 h内的降水强度和落区预报,改善中尺度数值模式短时定量降水预报.模拟的1 h流场对比分析表明,经雷达径向风调整后,能够在初始场中增加气旋性涡旋等中小尺度风信息,明显减少模式的spin-up时间.(4)通过对雷达径向风和反射率对模式初始场和模拟结果影响的对比分析发现,雷达径向风主要是改进初始风场,而雷达反射率主要是改进初始场中的湿度参数,增加初始场中云水等的含量,调整温度场.通过模拟的6 h降水对比发现,利用雷达径向风调整初始场后,对降水模拟有一定的改进,但效果不甚明显,而雷达反射率资料对定量降水预报改进效果明显,同时使用雷达径向风和反射率资料改进初始场后对降水的模拟效果最明显.     

RTTOV散射模块在FY-3 MWHS资料同化中的应用

一直以来,受同化系统中观测算子的限制,云区的卫星微波观测资料在使用时都常会做晴空假设,只考虑大气的吸收作用而忽略散射作用,从而会造成对大气中水汽含量的高估。为了克服这一缺点,文中设计了RTTOV微波散射模块在WRF 3DVAR系统中的应用方案,使得计算辐射能衰减的同时考虑大气的散射作用,并在此基础上通过4组试验进行了风云3 A星微波湿度计亮温以及多普勒雷达反射率因子的同化研究对比。结果表明：RTTOV微波散射模块的引入,能有效抑制晴空辐射模块对大气水汽含量的高估。若先同化雷达反射率因子后再继续同化卫星资料,会发现同化雷达后,同化区域内大气水凝物含量明显增加,受此影响同化卫星资料时大气的散射作用也会随之增大。并且雷达同化区域覆盖率越大,对降水预报的改善效果也愈明显。     

非常规探测资料在一次非典型暴雨过程中的应用

利用漳州市地面加密自动站、多普勒天气雷达、风廓线雷达和微波辐射计等非常规探测资料,分析了2020年9月19日漳州市一次非典型暴雨过程期间各探测资料的演变特征.结果表明:此次过程是高空槽东移引导地面冷空气快速南下与低层偏南暖湿气流交汇并持续对峙引发的;在强降水时段,雷达组合反射率因子40dBz以上强度的水平范围大,在垂直...     

LABORATORY STUDY ON MICROWAVE REMOTE SENSING OF GROUND TRUTH

In order to improve the interpretation of the earth system microwave remote sensing, the research of microwavespectrum characteristics of the ground truth (earth objects) was carried out in laboratory. A laboratory formicrowave remote sensing of the earth objects has been constructed to improve the remote sensing level, thelaboratory consists of four parts: the measuring system of dielectric constants, the microwave emissivity meter,the microwave reflectometer and the microwave remote sensing simulation experiment in field. In this paper,the principle of measurement, the correction of near field process, the structure of instrument, the calibrationmethod and the measurement of the earth substances, including soil, water and oil, are discussed. The labora-tory may supply the condition for measuring the parameters of thc earth substance remote sensing and help tointerpret the remote sensing data.     

LABORATORY STUDY ON MICROWAVE REMOTE SENSING OF GROUND TRUTH*

In order to improve the interpretation of the earth system microwave remote sensing,the research of microwave spectrum characteristics of the ground truth (earth objects) was carried out in laboratory.A laboratory for microwave remote sensing of the earth objects has been constructed to improve the remote sensing level,the laboratory consists of four parts:the measuring system of dielectric constants,the microwave emissivity meter,the microwave reflectometer and the microwave remote sensing simulation experiment in field.In this paper,the principle of measurement,the correction of near field process,the structure of instrument,the calibration method and the measurement of the earth substances,including soil,water and oil,are discussed.The laboratory may supply the condition for measuring the parameters of thc earth substance remote sensing and help to interpret the remote sensing data.     

闪电定位和雷达观测资料在云分析中的应用及数值试验

本文针对2016年6月山西、山东地区一次强对流活动,通过GRAPES（Global/Regional Assimilation andPrediction Enhanced System）云分析系统融合了多普勒雷达反射率三维组网拼图资料和ADTD（Active DirectoryTopology Diagrammer）闪电定位资料,对模式初始场的云水、云冰等云微物理变量进行了调整和分析,并对这次强对流过程设计了3组数值试验。结果表明:（1）云分析系统在加入雷达反射率资料以后,能在模式初始场中较准确的计算模式的初始水物质;（2）闪电定位资料转换成的替代雷达反射率对原有的雷达反射率有一定的补充作用,使模式的初始场与真实状况更接近;（3）从模式降水的角度看,在加入雷达资料以后,GRAPES云分析可以显著提高6小时以内降水的模拟效果,而闪电定位资料的加入,对中雨以上量级的降水模拟有进一步的改进作用。     

AMSU微波探测资料同化的质量控制方法概述

微波相比红外、可见光等卫星探测方式有能够穿透薄云的优点,同化微波探测资料能明显改进数值预报模式初始场。由于观测算子在云、降水粒子及性质复杂下垫面等因素影响下模拟辐射传输过程不准确,以及资料的观测误差较大等原因,实际同化应用时必须对微波探测资料加以认真筛选。为充分发挥探测资料作用并保证同化分析效果,在同化AMSU微波探测的研究中,很多机构和学者建立了散射指数、降水检测等质量控制方法,用来剔除观测算子不能准确模拟的观测。研究表明,资料同化过程中引入质量控制能起到改善同化效果,提高数值天气预报准确率的作用。但是,对于各种质量控制方法的原理和使用条件目前尚无完整的分析,使得各业务研究单位使用的质量控制方案差别较大。文章针对AMSU微波探测资料同化,在分析同化误差来源的基础上,总结了散射指数、降水概率、下垫面类型检测等质量控制方法,并简单讨论了质量控制的发展方向。     

任意基线雷达反射率因子垂直剖面生成算法

该文提出了一种基于雷达体扫资料的任意基线雷达反射率因子垂直剖面的生成算法。在计算雷达反射率因子垂直剖面上的格点在雷达极坐标中的仰角、方位和斜距位置后, 采用径向、方位上的最近邻居和垂直方向的线性内插相结合的客观分析方法得到格点上的反射率因子分析值。在垂直线性内插时分别用dBZ值和Z值 (单位: mm6/m3) 进行插值。结果表明:用该方法得到的雷达反射率因子垂直剖面从回波强度和空间位置来看都是合理的; 当采用垂直线性内插时, 用dBZ值插值比用Z值插值得到的雷达反射率因子垂直剖面在空间分布上更连续, 反射率因子分析值总体上更接近观测值; 低仰角的插值效果比高仰角的好。