结合风廓线雷达的毫米波衰减特性初步研究

使用中国气象局大气探测综合试验基地35 GHz毫米波云雷达和L波段风廓线雷达2016年5月1日-7月31日在降水条件下的观测数据,根据不同观测模式下两部雷达得到的数据,计算在一定高度区间内不同下落速度的降水粒子反射率因子变化量,初步分析不同下落速度的降水粒子对毫米波衰减的影响。结果表明:在持续时间较长的层状云降水且降水粒子在雷达观测范围内均匀分布条件下,毫米波衰减与降水粒子下落速度呈近似线性关系,且毫米波经过的路径长度越长,衰减越大;毫米波在经过1110~2430 m,1110~3510 m的高度区间时,下落速度处于3.5~7.5 m·s-1之间的降水粒子对毫米波的衰减作用导致毫米波云雷达所测的等效反射率因子分别减小约1~7 dB和2~11 dB。     

“711”气象雷达

测雨雷达是利用云滴、雨滴、雹粒、雪片等对电磁波的散射作用,来探测云、雨、雪、雹的。当从雷达天线发射出去的电磁波在云、雨中传播时,云滴,雨滴、雹粒、雪片等对电磁波的散射作用,使一部分电磁波能量返回到雷达天线并被接收下来。这时在雷达显示器的荧光屏上就出现了许多明亮的图象,这就是云、雨、雪、雹的回波图象。所以用测雨雷达可以随时提供几百公里范围内云和降水的分布和结构的气象情报。     

降水强度影响713雷达探测距离的理论估计

引言 电磁波在降水中传播时,由于降水质点的吸收和散射,造成了电磁波的衰减,缩短了雷达探测距离,致使观测到的回波图象发生畸变,回波中心与真实的强降水中心不一致,强回波中心会偏向雷达站一侧。相同的雨强对不同波长的雷达以及不同的雨强对相同波长的雷达影响程度都不相同。那么,不同的降水强度对713雷达探测距离的影响如何?本文从理论上对这一问题作了估算,这对正确应用这种雷达作出降水预报和进行回波分析都具有实用价值。     

降水强度影响713雷达探测距离的理论估计

引言 电磁波在降水中传播时,由于降水质点的吸收和散射,造成了电磁波的衰减,缩短了雷达探测距离,致使观测到的回波图象发生畸变,回波中心与真实的强降水中心不一致,强回波中心会偏向雷达站一侧。相同的雨强对不同波长的雷达以及不同的雨强对相同波长的雷达影响程度都不相同。那么,不同的降水强度对713雷达探测距离的影响如何?本文从理论上对这一问题作了估算,这对正确应用这种雷达作出降水预报和进行回波分析都具有实用价值。     

上海浦东X波段双线偏振雷达衰减订正效果分析北大核心CSCD

降水对X波段雷达电磁波的显著衰减,造成了回波弱化现象,带来了定量应用不准确的问题。为了减轻降水衰减对雷达数据的影响,用Z-K_(DP)(反射率因子-差分传播相位常数)方法对上海浦东气象局的X波段雷达反射率因子进行订正试验,具体方案为:当K_(DP)≥0.3°·km^(-1)时,用K_(DP)的值进行订正;当K_(DP)<0.3°·km^(-1)时,使用雨滴谱拟合A(衰减系数)和Z间的经验公式做衰减订正。选取对流性降水个例(2020年9月17日)和稳定性降水个例(2021年2月26日)进行衰减订正试验,经过衰减订正和系统偏差订正后,X波段雷达反射率因子与S波段雷达的反射率因子大小相当,回波形态相似,验证了该订正方法适用于对流性降水和稳定性降水的X波段雷达反射率因子的衰减订正。     

小旋转椭球粒子群的微波衰减系数与雷达反射率因子之间的关系

通过模拟及取样导出了小旋转椭球粒子群旋转轴呈 3种不同取向 ,而入射电磁波分别为水平发射水平偏振波及水平发射垂直偏振波时的衰减系数与雷达反射率因子之间的关系 ,获得 3种波长的具体表达式 ,并对结果作了物理分析。所得结果可直接用于雷达定量测量降水时的衰减订正。     

结合毫米波雷达提取降水条件下风廓线雷达大气垂直速度的研究

风廓线雷达主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用,在晴空条件下对大气风场等进行探测。在降水天气下,风廓线雷达能同时接收到大气湍流回波和雨滴的散射回波信号,其探测到的回波功率谱中降水信号谱和大气湍流信号谱叠加在一起,使得大气的运动被雨滴的运动信息所掩盖,给后续的大气风场反演带来误差。而毫米波云雷达在降水天气下仅能探测到云雨粒子的回波而无法探测到大气湍流回波,基于这一差异结合毫米波云雷达资料对风廓线雷达功率谱数据进行订正,剔除其中的降水回波信息,进而获取正确的大气运动垂直速度。通过一次典型弱降水天气过程的雷达资料对该方法进行了可行性验证,并将计算得出的大气垂直速度与传统双峰法提取的大气运动垂直速度及原始风廓线雷达垂直速度进行了对比分析,显示在弱降水天气下该方法能有效消除降水对风廓线雷达垂直速度测量的影响,提高弱降水天气下测速准确率,并且在湍流谱极其微弱的情况下该方法也能准确地获取到大气运动垂直速度信息。但是云雷达回波在降水时会有衰减,虽然是弱降水也会导致在高层距离库上的订正效果变差,故目前只适用于弱降水时低距库处的降水订正。      

风廓线雷达资料的应用:质量评估

利用FNL全球再分析资料(Final Operational Global Analysis)、探空资料对2019年6—9月位于中国华北地区20个站点共5种型号(CFL-06、GLC-24、TWP8-L、CFL-03、CLC-11-D)的边界层风廓线雷达资料进行了质量评估。结果表明:各型号雷达均具有较强的探测能力,但不同雷达在水平风资料数据获取率以及有效探测高度上差异极大。不区分天气状况时,所有型号雷达均为V风质量优于U风质量。TWP8-L雷达U风测风质量相对最佳,CFL-03雷达紧随其后,GLC-24雷达U风测风质量最差,V风质量则差异不大,U风数据使用前需进行偏差订正以及质量控制。风廓线雷达观测对于降水较为敏感,降水使各型号雷达数据获取率在底层减小,中高层增加,增幅最大达到53％,但探测能力加强并不代表测风质量增加,统计结果表明降水是造成U风平均误差以及均方根误差较高的重要原因,其中,GLC-24、CLC-11-D雷达对降水最为敏感,降水状态相较于非降水状态均方根误差增幅均达到了5.5 m/s以上,降水情况下的U风及V风资料需进行进一步质量控制才可使用。     

做好电磁波的辐射防护

天气雷达和测风雷达是比较先进的探测工具,在观测台风、暴雨、冰雹等重大天气过程和收集高空气象资料等方面发挥着重要的作用。雷达是通过发射高频电磁波并接收从目标物散射回来的电磁波来进行工作的。如何做好对电磁波辐射的防护,保障与高频电磁波接触人员的身体健康,是个值得引起重视的问题。     

边界层风廓线雷达测风精度分析

利用CLC-11-D型边界层风廓线雷达的5波束观测数据,对比分析了晴空、稳定性降水和对流性降水等不同类型气象条件下边界层风廓线雷达测风的准确性,并对2016年3月1日—2017年2月28日共计7300时次的晴空观测资料进行了测风质量评估,得出结论如下:在晴空条件下大气均匀稳定,水平风速和风向测量精度要优于稳定性降水和对流性降水天气,降水出现前后环境大气扰动较大是导致稳定性降水和对流性降水天气下测风精度较差的原因;150 m以下近地层高度的测风质量较差,与地杂波干扰较强有关;夏季有效探测高度最高可达6300 m左右,春秋季有效探测高度比较接近,分别为2000 m和2500 m左右,冬季有效探测高度最低,仅为1100 m左右;4个季节测风质量评估达标高度分别为900、4000、2200 m和1100 m,大气环境的湿度条件和水平风速、风向标准差的波动是影响测风质量评估的重要因素。     

C—波段测风一次雷达原跟踪特性及其应用前景

利用我国研制的第一部Ｃ－波段测风一次雷达样机在成都和郑州试验现场取得的大量测试和施放记录，对该雷达跟踪固定目标的静态特性和活动目标的动态特性作了进一步统计分析。结果表明，在跟踪固定目标时，该雷达有很高的跟踪精度；在跟踪实际活动反射靶时，跟踪数据的离散度比跟踪固定目标时大，并指出，采用适当的滑动平均措施减小原始数据的离散度，并选择合适的计算水平风的时间间隔，就可获得精度高而层结精细度合适的高空风廓线     

714C天气雷达冬季测雪的分析与实践

从雪对电磁波的散射和衰减入手，定性分析了714C天气雷达的测雪能力，以2000年冬季测雪实践为例，总结了乌鲜果昌机场714C天气雷达测雪的一般特点。     

风廓线雷达测风精度评估

采用风廓线雷达5波束探测模式的数据对测风精度进行评估分析,用垂直波束和其中两个相邻倾斜波束的探测数据构成一对计算因子,通过对同一距离高度上的4对计算因子进行误差分析,评估风廓线雷达的测风精度,得到水平风在垂直指向连续高度上的精度。对北京延庆CFL-08风廓线雷达2010年3,6,9,12月4个典型代表月份逐日连续探测资料进行了处理分析,结果表明:该雷达满足风速误差不大于1.5 m·s-1、风向误差不大于10°探测精度要求的最大探测高度6月、9月为8 km,3月、12月为6 km,基本符合该雷达探测高度的设计要求。信噪比、大气风场的不均匀性是影响雷达测风精度的主要因素:信噪比影响了高空的测风精度,-15 dB可以作为判断雷达测风可信数据最大探测高度的阈值;晴空大气出现的风场不均匀性对风廓线雷达的测风精度影响不大,降水出现时环境风场不均匀性造成水平风向、风速的测量误差较大,不能满足测风精度要求,特别是对流性降水发生前的1~2 h,水平风向、风速的方差增长迅速,可以作为强降水出现的预警指标。     

C-波段测风一次雷达的跟踪特性及其应用前景

利用我国研制的第一部Ｃ－波段测风一次雷达样机在成都和郑州试验现场取得的大量测试和施放记录，对该雷达跟踪固定目标的静态特性和活动目标的动态特性作了进一步统计分析。结果表明，在跟踪固定目标时，该雷达有根高的跟踪精度；在跟踪实际活动反射靶时，跟踪数据的离散度比跟踪固定目标时大，并指出，采用适当的滑动平均措施减小原始数据的离散度，并选择合适的计算水平风的时间间隔，就可获得精度高（如１ｍ／ｓ）而层结精细度合适的高空风廓线。     

雷达回波综合图分析应用三例

一、雷达综合图作暴雨 预报的若干统计 当测站四周出现中等以上降水时,由于电磁波的严重衰减,雷达探测距离大大缩短,预报时效受到限制。此时雷达综合图能弥补单部雷达的这一弱点,提供上游地区回波演变的情况,不但延长了预报时效,也提高了短时预报的准确率。下面介绍我们运用综合图的若干分析统计。 1.回波区域的划分及其与本区降水的关系 我们结合地形特点,将对本区降水有影响的上游回波活动范围分成四个区域,即0区、1区、2区、3区(附图)。并规定,凡综合图的上述划定区     

风的空间不均匀分布对风廓线雷达数据质量影响研究

风廓线雷达基于均匀风场假定条件计算水平风,在不考虑雷达系统测量误差的情况下,探测波束内风的不均匀性是影响雷达数据质量的主要因素。通过5波束风廓线雷达计算出两组独立的水平风分量Ue、Uw和Vn、Vs,利用旋转坐标系方法将风的水平速度不均匀分布和垂直速度水平不均匀分布对雷达测风的影响进行分离,对北京延庆CFL-08风廓线雷达2012年全年数据进行时间一致性平均质控处理,针对一小时分辨率数据分析了两种不均匀对测风数据质量的影响程度。结果表明：(1) 雷达波束空间内的水平不均匀和垂直不均匀对水平风测风数据的质量均有影响,影响程度与风速大小有关;(2) 晴空条件下垂直速度较小,水平不均匀是影响测风质量的主要因子,水平不均匀与垂直不均匀对测风质量影响比约为2:1;(3) 降水期间水平不均匀和垂直不均匀程度均大于晴空,二者对测风质量影响比约为1:1。本文分别分析了晴空和降水情况下风的空间不均匀分布对测风质量影响的可能原因,是改进水平风数据质量算法的预研究。     

机载测雨雷达两种反演方法的优化和综合利用的模拟研究

由于机载雷达的天线不能做得太大，如果想获得一个较好的束向分辨率，就不得不使用X波段的频率，而该波段的电磁波穿过雨区时会受到衰减，直接利用视反射率进行降水反演就会产生很大的误差，因此，衰减效应必须进行校正。两种降水反演方法——立体雷达方法和双束算法，在实际的反演中各有优缺点。立体雷达方法对边界条件要求高，而双束算法在雨团中心雨强大处会有较大的误差。引入权重因子后的立体雷达方法－双束算法(综合算法)能充分发挥两种方法的优点，从而更具适用性和准确性。     

雷达反射系数的实时校正

一、引言 如何提高测雨雷达定量测定降水的精度,是充分发挥雷达功能的一个重要课题,而实时校正雷达反射系数正是改善定量测定降水精度的一种有效的方法。     

雹云低层入流区的测定和雷达判别

本文应用701测风雷达跟踪垂直气流仪,入云探空气球和711测雨雷达跟踪小块积云回波等办法,测示了雹云低层入流资料,证明了无回波区内有辐合上升气流存在。配合相应雷达回波资料,研究了雹云低层入流区的雷达判别方法。     

湖南夏季个体积云降水强度的雷达测定

一、引言 利用雷达定量测量降水在国外已作过大量的研究和实验,近几年来国内也有不少这方面的探讨。目前我国大多数气象台站使用的是711型天气雷达。由于这种雷达波长短,回波受降水的衰减较大,特别是特大暴雨时可以使雷达探测不到目标物,因而不适合在雨强很强和降水范围很大时测定降水。在云物理研究和夏季积云人工影响天气试验中,无更优的雷达可供使用之前,还得利用