热带测雨卫星的星载雷达和地基雷达探测云回波强度及结构误差的模拟分析

为了揭示热带测雨卫星上的测雨雷达热带测雨卫星的星载雷达与X波段多普勒雷达在探测云的反射率因子的大小和结构方面的差异 ,用散射模式和数值模拟的方法讨论了这两种雷达的波长、雷达波入射方向、波瓣宽度等参量对反射率因子的大小和结构的影响 ,并利用所得结果讨论了两种雷达实际观测的差异。结果表明 :雷达波长和入射方向的不同引起的两种雷达测量的反射率因子的差异在 2 .0dBz以内 ,TRMMPR可在强回波中心探测到更大的反射率因子 ,并在很大程度上平滑了回波的结构 ,在强回波和弱回波区分别低估和高估 3～ 5dBz,造成了观测的云的面积增大、平均回波强度减小、面积积分降水量增大。这些理论结果还不能完全揭示两种雷达实际观测结果的差异 ,看来星载雷达和地基雷达探测结果的对比问题很复杂 ,其中雷达波的衰减问题是必须考虑的。     

711雷达观测及摄取回波资料方法的探讨

本文根据有关资料，结合作用多年的实践经验，对711雷达的探测内容、探测方法等进行了全面论述。文中介绍了最基本的观测内容，强调了雷达回波与其他有关资料相配合的问题。详细介绍了整个探测程序，特别指出了探测过程中容易出现的一些问题和可能遇到的困难，并根据711雷达的性能及雷达气象学原理，提出了解决方法和建议。文章着重讨论了回波资料的摄取方法，按照不同性质的降水回波或不同拍摄目的。分门别类做了介绍。     

《711》雷达测雨能力的分析

711雷达已经广泛使用,它在许多方面发挥了积极的作用;但是,在不同的距离上,711雷达究竟有多少雨探测不到?对不同范围的雨强,711雷达比较有效的作用距离又有多大?雨的衰减作用对它的探测能力究竟能够影响到什么程度?这是使用711雷达资料的同志共同关心的问题。搞清楚这些问题,有助于正确分析和应用711雷达的观测结果,     

GPM卫星双频测雨雷达探测降水结构的个例特征分析

全球测雨卫星（GPM）携带首部Ka和Ku波段测雨雷达于2014年2月发射升空,继热带测雨卫星（TRMM）的单频测雨雷达探测后,实现双频测雨雷达（DPR）探测。本文基于DPR不同波段及不同方式探测反演给出的四种降水产品[Ka波段高精度探测（KaHS）、Ku波段探测（KuPR）、Ka匹配方式探测（KaMS）和Ka及Ku双频联合探测反演产品（DPR_MS）],对2014年的四个降水个例的降水结构特征进行了分析,并就DPR探测波段、扫描方式及反演算法所引起的降水产品中降水结构特征差异进行了比较与讨论。结果表明,所选四个个例分别位于中国东部、西北太平洋区域、风暴轴区域以及美国本土,四者发生背景及降水特征差异显著,但表现出了较为一致的产品差异特征。KaHS的回波顶高度最高,比KuPR高约0.1 km,其对弱降水（小于0.5 mm h-1）的观测性能好,但对10 mm h-1以上的强降水存在严重低估。KuPR继承了TRMM测雨雷达（PR）对强降水的观测性能,但受频率限制对0.5 mm h-1以下的弱降水观测能力有限。KaMS的整体降水强度分布与KaHS类似,但受高回波阈值限制,KaMS漏掉了大量弱降水样本,对强弱降水的观测性能均有限,且其平均回波顶高度比KuPR可低约1 km,常将融化层误判为回波顶高度,故不适宜单独使用。DPR_MS的降水反演算法具有独立性,对强降水和弱降水的反演能力都较强,而其回波顶高度主要继承于KuPR的回波顶高度。此外,DPR_MS双频反演的粒子谱最为合理,揭示了西北太平洋区域台风个例两侧眼壁粒子谱的不均匀性。     

雷雨与阵雨雷达回波特征的区分

在测雨雷达观测中对雷雨和阵雨往往难以区分。本文仅对距离测站200公里范围内出现的部分雷雨与阵雨回波特征作一些初步分析。 一、用雷达回波顶高区分雷雨与阵雨 雷达回波顶高是雷雨与阵雨结构特征在雷达上的重要标志之一。我们对照地面观测实况核实整理了各月雷雨与阵雨回波顶高(表1)。由表可见,(1)各月中,雷雨回波顶高比阵雨回波顶高要高;(2)雷雨     

测雨雷达中的新技术

测雨雷达作为探测云、雨的工具,已在气象台站得到较多的应用,目前对测雨雷达的使用已由对降水回波的定性描述逐渐走向对回波的定量测量和分析。为了适应对降水进行定量的测量,在雷达上采用了一些新的技术,如Pin二极管的高频衰减器、对数中频放大器、视频积分处理器及荧光屏上的多层显示等等。现就这几种技术在测雨雷达中的应用作一些简单的介绍。     

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。     

泰山713雷达与我省711雷达探测的综合比较

我省以泰山713雷达和各地市711雷达组成的雷达探测网,其探测范围基本覆盖了全省。在我省的气象业务中,发挥着越来越重要的作用。但在雷达工作者多年的实践中,也发现了许多的问题。这些问题可概括为两个方面:①泰山713雷达在监测灾害性天气工作方面效果较好,对于一般性降水则探测不太理想;②就同一气象目标,同一时间的观测资料看,泰山713雷达与各地市711雷达探测结果不同。本文从泰山713雷达与各地市台711雷达不同的拔海高度入手,利用较先进的参考大气模式作为电磁波在大气中的折射模式,通过对电磁波在大气中传播路径的计算与分析,基本上从理论上弄清了上述问题的原因,为我省雷达回波资料的综合利用提供了依据。1 国产711雷达与713雷达性能比较     

带状雷达回波和降雹

一、前言 1979年6月16日在河北省张家口地区沙岭子使用3.2厘米“711”天气雷达对一次雹云进行了观测,同时用“701”测风雷达(在“711”北面15公里处)配合取得了一些探空资料。 这次过程雷达回波的特点是:维持时间长,发展旺盛。在第一回波带形成并产生降雹后逐渐削弱,在其     

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。     

防雹作业指挥中的雷达探测方法

711数字化气象雷达因其操控方便、响应速度快、探测范围满足要求,在我国人工防雹作业指挥中起着重要作用。根据711数字化气象雷达设备的特点,研究快速、全面获取冰雹云回波特征参数及监测冰雹云初始回波的雷达探测方法,通过对不同雷达探测模式对比分析,提出三线切割法。     

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。     

雷达识别冰雹云的综合指标方法

一、引言 及时地识别冰雹云,对于适时作业,搞好防雹具有极大的观实意义。测雨雷达识别冰雹云已在国内外广泛使用,但迄今为止还没有一个绝然的定量指标足以在雷达屏幕上把冰雹云和雷雨云明确地区别开来。辽宁省气象研究所和昭盟气象局从1973年起,利用“711”雷达在昭盟林西县进行了这方面的观测研究工作。五年来的观测经验证明,识别冰雹云需要综合地考虑一些因子,其中有定量的,如回波顶高度、强回波顶高度、负温区厚度和回波强度等;还有不定量的,如回波的外形结构特征及其演变规律等。本文利用多因子     

用雷达回波数据作超短时定量降水预报

前言通常,对发展较成熟、并已形成雷暴的积状云,用711测雨雷达对其范围和剖面进行取样,分别能从平显和高显上得到准确的回波强度、方位、距离、回波的顶高、底高、强中心高度等数据。过去,在获得这些回波数据后,仅凭我们的工作经验和对回波数据的感性认识作定性的雷达短时预报。随着计算机在气象工作中的广泛应用,便得用准确的     

面向业务应用的上海地区毫米波云雷达观测质量评估

基于宝山国家基本气象站部署的毫米波云雷达2019年的观测数据,辅以激光雨滴谱、微雨雷达、探空资料、风云四号卫星产品、地面雨量计等多元观测数据,从探测稳定性、探测能力、基数据和产品数据探测合理性等方面开展了毫米波云雷达观测质量评估。结果表明:毫米波云雷达在试验期间仅出现单次软件故障,且基数据全年获取率高于95％,探测稳定性较好;毫米波云雷达各高度最小可测回波强度位于-40～-20 dBZ,并随高度呈现出与理论相符的指数递减;9 km高度以下最小回波强度变化小于2 dB,最小回波探测能力稳定性较高,在降水率达到4～5 mm/h时,毫米波云雷达会出现强衰减导致的虚假晴空区。虽然多部毫米波云雷达的基数据存在差异,但与地面雨滴谱计算回波强度和微型雨雷达观测回波强度具有一致的垂直分布及时间演变特征。毫米波云雷达探测云顶云底高度与探空资料估算云顶云底高度、风云四号卫星反演云顶高度具有一定的一致性。拼接缝和距离旁瓣虚假回波是较为直观且能够对业务化应用产生直接影响的问题。     

QM-2型711雷达数字显示系统

一、概述711测雨雷达回波照片,是雷达气象分析、研究的基本资料。标准回波照片的时间(年、月、日、时、分),方位角,仰角,量程,中频衰减,雷达站址等参数,一般都是通过手工书写在荧光屏上的方法来实施的。此种     

Ka波段固态发射机体制云雷达和激光云高仪探测青藏高原夏季云底能力和效果对比分析

激光云高仪和云雷达是探测云底的两种设备,但其探测能力和探测结果有一定的差异,对比分析两种设备的测云效果有助于正确认识它们的探测优势,推进我国云雷达在云探测中的应用。本文提出了基于云雷达数据的云底和云顶高度分析方法,利用2014年夏季第三次青藏高原大气科学试验云雷达、激光雷达和激光云高仪数据,统计了三种设备探测青藏高原低云、中云和高云的云底高度偏差、探测率,分析了激光云高仪探测云底偏高的原因,根据探测结果提出了固态发射机体制雷达探测青藏高原低云的优化观测模式,模拟分析了探测效果。结果表明:（1）云雷达对高云的探测能力要明显优于激光云高仪,但其对低云的探测能力有待改进,激光云高仪探测云底下部的边界层内的云雷达回波信号可能是非云降水回波;低层云的遮挡作用明显降低了激光云高仪对多层云的观测能力;与激光云高仪相比,云雷达仍然会漏掉一些高云和中云。（2）激光云高仪探测的中云和高云的云底很多在云雷达回波内部,云雷达和激光云高仪观测的云底的时空对应关系比较差。（3）增大激光发射功率和优化固态发射机体制云雷达观测模式可提高云的观测能力,微波和激光雷达数据融合可全面了解不同类型云的宏观特征。这一工作为云雷达和激光雷达数据的应用,评估激光云高仪和云雷达探测青藏高原云的能力,讨论设计优化的云观测方案,为推进我国云观测技术的发展提供了重要参考依据。     

双偏振雷达和双频测雨雷达反射率因子对比

为了研究星载测雨雷达和地基雷达探测数据存在差异的本质原因,将GPM（Global Precipitation Measurement Mission）星载双频测雨雷达（dual-frequency precipitation radar,DPR）和南京信息工程大学C波段双偏振雷达（CDP）的反射率因子进行时空匹配,并基于水凝物分类定量分析两者探测的相似性和差异性。结果表明:GPM DPR与CDP探测的反射率因子整体一致性较好,经过衰减订正和波段修正,两者的相关系数约为0.86,达到0.001显著性水平,均方根误差约为3.33 dB。基于T-矩阵法拟合C和Ku波段探测不同水凝物等效反射率因子的波段修正公式,在衰减订正基础上针对不同水凝物类型的回波进行波段修正,二者探测湿雪、霰、大滴和中雨回波的相关性较好;受干雪几何形状影响,探测干雪回波的相关性较低;探测大雨和冰晶回波的相关性较差。DPR中NS和HS模式探测存在差异,DPR NS模式对强回波敏感,而DPR HS模式对弱回波敏感。     

两次降水过程的微降雨雷达探测精度分析

垂直指向微降雨雷达(MRR)能够测量从近地面至高空的雷达反射率因子和雨滴谱分布特征,对认识降水微物理结构,改进雷达定量降水估计精度有重要作用。为评估MRR探测的雨滴谱分布、降水和雷达回波精度,利用南京地区夏季观测的两次降水过程,将MRR与业务S波段天气雷达、二维视频雨滴谱仪、常规雨量筒观测进行层状云降水和对流性降水下的定量对比分析。结果表明,MRR垂直探测的雷达反射率因子与S波段雷达观测在中低层(＜4 km)平均差异＜1 dB, 但高层(＞4 km)出现显著低估,且该现象随降水强度增强更明显,这主要是雷达回波衰减导致。MRR在回波强度＜35 dBz时对降水率的探测精度较高,但在＞35 dBz时低估降水。其中,层状云降水的降水率比对流性降水更接近雨量筒观测。常规雨量筒对0.1 mm以下的降水无探测能力,而MRR探测敏感度较高,对于微弱降水率的估计效果也很好。由于MRR最大探测范围的限制,相对于2DVD而言,MRR探测的最大粒子直径低估、最小粒子浓度高估,但在中间段的探测效果和2DVD雨滴谱观测一致性较高。总体而言,MRR是一个有效的降水探测仪器,其探测结果在层状云降水过程中优于对流性降水过程。     

积雨云的云顶有多高?

早先一般认为,中纬度地区发展旺盛的积雨云,云顶高度约为十二、三公里,个别的更高一些。近年来测雨雷达对积雨云观测,发现积雨云的回波顶高常常超过十二、三公里。北京地区出现降雹的积雨云,回波顶高平均在十三公里以上,夏季出现在副高边缘的雷雨云,地面虽不出现