微波链路测量降水研究综述

利用微波链路测量降水是降水测量的最新技术,具有作用于近地面大气、时空分辨率高等优势。文章总结了微波链路测量降水方法的发展现状和技术难点,结合微波通信的实际应用,分析了频段的选择依据、雨衰减量的精确测量和正演模型的精确建模需要考虑的因素,指出降水起始时间的准确识别和区域化反演算法是解决该方法实用化问题的关键技术,为利用微波链路测量降水的进一步研究提供了借鉴。     

极轨气象卫星数传链路雨衰影响

极轨气象卫星通信系统受自身特点的限制和环境影响,存在各种不可避免的干扰,其中,降雨衰减对卫星链路传输的影响尤为重要。在对我国极轨气象卫星数传链路预算原理充分分析的基础上,按照ITU-R建议,构建了相应的雨衰模型,通过对国内各个地面接收站降雨衰减情况的MATLAB仿真,逐一讨论了降雨强度、天线仰角、频率、极化倾角等影响降雨衰减特性的相关因素,得出了一些有益结论,为极轨气象卫星数传链路和地面接收系统的设计提供有益参考。     

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。     

基于实测雨滴谱数据的微波链路和天气雷达降水估计关系研究

利用南京地区连续两年夏季的实测雨滴谱数据,分析了雨滴谱和降水特征,区分降水类型计算了微波链路衰减系数与雨强的关系(雨衰关系)和雷达反射率因子与雨强(Z-R)的关系,所得关系与ITU-R雨衰模型和常用Z-R关系均有差异,其中对流性降水中的Z-R关系为Z=161.63R~(1.55),层状云降水中为Z=227.23R~(1.53)。在两次不同类型降水过程中利用微波链路和天气雷达反演降水,结果表明:使用ITU-R雨衰关系反演降水存在高估层状云降水、低估对流性降水的问题,使用常用Z-R关系反演降水存在明显低估降水的问题,而使用雨滴谱计算的雨衰关系和Z-R关系反演的降水与雨量计实测降水更加一致,平均绝对误差降低,相关性明显提高。说明使用实测雨滴谱数据计算得到的本地化的雨衰关系和雷达Z-R关系,能够提升定量测量降水的准确性。     

立体雷达方法在星载测雨雷达上的应用

星载测雨雷达的应用,必须满足一些主要条件：高的空间分辨率、宽阔的覆盖范围、大的动态降雨测量范围以及精确的点测量等。由于技术条件的限制,满足这些条件的雷达工作在被雨衰减的频率段,因此必须修正由于衰减所导致的误差。立体雷达方法利用雷达从两个不同角度对雨团的观测来进行衰减效应的订正并实现整个观察区域的雷达反射率因子和比衰减因子场的反演。通过数值实验研究了星载特性的引入造成的不均匀性束内填充效应对立体雷达方法的影响     

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。     

PCT-SI综合指数法反演陆面雨强

利用TRMM微波成像仪(TMI)数据,采用极化订正温度及散射指数综合指数法(PCT-SI),反演赣州及周边地区2011年11月9日雨强,与同时期的PR星载雷达测雨资料进行对比分析,并用赣州地区47个地面站点的小时降雨对反演结果进行了验证。结果表明:采用K-均值法分类并判别降雨区,可以较好地确定降雨区的范围;TMI各通道亮温与对应时空匹配PR雨强的相关系数不同,利用低频组合拟合85 Hz通道亮温来求得大气散射指数,散射指数越大,雨强越大;PCT-SI综合指数法反演的降水中心的降水强度明显偏小,降水范围扩大,但其反演的雨强与PR反演的雨强基本一致,与地面实际雨量站点雨强相关系数为0.784,表明采用PCT-SI综合指数法反演陆面雨强是合理可信的。     

利用热带降雨测量卫星的微波成像仪观测资料反演陆地降水

利用热带降雨测量卫星的微波成像仪资料，结合淮河流域试验加密观测期的阜阳地面天 气雷达雨量资料，建立了以散射指数和极化订正温度为主要参数的降水反演算法。对文 中所做反演试验与日本ＮＡＳＤＡ用微波成像仪和星载测雨雷达反演的雨强进行了比较。结果表明 ，文中所用的方法在反演陆地下垫面的降雨强度的分布和降雨区域的确定是比较成功的。     

甘肃雨养农业区降雨概率特征研究

利用甘肃雨养农业区 19个代表站点的 4 0a降雨量资料 ,结合weibull、gringorfen等概率统计分析的方法 ,对这一地区的降雨概率特征进行了研究 ,结果表明 ,甘肃雨养农业区各站年降雨量与其概率对数相关显著 ,可以利用所得关系式计算任一概率下的降雨量 ;各站年降雨量服从正态分布 ,也可用正态法求算任一概率下的降雨量 ;甘肃雨养农业区年平均有效降雨量理论上可以满足小麦生育期的作物需水量。     

机载雷达定量测雨中衰减效应的订正研究

星载测雨雷达的应用,必须满足一些主要条件:高的空间分辨率、宽阔的覆盖范围、大的动态降雨测量范围以及精确的点测量等。由于技术条件的限制,满足这些条件的雷达工作在被雨衰减的频率段,因此必须修正由于衰减所导致的误差。对于单波束单频雷达,kZS（衰减系数-雷达反射因子-海表反射率）算法在一个较大的雨强范围内对衰减效应的订正效果较好。本文将kZS应用到在西太平洋进行的国际大型科学考察实验TOGA/COARE中1993年1月和2月间取得机载雷达（和星载雷达频率相近）实测数据,进行雨空间分布的研究,取得了和模拟研究预期相吻合的结果。     

STUDIES OF THE VERTICAL STRUCTURE MODEL AND THE MICROWAVE ATTENUATION OF CLOUDS AND PRECIPITATION OVER TROPICAL OCEAN AREA*

Using radiosonde data and other related observations in the TOGA-COARE IOP(from November 1,1992 to February 28,1993),the microwave attenuation of non-precipitating clouds is investigated based on microwave radiative transfer model(MRTM) at the specific frequencies of 6.8,10.65,13.9,19.35,22.235,37.0,85.5 and 90.0 GHz.Besides,utilizing the data of the airborne radar and radiometer at 13.8 GHz in the IOP(Intensive Observation Period),vertical structure models for different types of precipitating clouds are obtained,and also the microwave attenuation of precipitating cloud is studied.Some statistical characteristics of 13.8 GHz microwave path integrated attenuation for stratiform and convective precipitating clouds are presented.The results given here are valuable for the spaceborne microwave remote sensing of precipitation,and the cloud and precipitation attenuation corrections in the spaceborne microwave remote sensing of earth surface over tropical ocean area.     

STUDIES OF THE VERTICAL STRUCTURE MODEL AND THE MICROWAVE ATTENUATION OF CLOUDS AND PRECIPITATION OVER TROPICAL OCEAN AREA

Using radiosonde data and other related observations in the TOGA-COARE IOP(fromNovember 1,1992 to February 28,1993),the microwave attenuation of non-precipitating clouds isinvestigated based on microwave radiative transfer model(MRTM)at the specific frequencies of6.8,10.65,13.9,19.35,22.235,37.0,85.5 and 90.0 GHz.Besides,utilizing the data of theairborne radar and radiometer at 13.8 GHz in the IOP(Intensive Observation Period),verticalstructure models for different types of precipitating clouds are obtained,and also the microwaveattenuation of precipitating cloud is studied.Some statistical characteristics of 13.8 GHzmicrowave path integrated attenuation for stratiform and convective precipitating clouds arepresented.The results given here are valuable for the spaceborne microwave remote sensing ofprecipitation,and the cloud and precipitation attenuation corrections in the spaceborne microwaveremote sensing of earth surface over tropical ocean area.     

X波段双线偏振气象雷达反射率的衰减订正

X波段天气雷达的强衰减是影响其探测精度与应用推广的主要问题.本文旨在寻求适用于降水过程中对X波段双偏振雷达进行衰减订正的一种方法.在订正前先对雷达数据进行了质量控制和预处理;在分析了国内外已有订正方法的基础上,选择并改进了自适应约束算法作为雷达反射率进行衰减订正的方法;最后进行方法的效果验证.既对衰减订正前后反射率与同...     

基于地基微波辐射计对武汉夏季暴雨过程的观测分析

利用地基微波辐射计获取的高时空分辨率资料,结合卫星云图资料,对2012年7月12—13日武汉站发生的暴雨过程中各气象要素与降水的关系进行了分析。结果表明:(1)相对湿度、液态水含量、不稳定能量的值和其大值区所在的垂直高度在降水期均明显大于非降水期,说明这些要素变化特征与降水有较好的对应关系,应用地基微波辐射计资料要素分析降水过程具有很高的可靠性。(2)以小时雨量10 mm将降水分界为弱降水和强降水时段。云底高度在强降水时段才为零;温度的垂直分布在降水时段存在逆温,且强降水比弱降水时段逆温层更高;水汽密度在有降水发生时,底层的大值区有所抬升,并在强降水时段对流层低层出现26 g/m3的大值中心。可以通过地基微波辐射计对降水做进一步的量级划分,有助于明确雨团性质和降水效率。     

测量云液水柱含量的一个设想

云液态水柱含量是一个重要的气象学和云雾物理参数.对于云液水柱含量测量已发展了多种技术,但由于云在时空上变化很大,目前地基、飞机以及卫星测量的全部资料,都不能满足数值天气预报、人工增雨及气候变化研究等方面的工作需要.作者提出一种测云水的新方法,即从卫星-地面的微波衰减来确定云水(斜)柱量,并研究了此方法中的测量通道选择及测量方式问题,进行了初步的误差分析研究.结果表明,此方法在现有技术条件下可行,云水的测量精度不难达到20%～30%的水平.与卫星被动微波遥感结合起来,可获得精度更高的云水全球分布资料.     

星载双频风场雷达热带气旋降雨区测风模拟

基于大气辐射传输理论分别建立Ku波段和C波段的降雨模型,模拟热带气旋降雨区洋面的雷达回波并反演了洋面10 m风场,用于研究降雨对测风的影响以及风云三号双频风场雷达 (WFR) 的测风能力。分析表明:回波的衰减或增强取决于降雨衰减项和后向散射项的相对大小;热带气旋的降雨使反演风速偏小,风向精度降低,Ku波段相对于C波段更易受影响,在高风速 (超过30 m·s-1) 条件下,可达5~20 m·s-1的负风速偏差。反演结果表明:双频反演的新方法能够结合Ku波段与C波段的优势,双频最大似然估计 (MLE) 方法在分辨率上优于C波段单频反演,相对Ku单频反演能降低降雨对测风的衰减作用,结合双频MLE方法和C波段单频反演优势的分区反演方法可以显著减小降雨偏差,提高风速反演精度,在有风云三号湿度计同步观测的条件下,是提高热带气旋降雨区测风精度的有效手段。     

星载被动微波遥感反演降水算法回顾

根据不同的降水反演方法对多种利用SSM／I、TMI反演降水的算法进行归类总结，按下垫面检测和降水反演算法两大步骤进行简要描述，并分经验法、半经验(半物理)法、物理模式法及物理廓线法4类方法对多种算法作了回顾。     

应用多源观测资料分析华北一次极端暴雨过程

基于风廓线、微波辐射计、VDRAS的5km分辨率资料,从风场、水汽条件方面,对2016年7月18—21日华北特大暴雨过程进行了分析对比。结果表明:(1)风廓线和VDRAS风场在此次特大暴雨天气过程的高空槽、地面气旋降水阶段,具有很高的相似度;在降水发生之前微波辐射计与VDRAS资料具有较好的吻合度。(2)风廓线低层风场上的脉动,对锋前暖区降水、高空槽降水的雨强大值时段有良好的对应关系;地面气旋降水时间与东北风低空急流的出现相对应。(3)微波辐射计观测的比湿迅速增大对短临降水的订正有较好的指示意义。