准后向散射对单点声雷达测量温度结构系数的影响

本文从湍流大气对声波散射方程出发,推导出静止大气和有水平运动两种情况下,有限接收面积上的平均准后向散射截面公式。从而分析了影响平均准后向散射截面的因子,同时还计算讨论了不同天线口径、风速和值的平均准后向散射截面。 计算结果表明:在一般情况下,边界层内用声雷达测得的温度结构系数[C_T~2(θ)]要比理论上纯后向温度结构系数[C_T~2(180°)]大些;C_T~2(θ)与C_T~2(180°)比值以及C_T~2(θ)随高度的变化都与天线口径、风速分布和m值等密切相关。因此对用不同声雷达在不同大气条件作对比测量,得到某些不一致的现象,可给予一定的解释。     

声雷达定量测量C_T~2中的几个问题

本文讨论了逾量衰减和风对声线的弯曲作用对声雷达接收功率的影响.分析和计算表明在很多情况下分子吸收、逾量衰减和风的影响对测量C_T~2是不能忽略的,不考虑这些因素有时可使C_T~2低估500％以上.引进有效湍流外尺度后使声散射截面表达式在实际应用中变得合理而简单.由简化的几何模型导出了风衰减因子,经计算和以往的实验事实相符.因此在原声雷达方程中应加入风衰减因子.声雷达方程加上逾量衰减算式、风衰减算式和分子衰减算式,组成了适合定量测量C_T~2的声雷达方程组.利用温度脉动仪测定低高度上的C_T~2值可使估算工作简化,此方法在多普勒声雷达上应用效果会较好,本文并给出了初步实验结果.     

大气衰减与声雷达探测

本文计算了北京、武汉、上海和海口等四个地区月平均气候条件下声雷达回波的分子吸收衰减。结果表明，分子吸收衰减与大气环境之间的关系是非线性的，分析回波时不能忽略其衰减，但可用地面气象资料来订正。本文还计算了考虑声波衰减后，由声雷达探测得出的对流条件下的C T 2廓线，与Kaimal等实验结果更为接近，从而给出了一个求湍流衰减的近似方法。     

边界层大气湍流特征的声雷达探测

声雷达可以直接测量温度脉动谱Φ_T(K_0)或温度结构系数C_T~2值。由于大气中谱的尺度很宽,在边界层大气中,用声雷达测得的Φ_T(K_0)或C_T~2是一个随机量,具有正偏态分布的特性,并满足对数正态分布。 从Φ_T(K_0)的频谱分析中得到,在频率为10~(-3)—3×10~(-3)秒~(-1)的范围内,存在着一个能量的峰值区,峰值和高频之间,能量的过渡带很陡。过去一般认为中尺度范围是大气谱段中能量的低值区。本文的分析发现,在中尺度范围内,无论在稳定或不稳定层结,经常存在着几分钟到十几分钟的周期活动,并对能量产生较大的贡献。这对今后大气湍流理论的研究,是一个值得注意的问题。此外,由于大气中谱尺度很宽,必须正确地选取气象要素或其它物理量的平均时间,才能获得稳定的气象要素的平均值。     

声雷达探测在大气扩散研究中的应用(三)——对流边界层中垂直扩散系数的计算

本文用多普勒声雷达探测的垂直风速连续观测资料,计算了垂直速度谱和垂直扩散系数.结果表明:在低频部分,n<3×10~(-2)赫,用声雷达资料计算的垂直速度谱密度和超声风速仪计算的能量峰值和变化趋势基本一致,数值略有差异,在高频部分有偏离.在混合层中,由于逆温层盖子对垂直方向的扩散过程有抑制作用,在逆温层底部计算得出的垂直扩散系数最小,在逆温层中次之.在充分发展的对流边界层中,垂直扩散系数随高度的增加而加大.用声雷达测量的垂直扩散系数能够较好地反映对流边界层中的扩散过程.     

C_N~2剖面的声雷达探测与直接测量

本文简要叙述了C_N~2的声雷达探测方法和直接测量的计算方法,给出在稳定和不稳定条件下用单点声雷达推得C_(N,a)~2剖面。 在80和140米两个高度的C_(N,a)~2与C_(N,d)~2进行比较,结果指出,C_(N,a)~2/C_(N,d)~2的比值与声折射率谱的斜率差异有关.最后还对谱形及其对C_(N,a)~2/C_(N,d)~2比值的影响作了初步讨论.     

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。     

多普勒测风声雷达

本文简要地介绍了多普勒测风声雷达的基本原理和探测方法。指出用锁相技术可以较精确地测量多普勒频偏值。根据声雷达观测资料计算了水平风速、风向和垂直风速,并与325米气象塔上直接测量的仪器进行了比较。结果表明,两种方法测量的水平风速、风向的平均值比较接近,声雷达测量的垂直风速比塔上直接测量的结果略有偏高。用声雷达测量的水平风速、风向和垂直风速的方差都比直接测量的大。 我们用多普勒测风声雷达的连续观测资料,计算了垂直风速谱,得到了在对流边界层中垂直速度谱随高度的分布规律。在一定的频率范围内(低频部分)得到了功率谱fP(f)ocf~(+1)的规律,并将240米高度上用声雷达测量的垂直速度谱和直接测量的垂直速度谱进行了比较。     

一个锢囚状中尺度对流系统的多尺度结构分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测资料、1°×1°NCEP再分析资料和4DVAR雷达反演低层风场资料,运用雷达拼图图形叠加、剖面和中尺度滤波等分析手段,对2007年7月18日华北东部一个锢囚状a中尺度对流系统(MaCS)的多尺度空间、动力结构及其演变进行了细致地分析.结果表明:(1) MaCS生命史分为发生发展...     

基于风廓线雷达的对流边界层高度的确定

大气边界层高度对于天气、气候和大气污染研究是一个至关重要的参量。对流边界层(Convective Boundary Layer,CBL)顶部的夹卷过程造成温度和湿度垂直梯度增强,导致这一层的折射率结构常数C■变高。C■的这种垂直分布特征经常被用来定位出CBL高度Z_i。本文利用2010年7—8月天津大港的风廓线雷达数据推断出CBL高度Z_i,对于多重C■峰值或不明确的C■峰值,本文改进了对Z_i的测定,分别讨论了C■最大后向散射法与C■和垂直速度方差(σ■)相结合的新方法的适用性。研究显示:(1)C■廓线具有单峰时,最大后向散射强度法能正确估计CBL高度,这种情况往往对应的是晴天。CBL上存在的残留层或云层引起的温湿起伏变化导致C■廓线具有双峰甚至多峰时,最大后向散射强度法可能会错误估计CBL高度;(2)C■和σ■结合的方法不仅与晴天时C■最大后向散射法有较好的一致性,而且可以将CBL造成的C■峰值从云层造成的C■峰值中区分出来,从而正确估计CBL高度;(3)一般而言,对流边界层中存在有明显的、破碎或者分散不明显的云时,C■和σ■结合的方法都能较好地识别出CBL对应的C■峰值。但由于边界层中的情况极为复杂,C■和σ■结合法也会因不同的原因而错误估计CBL高度。