双线偏振雷达的降水估测：I.排序配对逼近法

提出使用新的途径－排序配对逼近法得出的双线偏振雷达降水估测Ｚ－Ｒ关系参数因子比线性拟合法具有更好的代表性,且能体现提高区域降水估测精度,也能根据实际情形采用其它的误差类型作获取及衡量参数的标准,对指数函数形式的Ｚ－Ｒ关系来说,其参数因子Ａ０,ＡＨ及ＡＤＲ分别为０．０１６８４,０．０９６和－０．４１６５。该方法可以推广以多个变元及参数因子的复杂函数中。     

双线偏振雷达的降水估测：II.误差分类分析

详细地定量地分析了降水估测中的Ｚ－Ｒ关系和各类误差。由此可知,指数函数形式与幂函数形式的Ｚ－Ｒ关系之间无明显差别,ＺＨ的参数因子ＡＨ不能太大,双线偏振雷达的测量误差导致的降雨强度估测误差在各类误差中最小,Ｚ－Ｒ关系的不可拟合误差之标准差约为０．２１５,因而不容忽视。降雨强度的估测误差可人为呈一偏差逼近０而标准差约为０．２６５的近正态分布,这对提高区域降水的估测精度尤为重要。     

雨区衰减及谱变化影响雷达测雨精度的数值模拟

用随机函数的方法，并假定雨滴谱为Ｇａｍｍａ分布，模拟并讨论了雨滴谱变化及雨区衰减对雷达和双线偏振雷达测雨误差的影响。结果表明：双线偏振雷达测雨精度受雨区衰减及滴谱变化的影响均小于普通雷达。雨区衰减使双线偏振雷达测雨产生小雨高估，大雨影响不大的现象，其主要原因可能是差反射率因子ＺＤＲ的测量误差。     

双线偏振雷达的降水估测Ⅰ. 排序配对逼近法

提出使用新的途径──排序配对逼近法得出的双线偏振雷达降水估测ＺＲ关系参数因子比线性拟合法具有更好的代表性,且能体现提高区域降水估测精度,也能根据实际情形采用其它的误差类型作为获取及衡量参数的标准。对指数函数形式的ＺＲ关系来说,其参数因子Ａ０,ＡＨ及ＡＤＲ分别为０．０１６８４,０．０９６和－０．４１６５。该方法可以推广应用到多个变元及参数因子的复杂函数中。     

双线偏振雷达探测的云和地物回波的特性及其识别方法

双线偏振雷达在定量测量降雨量的过程中，经常受到地物回波的干扰和影响。研究云和地物回波的反射率因子ＺＨ、差反射率因子ＺＤＲ的取值大小及两者的关系、空间变化梯度的结果表明：云的ＺＤＲ大于零，且有明显的随ＺＤＲ大于零、且有明显的随ＺＨ增加而增大的趋势，这反映了在强降雨回波中大粒子占的比例较大；而地物回波的ＺＨ和ＺＤＲ无明显变化规律，ＺＤＲ可正可负；云回波的空间变化率也明显小于地物回波。     

用双线偏振雷达的差分反射率ZDR技术测量降雨和雨滴谱的研究

通过计算分析用双线偏振雷达可测到的差分反射率ＺＤＲ（ｄＢ）和反射率ＺＨ（ｄＢｚ）与降雨率Ｒ（ｍｍ·ｈ－１）的关系，得知ＺＤＲ与滴谱尺度分布和不同截断直径谱的谱型变化有关。用（ＺＤＲ，ＺＨ）双参数技术可以推测雨滴尺度分布的形状变化在测量降雨上的影响，能有效提高测而精度，并可提供相态雨区水成物粒子信息。     

双线偏振雷达的降水估测Ⅱ. 误差分类分析

详细地定量分析了降水估测中的ＺＲ关系和各类误差。由此可知,指数函数形式与幂函数形式的ＺＲ关系之间无明显差别;ＺＨ的参数因子ＡＨ不能太大;双线偏振雷达的测量误差导致的降雨强度估测误差在各类误差中最小;ＺＲ关系的不可拟合误差之标准差约为０．２１５,因而不容忽视。降雨强度的估测误差可认为呈一偏差逼近于０而标准差约为０．２６５的近正态分布,这对提高区域降水的估测精度尤为重要。     

用双线偏振雷达研究云内粒子相态及尺度的空间分布

本文用中国科学院兰州高原大气物理研究所平凉雷达站的Ｃ波段双线偏振雷达的层状云、对流云的观测资料，结合不同粒子的生长规律及对Ｃ波段雷达波的散射特性的研究，用ＺＤＲ参量系统分析并解释了层状云、对流云内粒子相态及尺度的空间分布规律。从中发现：在发展旺盛的对流云中ＺＤＲ＞３．０ｄＢ的区域经常会延伸到４ｋｍ以上，这些区域可能存在过冷水滴和扁状冰相粒子，而这些粒子的存在与对流云的发展有一定的关系。零度层以下层状云ＺＤＲ的突增和实减反映了冰相粒子融化形成大雨滴然后大雨滴破碎的规律。冰雹云中负的ＺＤＲ与冰雹的取向和尺度有关。这一工作代表了中国双线偏振雷达最新研究成果，它证明了双线偏振雷达在研究云微物理机制方面优于普通雷达，双线偏振雷达为研究云的发展机制、人工影响天气指挥及效果检验提供了新的手段，这一结果也为该技术在中国的推广提供了有利的依据。     

天气雷达测定区域降水量方法的改进与比较

讨论变分校准法用于雷达－雨量计系统联合探测降水。由雷达反射率因子Ｚ和地面降水强度Ｉ实时地获得最优Ｚ－Ｉ关系，在求解欧拉方程时采用多重网格法，不仅可提高计算结果的精度，还可大大提高计算速度。     

使用S波段差分相位率及其它雷达参数估算伴有冰雹的降水过程的雨强

在Ｃｏｌｏｒａｄｏ出现的一次伴有冰雹的强降水过程中，科研人员对此过程进行了多参数雷达观测，并应用Ｓ波段差分相位率Ｋ（ＤＰ）、反射率因子ＺＨ及Ｘ波段衰减率Ａ（Ｈ３）对雨强Ｒ及整个过程的降水积累量做了估算。结果发现，两者（即Ｒ～Ｋ（ＤＰ）关系式和Ｒ～Ａ（Ｈ３）关系式）的估算结果与地面雨量计的测量结果具有非常好的一致性，降水积累量的误差小于１０％。在关系式Ｒ～Ｚ中，只有取ＺＨ小于５５ｄＢＺ时，才会获得类似的结果。研究结果表明，使用Ｋ（ＤＰ）对伴有冰雹的强降水过程的雨强Ｒ进行估算是完全可能的。     

双线偏振雷达的扇形扫描技术

双线偏振数字化天气雷达增加了扇形扫描功能技术后，不仅满足了双线偏振雷达应用研究的需要，而且对普通数字化天气雷达的天线运行方式设计也有一定的参考价值。     

双线偏振雷达的设计问题

双线偏振雷达作为一种实用的特种天气雷达正日益受到人们的关注，对双线偏振雷达设计中特有的天线系统，发射接收系统，数据处理系统等应注意的一些问题及设计指标进行了讨论，其结果对双线偏振雷达的研制有一定的参考价值。     

偏振气象雷达发展现状及其应用潜力

偏振雷达是近二十多年来发展起来的新型天气雷达。由于它的问世，极大地促进了雷达气象和云及降水物理学科的发展，增强了人类认识和抗御天气灾害的能力。本文结合中国科学院寒区旱区环境与工程研究所以及世界各国偏振雷达发展的情况和经验，主要就圆偏振雷达、椭圆偏振雷达和双线偏振雷达的发展现状及其在云和降水物理研究以及人工影响天气方面的应用潜力进行说明，它对我国新兴的偏振雷达的发展和应用事业有一定的指导和借鉴意义。     

用C波段双线偏振雷达研究冰雹云

本文计算了不同相态、不同形状的降水粒子对5.6cm,10.7cm雷达波的散射特性,并利用降水粒子散射特性及云雨雷达回波的Z_(DR)特征并结合地面降雹情况,分析并解释了1990年8月9日和8月30日甘肃省平凉两次雹暴过程的雷达RHI资料.我们推测:Z_(DR)值为负值的区域相应于降雹区,ZDR负值与大扁冰雹和小锥状冰雹关系密切;而雨区Z_(DR)具有较大正值,雨区大于5dB的Z_(DR)由直径D>0.5cm的雨滴所致.利用冰雹区和雨区Z_(DR)信息的不同可能识别降水粒子的相态.C波段双线偏振雷达和10cm波长雷达相比有独到之处:雨区Z_(DR)值较大,而冰雹区Z_(DR)值又较小,这更有利于研究云雨相态和空间结构.可以预期双线偏振雷达对防雹工作及云物理研究工作是有很大帮助的.     

双基地多普勒天气雷达探测能力分析

双基地多普勒天气雷达系统是由一个常规多普勒天气雷达和一个或多个远程被动低增益接收机共同组成,是大气风场探测领域的新技术之一。文中首先在瑞利散射假设的前提下,考虑了雷达波的偏振方向、散射体的空间位置等条件,推导了小球形粒子散射函数在双基地雷达系统中的表达形式,建立了双基地雷达气象方程,并将该方程应用于双基地雷达的探测能力、有效探测范围等方面分析,模拟计算了侧向散射能力和被动雷达回波功率在空间的分布变化,为探讨去除旁瓣影响提供了依据。通过分析证明了双基地雷达系统工作状态垂直偏振优于水平偏振的结论。在入射波为水平偏振情况下,高空探测好于低空,而垂直偏振情况则是低空的散射能力强。如果采用双线偏振发射体制,根据需要采用不同的偏振波组合,能够有效扩大双基地探测的范围和信息量。在水平偏振情况下较强回波区域在基线附近和被动雷达一侧的基线延长线周围。由于侧向散射强度低于后向散射强度,双基地雷达对于弱天气回波不太敏感,它的探测范围小于单基地雷达的探测范围。在双基地雷达探测中旁瓣污染是一个不容忽视的问题。文中对双基地雷达参数进行了模拟回波强度计算,并与实测回波资料进行了比较,两者较一致,存在差别的重要原因可能是被动接收天线的垂直变化影响。     

降雨强度,雨区衰减与双线偏振雷达观测量关系的研究

本文为了改装双线偏振雷达的需要,用扩展边界条件法计算了椭球形雨滴的后向散射截面、衰减截面及吸收截面,得出了任意谱参数情况下,可能产生的散射强度及差反射率因子Z_(DR)值的大小。给出了降雨强度、衰减系数和双线偏振雷达观测量间的关系。为双线偏振雷达定量测量降雨工作及讨论雨区对雷达波衰减打下了基础。     

双偏振雷达基本产品和回波分析

双线偏振技术扩展了常规多普勒雷达功能,可以直接探测到与降水粒子微物理特征有关的物理量,本文介绍了差分反射率因子Z_DR、传播常数差K_DP、相关系数ρ_hv(0)等双偏振雷达的主要基本产品生成原理,并利用空军最新721型双偏振天气雷达2008年7~8月探测资料进行了降水粒子相态识别和估测降水量分析,试图为双偏振雷达在飞行气象保障业务运行提供参考依据和帮助。      

广州S波段双偏振雷达数据质量初步分析

广东省已经通过新布设或对CINRAD\SA雷达的升级改造完成5部S波段双偏振雷达的业务运行。受目前双偏振雷达技术水平限制,双偏振雷达偏振量很不稳定,因此偏振雷达资料使用前需要对数据可用性、偏振量的系统偏差等进行初步分析,以保证偏振雷达后续产品的可靠性。使用广州S波段双偏振雷达稳定运行后的2016年7—8月连续观测资料,分析了噪声对零滞后相关系数ρ_HV(0)及差分反射率因子Z_DR的影响和订正效果。结果表明:当SNR小于20.0 dB时,偏振参量ρ_HV(0)和Z_DR的稳定性变差,数据不可用;噪声订正后,数据可用的SNR阈值减小为17.0 dB。进一步分析了经过噪声订正后的Z_DR和Z_H之间的关系,并与雨滴谱反演结果及理论值进行对比。结果表明:广州雷达Z_DR较雨滴谱反演值和理论值均偏小,Z_DR观测值存在系统偏差。结合广州的气候特征,对偏振量系统误差估计的微雨滴法的指数进行了调整,基于此方法分析了Z_DR、初始相位Φ_DP (0)的系统误差随方位角的变化。结果表明:Z_DR系统误差随方位角在-0.29~0.22 dB之间波动,剔除遮挡后的平均偏差为-0.09 dB,与实测Z_DR值和雨滴谱反演值及理论值对比偏小的结论一致,但偏差大小有区别;同时,Φ_DP (0)随方位角有4 °左右的波动。分析还发现Z_DR、Φ_DP (0)系统误差有随时间波动的特征。最后挑选个例对Z_DR进行噪声和系统误差订正后发现,订正后的Z_DR得到改善。这些初步分析和结果对S波段双偏振雷达数据的使用有一定的参考意义。      

平凉地区云的雷达回波和降水的气候特征

利用中国科学院兰州高原大气物理研究所平凉雷达观测基地双线偏振雷达的观测资料和地面资料，分析了雷暴云和冰雹云的ＺＨ和ＺＤＲ及其它参量的统计特征；用ＥＯＦ和相关分析方法研究了该区域的对流云和降水的日、月变化规律及地理分布，得到了这些量与地形高度及坡度的关系，揭示了六盘山对本地区云和降水影响的规律。这一工作为用双线偏振雷达研究冰雹云和下一步用区域模式研究该地区的云和降水机制提供了事实依据。