STUDY ON APPLICATIONS OF C-BAND DUAL LINEAR POLARIZATION RADAR IN METEOROLOGY*

Theoretical study and development of a dual linear polarization weather radar in China are briefly presented.Also discussed are the potential uses of the new radar system in improving the accuracy of areal rainfall measurements and analysing the spacial structure of storms and distribution of hydrometecrs in clouds based on the radar observational data from the field experimcnts during the summers of 1987-1989.The results indicate that a C-band dual polarization weather radar,after considering the microwave attenuation correction,may be employed to quantitatively measure rainfall and to monitor heavy rain and flood events and becomes an imporrant means to study storm structure.     

双线偏振雷达测雨公式的对比分析

以滴谱理论为基础,用模拟雨滴谱分布的方法,讨论了雨滴主普变化以及降水强度变化对双线偏振雷达测雨式的影响,分析了双线偏振雷达测雨式优于普通雷达的原因,进而对回归所得双线偏振雷达各测雨式的测雨精度进行了对比分析,提出子双线偏振雷达各测雨式中的最佳测雨式。     

C波段双偏振天气雷达降雨和部分地形遮挡衰减订正研究

天气雷达可为中尺度对流系统研究提供高时空分辨率资料, 但降雨衰减和地形遮挡等因子会对雷达信号产生严重影响。针对广东省韶关市新丰县C波段双偏振天气雷达, 选取了2018年6月8日台风“艾云尼”、8月30日华南季风降水和9月16日台风“山竹”三次降雨过程, 采用基于差分相位(Φ_DP)数据的扩展自适应降雨廓线算法对雷达反射率因子(Z_H)数据进行了降雨衰减和部分地形遮挡衰减订正研究, 并将订正结果与广州S波段双偏振天气雷达探测结果进行了直接对比检验, 与中国气象局龙门云物理野外科学试验基地的4台二维视频雨滴谱仪(2D Video Distrometer, 2DVD)实测雨滴谱数据反演的雷达仿真探测量及国内外Z_H-K_DP经验统计公式进行了间接对比检验, 获得较好结果。最后选择具体降雨个例, 订正结果清晰展现了台风螺旋雨带中对流单体雷达回波强度从地面到高空的垂直结构特征, 提高了复杂地形区域雷达对极端天气的近地面探测能力。      

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。     

双线偏振雷达数字视频积分处理器

在双线偏振雷达试制过程中,其视频积分处理器(DVIP)不同于常规雷达的DVIP。即将常规雷达峰值采样的DVIP改为具有距离、方位双重积分的多点采样智能化的DVIP,以减小脉动,提高被测对象的稳定性。本文介绍了双线偏振DVIP的组成方式、特点及工作原理。     

双线偏振雷达降雨估测分析

本文提出排序配对逼近法来拟合１９９３—１９９４年１３１４次雷达和雨量计的取样资料，这样既弥补了线性回归法的不足，又提高了区域降水估测的精度。由误差分析知道：估测１０００ｋｍ２以上区域的降水时，对双线偏振雷达而言，其估测精度将极有可能降低到１０％以下且比常规雷达有明显改善；双线偏振雷达的两种估测公式之间差异不大；按降水强弱分型处理可提高常规雷达估测精度，但对双线偏振雷达估测无有利影响     

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。     

713雷达的双线偏振改装

本文介绍了将713天气雷达改为双线偏振雷达的方法。即在713雷达上增加一只大功率微波开关,将天线馈源改为双通道,提高雷达发射机的脉冲重复频率和加设必要的数据处理系统后,使713雷达具有双线偏振探测能力。文中对各主要部件的技术指标亦作了介绍。     

双线偏振雷达天线辐射特性对差示反射率因子测量的影响

通过模拟分析,我们发现:由主瓣引起的水平和垂直偏振反射率因子dB数误差比旁瓣引起的同物理量dB数误差至少高一个数量级,并均与该点的反射率因子梯度有一定的相关性。主瓣引起的差反射率因子dB数误差有时可达到0.5 dB左右。这为今后对雷达天线的改进提供了依据。     

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。     

基于双偏振雷达资料的一次强降水超级单体风暴特征分析

基于山东济宁S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空和地面实况资料,对2021年6月14日发生在山东单县一带的强降水超级单体双偏振参量特征和微物理特征进行了分析。结果表明：环境整层湿度较大,CAPE较强,0℃层高度较高,利于强降水产生,0～6 km具有中等强度垂直风切变,利于超级单体风暴产生与维持。单县超级单体风暴旺盛阶段强度在60～65 dBZ,强中心高度基本位于0℃层高度之下,质心偏低。K_DP柱的高度与宽度明显大于Z_DR柱,强盛宽阔的上升气流将一定浓度、小的液态粒子带至较高高度并持续较长时间。风暴低层左侧一直存在K_DP大值区,同时也存在3°/km以上的K_DP高值区,液态粒子浓度较高,最大分钟降水量维持在3 mm以上。风暴低层右侧有明显的入流缺口,有明显的Z_DR弧,表现为偏大的液态粒子。环境0℃层高度以上较厚的厚度内含有丰富的液态粒子和冰相粒子,丰富的冰相粒子下降到0℃层高度之下出现明显融化,在低层强切变的“筛选”作用下,风暴右侧入流与下沉气流结合区以大的液态粒子为主,浓...     

雨区衰减和雷达取样误差对713型双线偏振雷达测量精度的影响

为了确定713型双线偏振雷达的探测精度,本文利用电磁波的矩阵传播法计算了考虑椭球形雨滴在不同空间取向下,雨区衰减对713型双线偏振雷达的可测量反射率因子Z_H、差反射率因子Z_(DR)的影响。并利用已有的统计理论讨论了该雷达的取样误差,为实际雷达改装工作提供了依据。     

雷达遥感新技术及其在灾害性天气探测中的应用

为了推进我国雷达新技术的发展及其在灾害性天气监测和预测中的应用,分析了国内外雷达遥感新技术的发展现状,总结了我国特别是中国气象科学研究院在双多普勒雷达、双基地多普勒雷达、双线偏振雷达、相控阵雷达、激光雷达在灾害性天气的热力、动力和微物理中尺度结构探测中的应用研究所做的部分工作及其在外场试验中的应用情况。这些技术大部分是在新一代天气雷达技术上发展起来的。     

我国双线偏振雷达探测理论及应用研究

在１９８４～１９９５年期间，中国科学院兰州高原大气物理研究所研制完成了我国第一部Ｃ波段双线偏振雷达系统，并首先在国内开展了双线偏振雷达探测理论及应用研究，取得了一些成果，可供雷达气象及相关部门参考。     

基于双偏振雷达资料对南海弱台风降水微物理结构的分析

有些南海弱台风在登陆广东时,由于路径复杂、移动缓慢,会对广东地区造成较长时间和较大范围的风雨灾害。使用双偏振雷达对2018—2020年登陆广东的南海弱台风分析,发现南海弱台风在登陆前强降水区主要有两个:一个是位于海上的台风中心南侧眼墙的降水区,另外一个是在台风移动方向的右前方,台风螺旋雨带上岸的区域。在眼墙中,Z_H和K_DP的大值区在低层同位相,Z_DR大值区位于偏上风方向,降水粒子在移动的右侧开始激发,移动的右侧至右前侧为浓度较大的小粒子降水,而右侧和右后侧为大粒子降水。而且台风降水粒子在海洋和陆地有明显差异,陆地由于地形摩擦和抬升作用,降水粒子浓度较大,但水汽和能量供应不足,降水粒子直径较小;海面由于水汽和能量供应充足,对流发展较高,主要为大雨滴的对流降水,但降水粒子浓度不及陆地。      

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。     

STUDY ON RAINFALL MEASUREMENT AND RAINDROP SPECTRA WITH THE DIFFERENTIAL REFLECTIVITY Z_(DR)TECHNIQUE OF A DUAL LINEAR POLARIZATION RADAR

In this paper,it is shown that the differential reflectivity Z_(DR) is related to drop sizedistribution(DSD)and the spectral shape variation of different truncated diameters.Z_(DR) is asensitive function to variation of DSD of the spectra.The effects of shape variation of DSD onrainfall can be deduced with a(Z_H,Z_(DR))dual-parameter technique,which is effective to improvethe accuracy of rainfall measurement and is of the priority of identifying large particles ofhydrometeors(especially hailstone)from the rain region.     

不同尺寸冰雹S波段双偏振雷达偏振量特征统计

冰雹大小影响天气灾害的程度,为发展基于双偏振参量识别冰雹大小的算法,筛选了2019年、2020年山东省发生的33例冰雹事件,依据我国冰雹等级划分标准将其划分为小冰雹、大冰雹、特大冰雹,基于湿球0℃及冰雹融化特性确定了7个高度层,探讨了3类冰雹在不同高度层的双偏振参量分布特征,并获得了冰雹的偏振参量阈值。研究表明：在相同高度,冰雹越大雷达水平反射率因子Z_h中位数越大、差分反射率因子Z_dr中位数越小且基本为正值,但在-10～-20℃层,大冰雹的Z_dr中位数易呈现负值;相关系数CC中位数随冰雹增大或高度降低而减小,但特大冰雹在0℃层到H_0℃-1 km (0℃层下1 km)之间由于融化比例较小CC反而会稍大;冰雹差分相移率K_DP中位数在0℃层以上为0°/km左右,在0℃层以下随高度降低冰雹融化而增加;大冰雹或特大冰雹基本特征是Z_h大、CC小、Z_dr小,CC可低至0.7以下,所有冰雹的Z_dr、K_DP可...