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.     

对流边界层湍流结构系数的声雷达研究

本文叙述了在某些对流条件下,声雷达探测温度结构系数和风速结构系数(C_T~2和C_V~2)的简便方法.我们用声雷达在北京对于对流发展较好的自由对流体系作了实验,实验得到了9—10点钟时的C_T~2剖面和冬季13点钟时的C_V~2剖面.剖面结果表明,在Z≤0.7Z_i区间的C_T~2和C_V~2剖面与Kaimal等(1976)在明尼苏达(Minnesota)(陆上)的实验结果比较接近,在0.7Z_i≤Z≤Z_i区间,则我们用声雷达测量的C_T~2剖面和极大值都比Kaimal的结果大,并对两者的差别进行讨论.     

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。     

青藏高原夏季TBB场与水汽分布关系的初步研究

通过对比分析 1998年夏季各月青藏高原及周边地区GMSTBB及由HLAFS资料计算的湿度(T -Td、θse)和水汽通量平均场 ,指出 :TBB场展示的云区及无云或少云区可以直观地揭示出大气中湿、干区的分布 ,准纬向和准经向TBB低值带分别指示出大气中的水汽汇合区和水汽输送带。据此 ,由 17年夏季TBB总平均场分析得到 :青藏高原上空为北部较干、南部很湿 ,并且南部湿区中又是中、东部较湿和嵌入有两个湿中心区 ,西部较干 ;高原上的水汽来自孟加拉湾和阿拉伯海 ,并且主要从 85°～ 95°E一带中的某些有利地区涌上高原     

双/多基地天气雷达探测小椭球粒子群的雷达气象方程

首先导出小椭球散射的方向函数及侧向散射截面的表达式。然后,考虑发射水平偏振波与垂直偏振波这两种情况下,当小椭球粒子群旋转轴作一致铅直取向和在空间作均匀随机取向时,分别建立适用于双/多基地雷达接收子站的雷达气象方程。主要结果为:(1)当入射波以不同的仰角及方位角射到旋转轴任意取向的椭球上时,会在椭球的3个轴上产生不同的极化电偶极矩分量,使小椭球散射方向函数不仅与散射方向有关,还与天线和粒子两个直角坐标之间的配置情况有关。(2)无论入射波偏振方式是水平还是垂直,小椭球粒子的总侧向散射截面恒是散射波在该方向上造成的侧向散射截面之和。(3)双基地雷达气象方程与单基地雷达气象方程比较,其差别在于侧向散射截面与后向散射截面的不同,另外,有效照射体积不同,子站与单基地站天线方向性函数不同,使双基地雷达气象方程中多出与双基地角有关的一个因子。(4)主站天线辐射在半功率点内不论均匀与否,双基地雷达气象方程中的侧向散射截面均代表总的侧向散射截面且依赖入射波偏振方式。(5)给出了小椭球群旋转轴一致铅直取向情况下的双基地雷达气象方程,这些方程与入射波偏振方式、主站发射天线辐射在半功率点内均匀与否有关。入射波为垂直偏振时一致铅直取向的椭球群的侧向散射截面可能由包含铅直分量在内的3个正交分量组成。这具体依赖于主站天线仰角。但入射波为水平偏振时到达子站天线处的回波功率与主站天线仰角无关。(6)给出了小椭球群旋转轴在空间无规则取向时的双基地雷达气象方程,这些方程与主站天线仰角、入射波偏振方式等无关,但与主站发射天线辐射在半功率点内均匀与否有关。     

声波在湍流大气中的散射衰减

文章推导出了改进的大气声散射截面σ(θ)表达式，确定了大气声散射系数αs的解析表达式，并得出改进的大气声折射指数脉动结构系数c2n表达式。实测结果表明，在潮湿大气中，湿度脉动和温湿相关脉动与温度脉动一样是影响声散射衰减的重要因子，而在干燥大气中，湿度脉动的影响可以忽略。     

避雷针对天气雷达回波影响的研究

针对避雷针对天气雷达回波影响的问题,通过对天气雷达的盲区及雷达散射截面(RCS)的理论分析,利用HFSS仿真软件及实验的方法,研究水平极化下,不同材料不同尺寸的避雷针的雷达散射截面,结论是:在相同材料避雷针及相同雷达波长情况下,避雷针高度、半径与其雷达散射截面呈正相关;在相同雷达波长情况下,避雷针为理想金属的雷达散射截面比塑钢与理想金属组合材料的雷达散射截面大;实验结果表明避雷针架设在X波段多普勒天气雷达天线附近时,对雷达回波造成的影响可忽略不计.研究结果为在天气雷达附近架设避雷针提供了理论和实验依据,具有应用价值.     

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。     

水汽和二氧化碳长波面透射率的一种计算方法

本文将水汽和CO_2的吸收带分别按实验数据分成10个和2个基本波段,导出了这些波段中长波平均面透射率的解析表达式,並用220°,260°和300°K的实验数据进行了计算。结果表明,本文给出的计算公式精度较高,可用于大气环流模式以计算大气的长波辐射冷却率。文中还给出了面透射率计算公式的简要推导过程以及广义吸收系数与温度的关系。     

扁旋转椭球状冰水混合粒子对偏振雷达波的散射

本文借助于旋转椭球矢量波函数和平均场的理论,得到了非均匀扁旋转椭球粒子对偏振电磁波散射的准解析解,并利用所得理论公式给出了雷达气象上极为重要的在平行和垂直入射条件下,非均匀扁旋转椭球状海绵冰粒对雷达波的后向散射截面数值计算结果。在计算中认为海绵冰粒分二层,内核为纯冰扁旋转椭球,外层由冰水混合构成。