双线偏振雷达产品生成软件系统研究

该项目的目的是以我国新一代天气雷达为工作平台,开发一套利用双线偏振雷达探测物理量,高精度反演降水强度、降水总量、液态含水量和识别冰雹区、过冷水区、降雨区、降雪区、降雹降雨混合区等的软件系统。 双线偏振雷达是继多普勒雷达技术后,将在我国逐步推广的雷达探测技术。在我国新一代多普勒天气雷达系统上增加双线偏振功能后,可以直接探测到与降水粒子的微物理特征有关的差分反射率因子、退偏振因子、差相移、零延迟交叉信号的相关系数等物理量。双线偏振雷达可以改善雷达估测降水的能力,有效识别降水粒子的相态和大小,在人工影响天气、灾害性天气的监测和预警、水库和城市水源的管理、航空等领域有很大应用潜力。     

双线偏振雷达测量精度的统计分析与降水估测

通过对双线偏振雷达１９８８－１９９０年一些观测资料的统计分析，我们发现：空间相关系数ρＶ、时序相关系数ρＴ、差示反射率因子ＺρＲ及其均方差σＤＲ各自遵从一定的统计分布规律；σＤＲ（ｄＢ）与ρＴ之间近似呈线性负相关；选择３２对预平均处理取样模型为最佳；当ρＴ＞０．９５，预平均本数为３２时σＤＲ可降到０．２ｄＢ以下。这些结论为我们提高双线偏振雷达的性能和探讨系统的气象应用提供了依据。另外，在选择最佳采     

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。     

双线偏振多普勒雷达估算降水方法的比较研究

用美国KOUN双线偏振多普勒雷达2003年5～6月观测的两次强对流降水的天气过程资料，研究了从冰雹云降水回波中剔除冰雹回波得到液态降水区域的方法，冰雹回波剔除的结果保证了估测降水量不受冰雹的影响；分析了S波段双线偏振多普勒雷达几种估测降水强度方法的差异，并与地面雨量站资料进行对比，研究了KDP计算方法本身对降水估测的影响。结果表明：在实际的估测降水中，不同降水估测方法得到的结果有较大的差异，利用KDP估测降水的方法不适合小雨阶段的测量。     

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。     

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。     

车载X波段双线偏振多普勒天气雷达及其数据处理系统

文章介绍了车载X波段双线偏振多普勒天气雷达及其数据处理系统,并对其资料质量和应用问题进行了分析和讨论。该雷达采用的单发双收的工作机制,实现对Z_H、Z_(DR)、Φ_(DP)、K_(DP)、ρ_(HV)(0)以及L_(DR)等参数的探测。这些信息反映了云和降水粒子的范围、大小和运动变化等特征,是研究云和降水特别是灾害性天气的形成机制及其物理过程变化的有效工具。基于该雷达的数据处理系统是在利用这些测量参数的基础上,可以实现降水处理和降水粒子相态识别功能,为用户提供有效的气象服务。     

C波段双线偏振雷达退偏振因子的应用潜力

退偏振因子是双线偏振雷达可以获得的一个很重要的云不的物理量。从理论上计算了液态和简单的冰相降水粒子对空间取向和尺度大小等因素的关系。     

双线偏振雷达识别冰雹的数值研究

利用中国科学院大气物理研究所的三维冰雹云模式,详细地讨论了云雨衰减作用和云中各粒子共存于同一空间给双线偏振雷达识别冰雹带来的影响.在实际工作中,分析双线偏振雷达的回波时,这些讨论结果对分析和理解云降水过程有帮助.另外,本工作能为改装双线偏振雷达提供有益的理论参考.     

两次对流云合并过程的双偏振雷达观测研究

为了研究对流云合并过程中的微物理特征,利用2008年7月在安徽寿县进行观测的双线偏振多普勒天气雷达的资料,对两次不同类型的对流云合并过程进行了观测分析,研究合并后对流云中偏振量和粒子相态的变化情况。结果表明,卫星云图观测到的对流云合并过程在雷达回波上表现为小回波块之间的合并;回波合并以后强度、径向速度和差分传播相移率等物理量均增大,差分反射率因子大值区向回波连接处转移,并出现一个与大值中心相对称的负值区;合并时在连接处出现一片雨水区,并且只有在中下部开始的合并过程中才会出现冰相粒子增多的现象。     

双线偏振雷达测雨效果的对比分析

本文根据1993、1994年15次层状云和12次对流云降雨过程的地面降雨资料和C波段双线偏振雷达资料，对双线偏振雷达和普通雷达测量不同强度降雨的效果进行了评估和比较。结果表明，从相对误差来看，双线偏振雷达使普通雷达的小雨高估、大雨低估的测量误差趋势减弱，它对小到中雨的测量结果优于普通雷达。双线偏振雷达大雨高估的现象可能与强对流性降雨中冰相粒子的存在有关。     

双线偏振多普勒雷达测量精度的理论分析

双线偏振雷达的主要任务之一是定量测量降水，反射率因子ZH、差反射率因子ZDR、差相移率常数K_DP都可以用来反演降雨强度，而K_DP的测量误差大小是影响反演降雨强度效果的关键。本文从理论公式出发，计算和分析了不同方位平均、距离平均、不同谱宽σV等因素对差传播相移ΦDP测量精度的影响。理论计算结果表明:ΦDP的测量误差随着样本对数M、距离平均区间的增大而减小，随σV的增大而增大(σV=1 m/s时例外)，此外，还总结了3种由ΦDP计算K_DP的方法，并对这3种方法的测量误差进行了比较，发现方法二的测量误差很大，方法一和方法三在一定的条件下都能使K_DP测量精度达到0.1°/km。     

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.     

双线偏振雷达差分反射率因子系统误差订正

差分反射率因子ZDR易受雷达系统自身的影响而产生明显偏差,这种偏差是不随空间积累而改变的.为了保证雷达资料及其产品的质量,根据中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室车载C波段双线偏振多普勒雷达(C-band Polarimetric Doppler Radar on Wheel,CPDRW)的外场试验,对观测的ZDR进行了分析,并以垂直扫描数据的订正结果为参考,重点讨论了以体扫模式最高仰角下的小雨和干雪这两种自然目标物为订正对象得到的订正结果.结果表明,高仰角体扫资料的这两种自然目标物都能较好地订正ZDR的系统误差.但相较于小雨,干雪的订正效果更加稳定,是进行ZDR系统误差订正的最优气象目标物,而利用高仰角体扫资料的干雪粒子进行ZDR系统误差订正也就成为垂直扫描订正法的最佳替代方法.     

X波段双线偏振雷达青藏高原观测资料质量分析

云团东移研究项目组计划于2018—2019年夏季利用高原综合观测网对高原东移云团进行重点加密观测,通过获得水汽、云、降水粒子相态分布等云降水物理过程的新数据来深入研究夏季青藏高原云团东移引发长江流域暴雨的机理。本文以布设在四川甘孜的X波段双线偏振雷达2017年9—10月开展预观测试验获取的降水资料为例,分析了该设备在高原上的探测性能及观测资料质量。结果表明:预观测试验期间雷达性能稳定,获得的资料质量整体较好;经过订正处理后的雷达数据能客观反映实际的降水特征,可为观测试验的后续开展以及云和降水物理过程参数化方案研究奠定基础。     

双线偏振雷达差分传播相移的质量控制

利用中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室的车载C波段双线偏振多普勒雷达 (C-band Polarimetric Doppler Radar on Wheel,CPDRW) 的外场试验,在统计分析降水、地物回波差分传播相移Φ_DP数据的差别与信噪比关系等基础上,提出了一套数据分析和处理的方法。该方法通过Φ_DP的异常波动并结合回波的强度Z_H和速度V_r信息将地物回波信号分离出来,在降水估测或衰减订正等定量应用时将其剔除。对于气象回波则根据信噪比及零滞后互相关系数ρ_HV(0) 将Φ_DP资料分为较好、较差和差3类。对于较好数据直接进行后续的预处理,对于较差数据先订正后处理,而对于差数据将其剔除以保证Φ_DP资料的整体质量。经过大量资料的验证,该方法在最大程度上保留气象信息的同时也保证了Φ_DP资料的质量,并能估算出质量较高的差分传播相移率K_DP资料。     

雨区衰减对双线偏振雷达测雨的影响研究

以滴谱理论为基础，给出了双线偏振雷达各测雨式的雨区衰减订正公式和方法，并利用模拟的滴谱分布资料，分析了各波段双线偏振雷达各测雨式受雨区衰减的影响情况以及做衰减订正后的改进情况，提出了双线偏振雷达各测雨式在估测降雨中使用的建议。     

差分反射率ZDR和反射率Ze测雨精度的对比分析

本文根据大量不同类型降雨的雨滴谱资料，分析了两种雷达测雨与滴尺度分布的关系，模拟计算了双线偏振雷达可测到的(R/ZH)-ZDR和常规天气雷达可测到的Z-R经验关系和它们在测量降雨率精度的对比分析。表明差分反射率ZDR对改进雷达测雨的精度有着明显的优势。