雷达气象学--双线偏振雷达探测.ppt

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1、双线偏振雷达探测原理和应用介绍南京信息工程大学大气物理学院黄兴友2016-12-8双线偏振雷达现有雷达探测能力的不足:（1）难以提供降水的相态信息（冰相或液相）（2）难以提供降水粒子特性，（雨滴、过冷却水；冰雹的干、湿情况；雪花的干湿情况）（3）雷达定量测量降水的精度有限（降雨、降雪、降雹）（4）衰减订正的参考信息（5）区分降水目标和非降水目标（地物等）寄希望于新型双偏振雷达！电磁波的偏振双线偏振雷达系统的特点理论要求:能发射水平偏振和垂直偏振的电磁波,需要两种偏振状态的发射机能接收水平偏振和垂直偏振的回波信号,需要两个接收机两个发射系统性能一致两个接收系统性能

2、一致两种偏振状态下的天线增益和波瓣一致双线偏振雷达系统的特点系统体制—广泛采用单发双收体制---NCAR的S波段双偏振雷达SeligaandBringi,1976(JAM)---firstdiscussionofsingletransmitter,dual-receiverconfiguration---nowknownasSTSR双线偏振雷达获得的新参量（1）差分反射率因子ZdrZdr=10log10(Zhh/Zvv)（2）线性退极化比Ldr=10log(ZVH/ZHH)（3）相关系数ρhv（4)双程相位差φdp水平、垂直偏振回波信号的相位之差(5)相位差常数

3、Kdp(单位距离上的相位差)粒子的形状和偏振特性新信息的特性差分反射率因子Zdr--降雨情况Zdr=10log10(Zhh/Zvv)新信息的特性差分反射率因子Zdr--降雪情况Zdr=10log10(Zhh/Zvv)新信息的特性差分反射率因子Zdr--降雹情况Zdr=10log10(Zhh/Zvv)降雨回波的Z和ZdrNorman,Aug/13/2011,KOUNZZdr新信息的特性一次包含冰雹降水过程的Zdr约为0dB雪区的Zdr零度层亮带区的Zdr新信息的特性昆虫回波有较大的Zdr新信息的特性地物回波有较大且杂乱的ZdrZdr和雨滴大小的关系不同降水类型下L

4、dr的典型值Zdr大雨滴大,但关系难以确定Ldr的可以反映零度曾层亮带一次冰雹的Ldr的较大ΦDP=ΦHH-ΦVV•对球形粒子来说，垂直偏振波和水平偏振波引起的相位相同.•非球形粒子对垂直偏振波和水平偏振波造成的相位不同.•如果雷达取样体积中有更多的扁椭球粒子（如强降雨、降雪或卷云中的冰晶），则水平偏振雷达电磁波的传播速度慢于垂直偏振电磁波的传播速度ΦHH>ΦVV==>ΦDP>0.•与波长有关相位差Φdp及其特点相位差Φdp与回波强度的大致关系相位常数Kdp与的特点不受标定影响不受衰减影响Independentofattenuation对粒子谱不敏感（Z更敏感

5、）不受部分阻挡的影响与雷达波长有关一次降水过程中ΦDP,KDP和Z随径向距离的变化ΦDPandhydrometeorsalongthepath一次降水过程的Z和ΦDP情况Norman,Aug/13/2011,KOUN,SbandZΦDPΦDP相关系数ρhv的特点相关系数ρhv的特点反映水平偏振和垂直偏振通道的回波信号的相似性特点：(1)对于雨水，相关系数ρhv大于0.95，但随Zdr的增大而减小(2)地物的ρhv大于可能小于0.7(3)雪和冰雹的ρhv可能达到0.8左右(4)零度层融化区,相关系数ρhv介于0.8~0.95用途：判别降水回波和地物回波,比较有效不

6、同目标的相关系数典型值(取自NOAA)雨水冰雹软雹雪花冰晶融化层地物杂波生物(鸟昆虫)铝箔条垃圾2015-3-18上海南汇双偏阵雷达观测的回波强度和相关系数相关系数和零度层亮带相关系数比较清晰地反映了零度层亮带的存在龙卷垃圾回波TornadoDebris双线偏振雷达信息的显示双线偏振雷达信息的应用---回波分类所用的六个参量为双线偏振雷达信息的应用---分类一次过程的识别结果降雨估测--科罗拉多州立大学的降雨估测公式降雨估测的效果对比双线偏振雷达和常规雷达估测降水情况的比较双线偏振雷达的探测与应用优势偏振雷达的优势:估测降水精度的改善RainfallEstim

7、ation(vastimprovement)识别零度层亮带BrightBandDetection(vastimprovement)地物杂波识别和消除/雷达数据质量•ClutterFiltering/DataQualityImprovement(vastimprovement)降雨/降雪的判别Rain/SnowDiscrimination(vastimprovement)冰雹探测HailDetection(someimprovement)龙卷探测TornadoDetection(someimprovement)美国气象业务雷达的发展历程