双基地偏振雷达探测时小旋转椭球雨滴的侧向散射特性-论文.pdf

《双基地偏振雷达探测时小旋转椭球雨滴的侧向散射特性-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、文章编号：1674—7070(2014)03—0249—08杨通晓'王振会’。王蕙莹张培昌。胡方超双基地偏振雷达探测时小旋转椭球雨滴的侧向散射特性摘要0引言从旋转椭球粒子散射理论出发，给出单个小旋转椭球雨滴在入射不同偏振双基地多普勒天气雷达系统可以直接而廉价测得三维矢量风波时的散射函数，并对其在不同仰角情场，并可获得较精细的云结构，国内外已做了广泛的科学研究与业务况的数学图形和物理意义做了讨论，为推导基于椭球雨滴群的双基地偏振雷达应用的探索工作．1993年，NCAR研制了第一部较实用的双基地天气方程、研究椭球雨滴群对双基地线偏振雷达网，并进行了外场试验．deElia

2、等于2001年对所有的双(多)雷达探测能力的影响、处理和分析双基基地天气雷达系统研究成果作了概括性的总结．地偏振雷达资料，提供了理论依据．关键词为了进一步研究和应用双基地多普勒天气雷达，有必要就散射双基地雷达：双线偏振雷达；小旋转体对雷达波的侧向散射特性作仔细的研究．莫月琴等推导出了小圆椭球雨滴：侧向散射球形粒子群双基地雷达气象方程，并对双基地雷达探测能力进行了中图分类号P415．2分析．实际大气中的降水粒子通常是非球形的．实验研究指出，当等效文献标志码A半径大于140m，下落雨滴一般呈扁球形．自然界中冰粒的形状较为复杂，呈球形、椭球形、锥形等J．据Mackin_6

3、J，在英格兰东南部的一次强风暴中约有60％～70％的冰雹呈扁椭球形，只有百分之几是球形．因而非球形雨滴和冰雹对电磁波的散射在气象科学中具有重要的研究价值．Barber等针对不同形状、不同相态降水粒子散射特性的计算研究，为雷达观测结果提供了更符合实际的解释和分析依据．Atlas等计算了小旋转椭球粒子的散射和衰减．Vandehulst给出了小椭球粒子散射的表示式．Asano等用分离变量法推导出计算均匀旋转椭球散射公式，并较详细讨论了匀质椭球粒子的散射特性．张培昌等¨收稿日期2012-05—12也独立推导出计算两层分层均匀旋转椭球粒子散射的公式，很好地资助项目同家一然科学

4、基金(40875016)；教解决了非均匀旋转椭球状粒子的散射理论和数值计算问题，并对扁育部高等学校博士学科点专项科研基金(20060300002)椭球形状冰水混合粒子散射和椭球状粒子群的雷达反射率和衰减系作者简介数做了一定的研究．杨通晓，女，硕士，T程师，研究方向为大气探测与大气遥感．ytx1105@qq．㈣目前较为流行的非球形粒子散射的数值计算方法有一矩阵法和下振会(通信作者)，男，教授，博士牛导离散偶极子近似算法(DDA)．Aydin等¨运用71-矩阵法计算了各种师，主要研究方向为大气探测与大气遥感．eiap@nuist．edu．cn形状、相态的冰相粒子的散射特

5、性．刘黎平等¨用矩阵法研究了不同相态的冰雹的散射与衰减特性．Atlas等¨。和Allan等¨实验研究1上海巾气象科学研究所，i海，2000302南京信息T程大学气象灾害省部共建教了椭球形的粒子的散射特性．王庆安等进行了单个扁椭形雨滴和育部重点实验室，南京，210044冰粒的后向散射实验．许小永等¨驯用实验资料检验了DDA算法．3南京信息工程大学大气物理学院，南京2l0044本文结合双基地雷达探测需求，推导分析单个小旋转椭球粒子杨通晓，等．双基地偏振雷达探测时小旋转椭球雨滴的侧向散射特性250YANGTongxiao．eta1．Studyonscatteringfea

6、turesofasmallrotatingspheroidalraindropfnrabistaticpolarizationradardetectingsystem的散射函数，并讨论其散射能量的空间分布特性，为发射电磁波从主动雷达到目标粒子这一路径R上建立适用于双基地雷达探测椭球雨滴群的雷达气象的传播转换矩阵，[]为散射电磁波从目标粒子到方程、研究椭球雨滴群旋转轴取向对双基地线偏振辅站这一路径R上的传播转换矩阵．由于双基地偏雷达探测能力的影响、处理和分析双基地偏振雷达振雷达的接收雷达与发射雷达分开，从而R≠R，资料，提供理论基础．[l_≠[]．传播转换矩阵[]、[

7、]，表示电磁波传播路径中由于云和降水粒子群的存在所造成的差1双基地偏振雷达散射电场表达式分衰减、差分相移和退偏振现象．忽略传播路径上的Howard等建立的雨滴倾角统计模型指出，在传播效应，即令传播转换矩阵[]、[]为单位近地面以上降水粒子旋转轴很接近一致铅直取向，矩阵．倾斜角较大时也仅为0．6。左右．本文以此认为降水根据单基地偏振雷达散射电场表达式，可进粒子旋转轴作铅直取向．定义目标粒子散射坐标系一步推导出式(1)中各项的表达式．为0，如图1，旋转轴铅直向上，和叼2轴为双基地偏振雷达探测时单个椭球粒子的散射相等轴，取轴指东、叼轴指北．矩阵：在双基地雷达系统中(图