雷达气象学双线偏振雷达探测课件.ppt

雷达气象学双线偏振雷达探测双双线偏振雷达偏振雷达现有雷达探有雷达探测能力的不足能力的不足:（1） 难以提供降水的相以提供降水的相态信息（冰相或液相）信息（冰相或液相）（2） 难以提供降水粒子特性，（雨滴、以提供降水粒子特性，（雨滴、过冷却水；冰雹的干、冷却水；冰雹的干、 湿情况；雪花的干湿情况）湿情况；雪花的干湿情况）（3）雷达定量）雷达定量测量降水的精度有限（降雨、降雪、降雹）量降水的精度有限（降雨、降雪、降雹）（4）衰减）衰减订正的参考信息正的参考信息（5）区分降水目）区分降水目标和非降水目和非降水目标（地物等）（地物等）寄希望于新型双偏振雷达寄希望于新型双偏振雷达 ！电磁波的偏振磁波的偏振双双线偏振雷达系偏振雷达系统的特点的特点理理论要求要求:能能发射水平偏振和垂直偏振的射水平偏振和垂直偏振的电磁波磁波,需要两种偏振状需要两种偏振状态的的发射机射机能接收水平偏振和垂直偏振的回波信号能接收水平偏振和垂直偏振的回波信号,需要两个接收机需要两个接收机两个两个发射系射系统性能一致性能一致两个接收系两个接收系统性能一致性能一致两种偏振状两种偏振状态下的天下的天线增益和波瓣一致增益和波瓣一致双双线偏振雷达系偏振雷达系统的特点的特点系系统体制体制广泛采用广泛采用单发双收体制-NCAR 的S波段双偏振雷达Seliga and Bringi, 1976 (JAM)-first discussion of single transmitter, dual-receiver configuration-now known as STSR双双线偏振雷达偏振雷达获得的新参量得的新参量（1）差分反射率因子）差分反射率因子Zdr Zdr=10log10(Zhh/Zvv)（2）线性退极化比 Ldr = 10log(ZVH/ZHH )（3）相关系数 hv（4) 双程相位差dp水平、垂直偏振回波信号的相位之差 (5) 相位差常数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新信息的特性差分反射率因子差分反射率因子Zdr - 降雨情况降雨情况 Zdr=10log10(Zhh/Zvv)新信息的特性新信息的特性差分反射率因子差分反射率因子Zdr - 降雪情况降雪情况 Zdr=10log10(Zhh/Zvv)新信息的特性新信息的特性差分反射率因子差分反射率因子Zdr - 降雹情况降雹情况 Zdr=10log10(Zhh/Zvv)降雨回波的 Z和ZdrNorman, Aug/13/2011, KOUN Z Zdr 新信息的特性新信息的特性一次包含冰雹降水一次包含冰雹降水过程的程的Zdr 约为0 dB雪区的Zdr零度层亮带区的Zdr新信息的特性新信息的特性昆虫回波有昆虫回波有较大的大的Zdr新信息的特性新信息的特性地物回波有地物回波有较大且大且杂乱的乱的ZdrZ Zdrdr 和雨滴大小的关系和雨滴大小的关系不同降水不同降水类型下型下L Ldrdr的典型的典型值Zdr 大大 雨滴大雨滴大,但关系但关系难以确定以确定 L Ldrdr的可以反映零度曾的可以反映零度曾层亮亮带一次冰雹的一次冰雹的L Ldrdr的的较大大DP =HH - VV 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 HH VV = DP 0. 与波长有关相位差相位差dp及其特点及其特点相位差相位差 dpdp与回波与回波强度的大致关系度的大致关系相位常数相位常数K Kdpdp与的特点与的特点 不受标定影响 不受衰减影响 Independent of attenuation 对粒子谱不敏感（Z 更敏感） 不受部分阻挡的影响 与雷达波长有关一次降水过程中DP, KDP和Z 随径向距离的变化 DP DP and hydrometeors along the pathand hydrometeors along the path一次降水过程的 Z 和DP 情况Norman, Aug/13/2011, KOUN, S band Z DP DP相关系数相关系数 hvhv的特点的特点相关系数相关系数 hvhv的特点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hv大于0.95，但随Zdr的增大而减小(2) 地物的hv大于可能小于0.7(3) 雪和冰雹的hv可能达到0.8左右(4) 零度层融化区,相关系数hv介于0.8 0.95用途：判别降水回波和地物回波,比较有效不同目不同目标的相关系数典型的相关系数典型值( (取自取自NOAA)NOAA)雨水雨水冰雹冰雹软雹雹雪花雪花冰晶冰晶融化融化层地物地物杂波波生物生物(鸟昆虫昆虫)铝箔条箔条垃圾垃圾2015-3-182015-3-18上海南上海南汇双偏双偏阵雷达雷达观测的回波的回波强度和相关系数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 Tornado Debris双双线偏振雷达信息的偏振雷达信息的显示示双双线偏振雷达信息的偏振雷达信息的应用用-回波分回波分类所用的六个参量为双双线偏振雷达信息的偏振雷达信息的应用用-分分类一次过程的识别结果降雨估测降雨估测-科罗拉多州立大学的降雨估测科罗拉多州立大学的降雨估测公式公式降雨估降雨估测的效果的效果对比比双线偏振雷达和常规雷达估测降水情况的比较双双线偏振雷达的探偏振雷达的探测与与应用用优势偏振雷达的偏振雷达的优势:估估测降水精度的改善降水精度的改善 Rainfall Estimation (vast improvement)识别零度零度层亮亮带 Bright Band Detection (vast improvement)地物地物杂波波识别和消除和消除/雷达数据雷达数据质量量 Clutter Filtering /Data Quality Improvement (vast improvement)降雨降雨/降雪的判降雪的判别 Rain/Snow Discrimination (vast improvement)冰雹探冰雹探测 Hail Detection (some improvement)龙卷探卷探测 Tornado Detection (some improvement)美国气象美国气象业务雷达的雷达的发展展历程程人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。

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