基于新型观测算子的双偏振雷达雨滴谱变分反演

作     者：陈垚 寇蕾蕾 蒋银丰 杨春生 林正健 楚志刚 CHEN Yao;KOU Leilei;JIANG Yinfeng;YANG Chunsheng;LIN Zhengjian;CHU Zhigang

作者机构：南京信息工程大学大气物理学院江苏南京210044 福建省平潭综合实验区气象局福建平潭350400 南京信息工程大学气象灾害预警与评估协同创新中心江苏南京210044 平潭海洋气象野外科学观测研究站福建平潭350400 福建省灾害天气重点实验室福建福州350001 

出 版 物：《热带气象学报》 (Journal of Tropical Meteorology)

年 卷 期：2022年第38卷第6期

页      面：854-869页

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

基　　金：国家自然科学基金面上基金(41975027) 国家重点研发计划重点专项(2017YFC1501401)共同资助 

主　　题：变分反演 观测算子 双偏振多普勒天气雷达 雨滴谱反演 衰减订正 

摘      要：提出一种基于变分理论的双偏振多普勒天气雷达反演雨滴谱方法,最优反演雨滴谱的同时可实现衰减订正。反演过程中使用一种新型观测算子,利用滴谱仪实测数据计算状态变量和双偏振参量,使观测算子更能代表本地降水特性。将新型观测算子、误差协方差矩阵和状态变量的先验估计用于代价函数中,基于高斯-牛顿迭代方法求解代价函数得到最优雨滴谱。利用理想模拟试验和南京信息工程大学C波段双偏振多普勒天气雷达实测个例对算法进行验证和评估。结果表明:算法反演得到的状态变量(液态水含量LWC和质量权重平均直径Dm)与滴谱仪数据计算结果的相关系数达到了0.96和0.80,相对偏差为25.19%和10.63%,均方根误差比常规反演结果改善了50%左右,比基于模拟观测算子的变分反演结果改善了30%左右,最优反演雨滴谱得到的降雨率R和雨量计数据相关系数达到0.89,相对偏差为14.78%。