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Ka/Ku双波段云雷达探测云降水滴谱和空气垂直运动速度的能力模拟分析

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高原气象 2020年第3期39卷 543-559页

作者：郑晨雨刘黎平中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 成都信息工程大学四川成都610225

由于湍流、雷达探测灵敏度等对单波长云雷达探测回波强度谱密度的影响,造成了云雷达探测空气垂直运动速度和雨滴谱的误差,而双波长云雷达利用Mie散射造成的不同粒子后向散射大小差异来提高空气上升速度探测精度,从而提高反演雨滴谱的能... 详细信息

由于湍流、雷达探测灵敏度等对单波长云雷达探测回波强度谱密度的影响,造成了云雷达探测空气垂直运动速度和雨滴谱的误差,而双波长云雷达利用Mie散射造成的不同粒子后向散射大小差异来提高空气上升速度探测精度,从而提高反演雨滴谱的能力,并且可提高订正雨区衰减的能力。为此中国气象科学研究院研发了Ka/Ku双波段云雷达,并于201.年4月开始在广东龙门进行了云降水观测。本文针对该双波段云雷达观测模式和灵敏度等参数,在Gamma滴谱假设条件下,模拟分析了Ka、Ku波段功率谱及其比值与云降水参数、温度和湍流的关系,研究了雷达灵敏度、湍流对空气垂直速度、雨滴谱反演和衰减订正的影响,并利用个例数据进行了风场反演试验,讨论了双波段探测微降水动力和微物理参数的优势。结果表明:(1.温度只能影响两个波段功率谱比值(Ratio)的大小,对其峰值位置基本没有影响,而湍流对其峰值位置的影响不超过0.5 m·s^-1.(2)湍流、雷达灵敏度对单波段云雷达探测空气垂直速度的影响比较明显,湍流使空气上升速度被高估,雷达最小可测回波强度随高度的增加而增加使该参数被低估,其影响远远大于温度和湍流对双波段云雷达反演空气垂直速度的影响;(3)对于单波段雷达来说,雷达灵敏度和湍流明显影响雨滴谱、含水量和衰减系数的探测,湍流使得雨滴谱拓宽,低估含水量和衰减系数;而雷达灵敏度却使反演的雨滴谱变窄,增加小粒子数浓度,并高估了含水量和衰减系数;(4)选取201.年4月1.^-1.日的个例进行空气上升速度的反演,并与模拟分析的结果进行对比。结果显示实际观测数据反演的空气上升速度与模拟分析结果中的趋势较为一致。这项工作为单波段和双波段云雷达的多普勒功率谱数据分析和云降水微物理和动力参数的反演可提供参考。

关键词：双波段云雷达空气运动速度雨滴谱雷达灵敏度湍流

利用Ka波段毫米波雷达功率谱反演云降水大气垂直速度和雨滴谱分布研究

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高原气象 2019年第2期38卷 325-339页

作者：马宁堃刘黎平郑佳锋中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 成都信息工程大学高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610025

利用中国气象科学研究院201.年华南云降水试验中Ka波段毫米波雷达探测一次层状云降水过程,开展了云内大气垂直速度和雨滴谱的反演研究,并与地面激光雨滴谱仪和微降水雷达的测量雨滴谱结果进行对比分析。首先,采用小粒子示踪法从功率谱... 详细信息

利用中国气象科学研究院201.年华南云降水试验中Ka波段毫米波雷达探测一次层状云降水过程,开展了云内大气垂直速度和雨滴谱的反演研究,并与地面激光雨滴谱仪和微降水雷达的测量雨滴谱结果进行对比分析。首先,采用小粒子示踪法从功率谱密度中反演大气垂直速度以得到静止空气条件下的功率谱密度,进而利用粒子下落末速度-粒子直径关系反演出雨滴谱,最后进行标准化的Gamma分布拟合。研究表明:(1.云降水从零度层到地面1.km,主要由下沉气流主导,近地面大气浮游粒子和直流干扰造成的晴空杂波会影响雷达的功率谱分布;受动态范围限制,回波强度过饱和现象会影响近地面大气垂直速度的反演结果;(2)毫米波雷达CR、微雨雷达MRR和地面雨滴谱仪测量回波强度存在一定差异,MRR相较于CR与地面雨滴谱仪测量偏差较小;在稳定降水时CR和MRR功率谱密度对比较为一致;(3) CR和MRR反演雨滴谱对比实验中,雨滴谱反演对大气垂直速度十分敏感,大气垂直速度的变化,会使CR反演雨滴谱随着高度增加数浓度量级变大、粒子平均半径变小。CR反演的雨滴谱与M RR反演结果基本一致,验证了CR功率谱反演雨滴谱方法的可靠性;(4) CR与地面雨滴谱仪雨滴谱拟合参数的对比表明,CR大气垂直反演的雨滴谱与地面雨滴谱相比粒子平均直径Dm较小,数浓度则较为一致。

关键词：小粒子示踪法毫米波雷达功率谱大气垂直速度雨滴谱分布

Electron-ion collider in china

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Frontiers of physics 2021年第6期16卷 1-78页

作者： Daniele PAnderle Valerio Bertone Xu Cao Lei Chang Ningbo Chang Gu Chen Xurong Chen Zhuojun Chen Zhufang Cui Lingyun Dai Weitian Deng Minghui Ding Xu Feng Chang Gong Longcheng Gui Feng-Kun Guo Chengdong Han Jun He Tie-Jiun Hou Hongxia Huang Yin Huang KrešImir KumeričKi LPKaptari Demin Li Hengne Li Minxiang Li Xueqian Li Yutie Liang Zuotang Liang Chen liu Chuan liu Guoming liu Jie liu liuming liu Xiang liu Tianbo liu Xiaofeng Luo Zhun Lyu Boqiang Ma Fu Ma Jianping Ma Yugang Ma Lijun Mao Cédric Mezrag HervéMoutarde Jialun Ping Sixue qin Hang Ren Craig DRoberts Juan Rojo Guodong Shen Chao Shi qintao Song Hao Sun PawełSznajder Enke Wang Fan Wang Qian Wang Rong Wang Ruiru Wang Taofeng Wang Wei Wang Xiaoyu Wang Xiaoyun Wang Jiajun Wu Xinggang Wu Lei Xia Bowen Xiao Guoqing Xiao Ju-Jun Xie Yaping Xie Hongxi Xing Hushan Xu Nu Xu Shusheng Xu Mengshi Yan Wenbiao Yan Wencheng Yan Xinhu Yan Jiancheng Yang Yi-Bo Yang Zhi Yang Deliang Yao Zhihong Ye Peilin Yin C-PYuan Wenlong Zhan Jianhui Zhang Jinlong Zhang Pengming Zhang Yifei Zhang Chao-Hsi Chang Zhenyu Zhang Hongwei Zhao Kuang-Ta Chao Qiang Zhao Yuxiang Zhao zhengguo Zhao Liang zheng Jian Zhou Xiang Zhou Xiaorong Zhou Bingsong Zou liping Zou Guangdong Provincial Key Laboratory of Nuclear Science Institute of Quantum MatterSouth China Normal UniversityGuangzhou 510006China IRFU CEAUniversitéParis-SaclayF-91191 Gif-sur-YvetteFrance Institute of Modern Physics Chinese Academy of SciencesLanzhou 730000China University of chinese {1. of sciences Beijing 100049China Nankai University Tianjin 300071China Xinyang Normal University Xinyang 464000China School of Physics and Materials Science Guangzhou UniversityGuangzhou 510006China Hunan University Changsha 410082China Nanjing University Nanjing 210093China Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074China European Centre for Theoretical Studies in Nuclear Physics and Related Areas(ECT*)and Fondazione Bruno Kessler Villa TambosiStrada delle Tabarelle 286I-38123 Villazzano(TN)Italy School of Physics Peking UniversityBeijing 100871China Hunan Normal University Changsha 410081China Institute of Theoretical Physics Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China Nanjing Normal University Nanjing 210023China Department of Physics College of SciencesNortheastern UniversityShenyang 110819China Southwest Jiaotong University Chengdu 610000China Department of Physics Faculty of ScienceUniversity of ZagrebBijenička c.3210000 ZagrebCroatia Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics Joint Institute for Nuclear ResearchDubna 141980Russia School of Physics and Microelectronics Zhengzhou UniversityZhengzhou 450001China Lanzhou University Lanzhou 730000China Key Laboratory of Particle Physics and Particle Irradiation(MOE) Shandong UniversityQingdao 266237China Key Laboratory of Quark and Lepton Physics(MOE)and Institute of Particle Physics Central China Normal UniversityWuhan 430079China School of Physics Southeast UniversityNanjing 211189China Key Laboratory of Nuclear Physics and Ion-beam Application(MOE) Institute of Modern PhysicsFudan UniversityShanghai 200433China Shanghai Institute of Applied Physics Chinese Academy of SciencesShanghai 201800China Depa

Lepton scattering is an established ideal tool for studying inner structure of small particles such as nucleons as well as *** a future high energy nuclear physics project,an Electron-ion collider in china(EicC)has been *** will be constructed based on an upgraded heavy-ion accelerator,High Intensity heavy-ion Accelerator Facility(HIAF)which is currently under construction,together with a new electron *** proposed collider will provide highly polarized electrons(with a po-larization of 80%)and protons(with a polarization of 70%)with variable center of mass energies from 1. to 20 GeV and the luminosity of(2–3)×1.33 cm^(−2)·s^(−1..Polarized deuterons and He{1.m-3,as well as unpolarized ion beams from Carbon to Uranium,will be also available at the *** main foci of the EicC will be precision measurements of the structure of the nucleon in the sea quark region,including 3D tomography of nucleon;the partonic structure of nuclei and the parton interaction with the nuclear environment;the exotic states,especially those with heavy flavor quark *** addition,issues fundamental to understanding the origin of mass could be addressed by measurements of heavy quarkonia near-threshold production at the *** order to achieve the above-mentioned physics goals,a hermetical detector system will be constructed with cutting-edge *** document is the result of collective contributions and valuable inputs from experts across the *** EicC physics program complements the ongoing scientific programs at the Jefferson Laboratory and the future EIC project in the United *** success of this project will also advance both nuclear and particle physics as well as accelerator and detector technology in china.

关键词： electron ion collider nucleon structure nucleon mass exotic hadronic states quantum chromodynamics 3D-tomography helicity transverse momentum dependent parton distribution generalized parton distribution energy recovery linac polarization spin rotator

降水条件下的云雷达与微波辐射计反演液态水含量对比分析

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热带气象学报 2021年第4期37卷 669-680页

作者：邹明龙刘黎平郑佳锋曾震瑜李博勇成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

为了发展云雷达与微波辐射计联合反演液态水含量的方法,利用201.年4—9月中国气象科学研究院在广东龙门开展的综合观测试验中的双波段云雷达和微波辐射计数据,首先检验了在降水条件下微波辐射计天顶观测和斜路径观测两种探测模式反演温... 详细信息

为了发展云雷达与微波辐射计联合反演液态水含量的方法,利用201.年4—9月中国气象科学研究院在广东龙门开展的综合观测试验中的双波段云雷达和微波辐射计数据,首先检验了在降水条件下微波辐射计天顶观测和斜路径观测两种探测模式反演温度(T)、相对湿度(RH)、液态水含量(LWC)和液态水路径(LWP)的合理性,然后分析了两种探测设备反演LWC和LWP的差别。得到以下结论:(1.微波辐射计在斜路径观测模式下反演的产品受降水影响较小,其反演结果明显优于天顶观测模式;(2)两种探测设备反演的LWP相关性较好且随时间变化较为一致,但云雷达反演LWP与平均回波强度有明显相关,随着雷达回波强度的增大,云雷达与微波辐射计反演的LWP之比越大;(3)两种探测设备反演的LWC相关性较差且存在明显偏差,在不考虑融化层的情况下单波段云雷达反演LWC与微波辐射计随高度变化趋势相近,双波段云雷达反演LWC与微波辐射计反演结果在1.km及其以上区间存在明显差异。

关键词：双波段云雷达微波辐射计液态水路径液态水含量

基于风云四号静止气象卫星的局地对流智能化预警模型及应用

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气象科技 2023年第6期51卷 771-784页

作者：李俊闵敏李博韦晓澄刘子菁郑永光张小玲覃丹宇孙逢林马铮王立志中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心许健民气象卫星创新中心北京100081 中山大学大气科学学院热带大气与海洋教育部重点实验室和广东省气候变化与自然灾害重点实验室珠海519082 广东省气象局广州气象卫星地面站广州510630 国家气象中心北京100081 中国科学院大气物理研究所北京100029

强对流等灾害性天气给人民生活和社会经济发展造成了严重影响,准确理解强对流发生的机理及提高其预报效果仍然是具有挑战性的工作。综合利用我国自主研发的新一代地球静止轨道气象卫星风云四号高时空分辨率观测数据和中国气象局全球数... 详细信息

强对流等灾害性天气给人民生活和社会经济发展造成了严重影响,准确理解强对流发生的机理及提高其预报效果仍然是具有挑战性的工作。综合利用我国自主研发的新一代地球静止轨道气象卫星风云四号高时空分辨率观测数据和中国气象局全球数值预报(china {1. Administration-Global Forecast System,CMA-GFS)格点化产品,研究局地对流发生前大气环境场的特征和关键影响因子的变化。分析表明:卫星观测得到的云顶冻结信息以及表征大气的不稳定性、水汽含量等数值模式变量是预测局地对流发生的重要因子。利用面积重叠法和光流法对云团进行连续追踪,采用机器学习技术建立了中国区域局地对流发生和强度分级(弱、中、强)预警模型2.0版本(Storm Warning In Pre-convective Environment Version 2.0,SWIPE-V2.0),实现了局地对流的智能化预警。独立检验结果表明:模型对6个不同分区的雨季8 mm/h以下强度降水相关的对流判识准确率在0.5~0.85,对8 mm/h以上强度降水相关的对流判识准确率在0.69~0.91.间,具有较好的提前预警效果和实际应用价值。目前,SWIPE-V2.0已投入实时应用。

关键词：风云四号数值预报随机森林对流预警模型

星载雷达DPR与地基雷达CR的匹配对比及系统偏差初探

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暴雨灾害 2021年第3期40卷 287-296页

作者：曾震瑜刘黎平郑佳锋邹明龙李博勇成都信息工程大学大气科学学院成都610025 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

将GPM(Global Precipitation Measurement)卫星搭载的双频降水雷达DPR(Dual-frequency Precipitation Radar)和广东龙门观测站的地基Ka/Ku双波段雷达CR(Cloud Rader)在201.年4—9月的观测数据进行时空匹配,结合微雨雷达MRR(Micro Rain Rader)的雨滴谱数据对CR衰减订正处理,比较DPR与CR探测回波强度差异,最后对两者的系统偏差进行分析。结果表明:(1.DPR和CR探测到的回波强度随高度变化的趋势大体一致,零度层亮带高度基本一致,同样高度下DPR探测到的回波强度明显大于CR。(2)统计弱的非降水云算得CR双频系统偏差约为3.1.dBz。(3)雨强越强,CR天线罩水膜厚度越大,回波衰减越大。(4)逐库订正过程中利用雨滴谱数据计算衰减系数,CR在Ka与Ku波段的反射率因子订正量不超过4 dBz。(5)综合所有适配数据,CR与DPR的反射率因子在Ka波段内订正后平均系统偏差为1..7 dBz,在Ku波段内订正后平均系统偏差为1..4 dBz。虽然经订正处理后两部雷达间的系统偏差偏大,但对改善地基Ka/Ku双波段雷达的数据质量有明显的改善。

关键词： DPR Ka/Ku双波段雷达衰减订正水膜影响系统偏差

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中国极化电子离子对撞机计划

核技术 2020年第2期43卷 1-59页

作者：曹须常雷畅宁波陈旭荣陈卓俊崔钫戴凌云邓维天丁明慧龚畅桂龙成郭奉坤韩成栋何军黄虹霞黄银 Kaptari L P 李德民李衡讷李民祥李学潜梁羽铁梁作堂刘国明刘杰刘柳明刘翔罗晓峰吕准马伯强马伏马建平马余刚冒立军 Mezrag C 平加伦秦思学任航 Roberts C D 申国栋史潮宋勤涛孙昊王恩科王凡王倩王荣王睿儒王涛峰王伟王晓玉王晓云吴佳俊吴兴刚肖博文肖国青谢聚军谢亚平邢宏喜徐瑚珊许怒徐书生鄢文标闫文成闫新虎杨建成杨一玻杨智姚德良尹佩林詹文龙张建辉张金龙张鹏鸣张肇西张振宇赵红卫赵光达赵强赵宇翔赵政国郑亮周剑周详周小蓉邹冰松邹丽平中国科学院近代物理研究所兰州730000 中国科学院大学北京100049 南开大学天津300071 信阳师范学院信阳464000 湖南大学长沙410082 南京大学南京210093 华中科技大学武汉430074 European Centre for Theoretical Studies in Nuclear Physics and Related Areas(ECT*)and Fondazione Bruno Kessler Villa TambosiStrada delle Tabarelle 286I-38123 Villazzano(TN)Italy 北京大学物理学院北京1.0871 湖南师范大学长沙410081 中国科学院理论物理研究所中国科学院理论物理前沿重点实验室北京100190 南京师范大学南京210023 西南交通大学成都610000 Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics Joint Institute for Nuclear ResearchDubna 141980Russia 郑州大学物理学院郑州450001 华南师范大学量子物质研究院广东省核物质科学与技术重点实验室广州510631 兰州大学物理科学与技术学院兰州730000 山东大学粒子物理与粒子辐照教育部重点实验室青岛266237 华中师范大学夸克与轻子教育部重点实验室和粒子物理研究所武汉430079 东南大学物理学院南京211189 复旦大学现代物理研究所核物理与离子束应用教育部重点实验室上海200433 中国科学院上海应用物理研究所上海201800 IRFU CEAUniversitéParis-SaclayF-91191 Gif-sur-YvetteFrance 重庆大学物理系重庆400044 南京航空航天大学核科学与技术系南京211106 大连理工大学大连116024 北京航空航天大学物理学院北京100191 上海交通大学上海200240 兰州理工大学兰州730050 南京邮电大学南京210023 中国科学技术大学合肥230026 黄山学院黄山245021 北京师范大学高等量子研究中心北京100875 Department of Physics and Astronomy Stony Brook UniversityStony BrookNY 11794USA 中山大学物理与天文学院珠海519082 武汉大学物理科学与技术学院武汉430072 中国科学院高能物理研究所中国科学院大科学装置理论中心北京100049 中国地质大学(武汉)数学与物理学院武汉430074

轻子散射实验是探索核子与原子核结构的理想工具。中国电子离子对撞机(Electron Ion Collider in china,EicC)建议书设想在已开建的强流重离子加速器装置(High Intensity heavy ion Accelerator Facility,HIAF)的基础上,升级质子束流为2... 详细信息

轻子散射实验是探索核子与原子核结构的理想工具。中国电子离子对撞机(Electron Ion Collider in china,EicC)建议书设想在已开建的强流重离子加速器装置(High Intensity heavy ion Accelerator Facility,HIAF)的基础上,升级质子束流为20 GeV的极化束流,并建造2.8~5 GeV极化电子束流,从而实现质心系能量为1.~20 GeV的双极化电子-离子对撞。EicC设计的亮度为(2~4)×1.^33cm^-2·s^-1.质子束流极化率达到70%,电子束流极化率达到80%。该装置除了能提供极化轻离子束流(例如:氦-3)外,也可产生非极化重离子束流(碳-1.~铀-238)。EicC将聚焦核子海夸克部分子结构、原子核物质结构与性质、奇特强子态三个方面的物理研究。高亮度、高精度的对撞机有助于精确地测量核子结构函数并对核子进行三维成像,揭示强相互作用的动力学规律;原子核部分子分布包括核子短程关联以及原子核介质效应同样是该提案的重要科学目标;EicC能区接近重味夸克产生阈值,在研究重味强子谱方面拥有低背景的独特优势,有助于发现研究新的奇特强子态。质子质量起源问题也可以通过重味矢量介子的产生来研究。为了完成上述物理目标,我们将利用最先进的探测器技术建造接近全立体角覆盖的EicC对撞机谱仪。在准备EicC白皮书的过程中,我们得到世界各国专家的支持。EicC的物理与已有的实验和美国即将建设的EIC中的物理项目相互补充。EicC的建成及运行有望引领前沿的中高能核物理研究,使我国在加速器和探测器先进技术等领域实现跨越式发展,为我国核物理与强子物理以及相关科学领域提供大型综合实验平台与人才培养基地。

关键词：电子离子对撞机核子结构核子质量奇特强子态量子色动力学螺旋度横动量依赖部分子分布广义部分子分布深度虚康普顿散射深度虚介子散射能量回收型直线加速器极化度自旋旋转器三维成像