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220GHz卷云非球形冰晶粒子雷达反射率因子与冰水含量关系研究

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红外与毫米波学报 2022年第5期41卷 850-855页

作者：王彪霍熠炜郭兴吴家骥西安电子科技大学电子工程学院陕西西安710071 电磁散射重点实验室上海200438

针对220 GHz太赫兹雷达处理数据的实际需要,应用离散偶极子近似法,计算不同形状非球形冰晶粒子的后向散射截面,并基于最新细化的冰云模型,得到了220 GHz太赫兹波雷达探测的冰水含量I与雷达反射率因子Z_(m),建立了Z_(m)-I关系表达式。计... 详细信息

针对220 GHz太赫兹雷达处理数据的实际需要,应用离散偶极子近似法,计算不同形状非球形冰晶粒子的后向散射截面,并基于最新细化的冰云模型,得到了220 GHz太赫兹波雷达探测的冰水含量I与雷达反射率因子Z_(m),建立了Z_(m)-I关系表达式。计算结果表明,非球形冰晶粒子及冰云模型均对Z_(m)-I关系有一定的影响。本研究对中纬度卷云的太赫兹波雷达探测的云参数反演有应用价值,并对太赫兹波测云雷达的研制具有借鉴作用。

关键词：卷云非球形冰晶粒子雷达反射率因子冰水含量太赫兹雷达

粒子取向以及空气含量对卷云雷达反射率因子的影响分析

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红外与毫米波学报 2016年第1期35卷 78-86页

作者：王金虎葛俊祥祝潇魏鸣杨泽鑫李家强南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室江苏南京210044

为研究卷云的非球形粒子对毫米波雷达的散射特性,利用矩量法计算了卷云六种非球形冰晶粒子最大尺寸与散射截面之间的双指数函数关系.利用三种假设模型：Ⅰ.B-H混合模型、Ⅱ.等效椭球模型、Ⅲ.等效球模型分别验证NASA在2007年7月31日一... 详细信息

为研究卷云的非球形粒子对毫米波雷达的散射特性,利用矩量法计算了卷云六种非球形冰晶粒子最大尺寸与散射截面之间的双指数函数关系.利用三种假设模型：Ⅰ.B-H混合模型、Ⅱ.等效椭球模型、Ⅲ.等效球模型分别验证NASA在2007年7月31日一次卫星与飞机同步测云试验数据,对比后发现模型Ⅰ（B-H模型）模拟4个位置处实测的结果最好,模型Ⅱ的结果其次,模型Ⅲ的结果最差,但是B-H模型模拟1号,2号,3号位置处的雷达反射率因子与实测值相比偏低,分析原因认为粒子谱探测仪器忽略了滴晶粒子贡献.加入滴晶粒子后统一拟合1号,2号,3号以及4号的普适性粒子谱,拟合其满足B-H模型时冰水含量与雷达反射率因子之间的关系式,将CVI仪器实测的冰水含量值代入上面的关系式得到反演的雷达反射率因子,对比CRS毫米波雷达实测的雷达反射率因子可知：当云中冰水含量小于0.1342 g/m^3,冰晶中的空气含量对雷达反射率因子的影响要远大于粒子的取向问题;当云中冰水含量介于0.134 2-0.199 4 g/m^3,冰晶中的空气含量可以忽略不计而仅考虑粒子的取向问题;当云中冰水含量大于0.199 4 g/m3,B-H模型将不再适用.因此为了利用毫米波雷达反射率因子精确地反演云中冰晶粒子,应以冰水含量为前提考虑B-H模型中冰晶粒子的取向以及空气含量.

关键词：矩量法冰晶粒子雷达反射率因子空气泡粒子取向

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雷达反射率因子订正前后的同化对比试验

雷达反射率因子订正前后的同化对比试验

作者：张晗昀南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文研究目的旨在以中尺度模式ARPS作为工具,以雨量计作为标准去验证地基雷达资料订正对模式模拟降水效果的改进。首先,以TRMM/PR反射率因子资料作为参照标准,对地基雷达反射率因子值进行偏差订正。再利用中尺度模式ARPS及ADAS云分析系... 详细信息

本文研究目的旨在以中尺度模式ARPS作为工具,以雨量计作为标准去验证地基雷达资料订正对模式模拟降水效果的改进。首先,以TRMM/PR反射率因子资料作为参照标准,对地基雷达反射率因子值进行偏差订正。再利用中尺度模式ARPS及ADAS云分析系统对订正前、后的雷达反射率因子进行同化,对雷达资料的同化方案设计及中小尺度暴雨天气模拟预报等方面的应用进行分析研究。采用单层网格同化雷达反射率因子资料,分析了 2013年6月25日、2010年8月24日和2010年7月12日三次江苏地区暴雨过程。结果表明,在仅有NCEP再分析资料的情况下,利用ADAS加入雷达反射率因子可以对气象要素场和降水模拟产生影响,其中初始湿度场和降水的预报场改善明显。反射率因子的订正进一步改善反射率因子同化模拟预报降水的效果,降水分布与降雨量都更接近实况。采用双重嵌套网格同化雷达反射率因子资料,分析了 2010年8月24日和2010年7月12日两次江苏地区暴雨过程。采取嵌套网格能改善仅使用NCEP再分析资料的模拟预报降水效果,反射率因子的同化可以明显改善模拟预报降水的效果,且订正后的雷达反射率因子能改进反射率因子同化模拟降水结果。

关键词：雷达反射率因子 TRMM/PR订正同化试验

雷达反射率因子直接同化对一次登陆台风数值模拟的影响研究

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雷达反射率因子直接同化对一次登陆台风数值模拟的影响研究

作者：王子玥中国气象科学研究院

学位级别：硕士

目前针对我国登陆台风开展的雷达反射率因子直接同化的研究还很少,业务上多采用半经验的复杂云分析间接同化方式。如何利用先进的资料同化方法对高分辨率雷达反射率因子进行直接同化,获得高精度的模式初始场以提高登陆台风的强度、结构... 详细信息

目前针对我国登陆台风开展的雷达反射率因子直接同化的研究还很少,业务上多采用半经验的复杂云分析间接同化方式。如何利用先进的资料同化方法对高分辨率雷达反射率因子进行直接同化,获得高精度的模式初始场以提高登陆台风的强度、结构和降水预报,是一项前沿课题。本研究利用WRF-GSI同化预报系统(水平分辨率3公里),基于双参(Thompson)微物理参数化方案的雷达反射率观测算子,构建雷达反射率因子模拟观测,以2106号“烟花”台风为例开展EnKF雷达反射率因子直接同化的观测系统模拟试验(OSSEs),每12分钟同化一次,同化一小时后作确定性预报。与不同化的控制试验作对比,发现:直接同化雷达反射率因子对台风路径预报略有改善,对台风强度和降水预报能力有明显的提升作用,影响时效可达10-15小时。经过数次循环同化反射率资料,能为数值预报提供一个温度场、垂直风场和水凝物分布更接近真实大气的高精度初始场,进而提升模式对台风的预报能力。通过对循环同化周期内各状态变量的背景场和分析场误差变化以及反射率与各变量之间的相关性分析,表明雷达反射率因子与观测算子直接相关的变量(雨水、雪、霰粒子混合比及雨水数浓度)相关性最大,同化对这些变量的调整也最优、最明显;而在与观测算子非直接相关的变量中,反射率与温度场、垂直速度也有明显的相关性,因此能通过EnKF可靠的背景误差协方差矩阵对这些大尺度变量进行有效且合理的更新。此外,开展了针对EnKF同化参数的敏感性试验,评估了不同模式状态变量更新方案和不同局地化半径方案对同化结果的影响。结果表明,仅更新与反射率观测算子直接相关的变量,能很好地修正水凝物的分布,但无法在同化阶段更新大尺度变量,使得反射率资料同化的正贡献在预报阶段迅速消失,全变量更新的同化方案以及合理的局地化半径选取有助于更好地提升对登陆台风的预报能力。

关键词：雷达反射率因子 EnKF 直接同化登陆台风

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星载测雨雷达反射率因子反演算法的改进研究

武汉理工大学学报 2009年第8期31卷 154-158,163页

作者：商建张平杨汝良中国科学院电子学研究所北京100190 中国科学院研究生院北京100039

在介绍测雨雷达反演雷达反射率因子的标准算法的基础上,对雷达反射率因子反演算法进行了改进。改进算法根据测雨雷达每个分辨单元的降雨率值计算对应的等效雨滴直径,对不服从Rayleigh散射的单元进行反射率因子修正,然后再进行衰减订正... 详细信息

在介绍测雨雷达反演雷达反射率因子的标准算法的基础上,对雷达反射率因子反演算法进行了改进。改进算法根据测雨雷达每个分辨单元的降雨率值计算对应的等效雨滴直径,对不服从Rayleigh散射的单元进行反射率因子修正,然后再进行衰减订正等处理,以较小的计算量代价换取反演精度的提高。将处理结果与地基雷达数据进行了对比,给出了定性与定量比较的结果,验证了改进算法的有效性。

关键词：星栽测雨雷达雷达反射率因子算法 Mie散射

利用一种自动识别算法移除天气雷达反射率因子中的亮带

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应用气象学报 2006年第2期17卷 207-214页

作者：陈明轩高峰中国气象局北京城市气象研究所北京100089

该文介绍了一种自动识别和移除雷达反射率因子资料中亮带的算法,并对该算法进行了初步测试。该算法利用的是插值到直角坐标系中的雷达反射率因子资料,其配置和运行也相对简单,但却对移除亮带比较有效。首先,设定一套雷达反射率因子垂直... 详细信息

该文介绍了一种自动识别和移除雷达反射率因子资料中亮带的算法,并对该算法进行了初步测试。该算法利用的是插值到直角坐标系中的雷达反射率因子资料,其配置和运行也相对简单,但却对移除亮带比较有效。首先,设定一套雷达反射率因子垂直廓线的理想模板,这些理想的模板能够在最大程度上反映不同亮带存在区域的雷达实际反射率因子的垂直廓线特征。然后,在水平方向每个点上,进行理想模板和实际反射率因子垂直廓线在垂直和水平两个方向上的拟合和差异计算,来自动识别雷达反射率因子中存在的连续亮带区域。最后,利用亮带之上和亮带之下的反射率因子值对亮带中的反射率因子值进行插值纠正,就可以移除亮带。利用位于天津塘沽的我国新一代天气雷达(CINRAD/SA)的反射率因子资料,通过个例分析和准业务运行试验,均表明这个简单算法可以识别和移除绝大多数影响雷达定量降水估计的反射率因子亮带区域,但是实际雷暴区域的反射率因子特征受到该算法的影响比较小。计算分析还表明,在京津地区的初夏,上述亮带区域一般容易出现在2.5 km左右的高度处。

关键词：雷达反射率因子亮带识别移除

降水的雷达反射率因子与大气相对湿度的相关关系研究

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大气科学 2006年第2期30卷 351-359页

作者：秦琰琰李柏张沛源中国气象科学研究院

从理论上分析了雷达反射率因子与相对湿度的关系,并利用2003年福建省三明地区大田、尤溪、建宁、宁化、将乐、永安气象站的气象观测资料,首先根据天气现象和逐时降雨量算出雨强,再通过Z I关系,把观测时的雨强转换为回波强度,然后统计出... 详细信息

从理论上分析了雷达反射率因子与相对湿度的关系,并利用2003年福建省三明地区大田、尤溪、建宁、宁化、将乐、永安气象站的气象观测资料,首先根据天气现象和逐时降雨量算出雨强,再通过Z I关系,把观测时的雨强转换为回波强度,然后统计出不同气温下降水的雷达反射率因子与当时大气相对湿度的相关关系,从而为雷达回波强度资料通过转化为大气相对湿度值进入数值模式提供科学依据。

关键词：饱和水汽压相对湿度雷达反射率因子

粒子边缘粘连对0℃层亮带雷达反射率因子的影响分析

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高原气象 2016年第5期35卷 1401-1408页

作者：王蒙王振会王云董慧杰南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶云降水重点实验室南京210044 南京信息工程大学大气物理学院南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

针对云中粒子在融化、并合过程中的粘连现象对0℃层亮带的影响分析,利用离散偶极子近似算法(DDA)计算融化过程中两个大小相同的球形粒子在雷达发射波偏振方向上发生粘连后的散射特性,以两个等体积融化球为例,它们在雷达发射波偏振方向... 详细信息

针对云中粒子在融化、并合过程中的粘连现象对0℃层亮带的影响分析,利用离散偶极子近似算法(DDA)计算融化过程中两个大小相同的球形粒子在雷达发射波偏振方向上发生粘连后的散射特性,以两个等体积融化球为例,它们在雷达发射波偏振方向上发生粘连时的总后向散射截面σDDA,并与同体积融合球的后向散射截面σmieequal比较。结果表明:(1)在等体积直径较小时,σDDA/σmieequal≥1.5,随着等体积直径的变大,σDDA/σmieequal会减小趋向于1,甚至会率p"参数刻画粘连影响,并应用于含有0℃层亮带的层状云的雷达反射率因子的定量模拟试验。结果表明,在粒子融化、并合过程中,在雷达发射波偏振方向上的粘连,可以有效地增大雷达反射率因子、使亮带现象更加突出。

关键词：粒子边缘粘连后向散射雷达反射率因子 0℃层亮带

椭球雨滴群旋转轴呈正态分布情况时雷达反射率因子的修正

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高原气象 2007年第1期26卷 128-134页

作者：吴莹王振会陈钟荣胡方超江苏省气象灾害与环境变化重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学遥感学院江苏南京210044

推导出了在云降水粒子群为小旋转椭球水滴群、椭球旋转轴呈正态分布、云降水粒子谱为M-P分布情况下的雷达气象方程,并且重新定义了相应的雷达反射率因子,确定了在用雷达测定非球形雨滴降水时的订正系数。为新一代多普勒天气雷达观测资... 详细信息

推导出了在云降水粒子群为小旋转椭球水滴群、椭球旋转轴呈正态分布、云降水粒子谱为M-P分布情况下的雷达气象方程,并且重新定义了相应的雷达反射率因子,确定了在用雷达测定非球形雨滴降水时的订正系数。为新一代多普勒天气雷达观测资料的雨滴形状和分布特征订正、提高降水测量精度提供了理论依据和方法。

关键词：小旋转椭球雨滴群正态分布雷达气象方程雷达反射率因子雷达定量测雨