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云雷达联合微波辐射计的水凝物识别研究

电波科学学报 2020年第6期35卷 924-934页

作者：王金虎谢槟泽刘光普陈后财吕星超蔡嘉晗梁艺潇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与云降水重点实验室南京210044 中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境观测重点实验室北京100029 南京信息工程大学大气科学与环境气象国家级实验教学示范中心南京210044 福建省大气探测技术保障中心福州350028 中国电波传播研究所青岛266107

为降低飞机飞行时的积冰风险,利用模糊逻辑算法和神经网络算法对云雷达联合微波辐射计探测数据进行水凝物分类研究.研究结果表明,两种算法均能有效地完成水凝物分类:模糊逻辑算法对退极化比极为敏感;神经网络算法可以区分水凝物是否存... 详细信息

为降低飞机飞行时的积冰风险,利用模糊逻辑算法和神经网络算法对云雷达联合微波辐射计探测数据进行水凝物分类研究.研究结果表明,两种算法均能有效地完成水凝物分类:模糊逻辑算法对退极化比极为敏感;神经网络算法可以区分水凝物是否存在和进行小粒径粒子分类,但对大粒径非球形粒子不敏感.本研究可从水凝物类型的角度对飞机积冰提供预警服务.

关键词：云雷达微波辐射计水凝物分类模糊逻辑神经网络

Ka波段固态发射机体制云雷达和激光云高仪探测青藏高原夏季云底能力和效果对比分析

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大气科学 2017年第4期41卷 659-672页

作者：吴翀刘黎平翟晓春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南京210044 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国海洋大学青岛266100

激光云高仪和云雷达是探测云底的两种设备,但其探测能力和探测结果有一定的差异,对比分析两种设备的测云效果有助于正确认识它们的探测优势,推进我国云雷达在云探测中的应用。本文提出了基于云雷达数据的云底和云顶高度分析方法,利用201... 详细信息

激光云高仪和云雷达是探测云底的两种设备,但其探测能力和探测结果有一定的差异,对比分析两种设备的测云效果有助于正确认识它们的探测优势,推进我国云雷达在云探测中的应用。本文提出了基于云雷达数据的云底和云顶高度分析方法,利用2014年夏季第三次青藏高原大气科学试验云雷达、激光雷达和激光云高仪数据,统计了三种设备探测青藏高原低云、中云和高云的云底高度偏差、探测率,分析了激光云高仪探测云底偏高的原因,根据探测结果提出了固态发射机体制雷达探测青藏高原低云的优化观测模式,模拟分析了探测效果。结果表明:(1)云雷达对高云的探测能力要明显优于激光云高仪,但其对低云的探测能力有待改进,激光云高仪探测云底下部的边界层内的云雷达回波信号可能是非云降水回波;低层云的遮挡作用明显降低了激光云高仪对多层云的观测能力;与激光云高仪相比,云雷达仍然会漏掉一些高云和中云。(2)激光云高仪探测的中云和高云的云底很多在云雷达回波内部,云雷达和激光云高仪观测的云底的时空对应关系比较差。(3)增大激光发射功率和优化固态发射机体制云雷达观测模式可提高云的观测能力,微波和激光雷达数据融合可全面了解不同类型云的宏观特征。这一工作为云雷达和激光雷达数据的应用,评估激光云高仪和云雷达探测青藏高原云的能力,讨论设计优化的云观测方案,为推进我国云观测技术的发展提供了重要参考依据。

关键词：云底探测云雷达激光云高仪观测模式优化青藏高原

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毫米波测云雷达在降雪观测中的应用初步分析

大气科学 2018年第1期42卷 134-149页

作者：陈羿辰金永利丁德平毕凯马新成李岩松北京市人工影响天气办公室北京100089 北京市气象局云降水物理研究和云水资源开发北京市重点实验室(LCPW) 北京100089 中国气象局北京城市气象研究所北京100089 中国航天科工集团二院23所北京100854

本文利用毫米波云雷达联合称重式雨量计、气球探空和S波段天气雷达在北京对2015年11月三次降雪进行了观测,以2015年11月22~23日降雪过程为例,主要从降雪系统的宏观结构特征、微物理变化以及毫米波雷达在降雪探测中电磁波衰减情况、雪粒... 详细信息

本文利用毫米波云雷达联合称重式雨量计、气球探空和S波段天气雷达在北京对2015年11月三次降雪进行了观测,以2015年11月22~23日降雪过程为例,主要从降雪系统的宏观结构特征、微物理变化以及毫米波雷达在降雪探测中电磁波衰减情况、雪粒子含水量和地面降雪量估测几方面进行初步分析。结果表明:(1)毫米波云雷达具有高时空分辨率,能对降雪系统进行精细化探测,在降雪系统发展最旺盛的阶段能够通过反射率(Z)、退极化比(LDR)和径向速度(V)初步判断出云中是否含有过冷液滴;(2)降雪回波强度最大值能反映整层云系中含水量最大的区域,当最大值Z大于20 d BZ时,最大值的大小、最大值持续时间、最大值出现的高度与地面降水量成正相关,速度最大值表示云中粒子上升最大速度(速度为正时)或者粒子下落的最小速度(速度为负时),主要分布在-0.5~2 m s^(-1),速度最小值表示粒子下落的最大速度,主要在-3^-1 m s^(-1);(3)随着高度增加反射率的垂直廓线会出现多个峰值,这是由于不同高度层风速分布不均造成的,降雪回波这种特点比降雨回波更明显;(4)对比Ka与S波段雷达反射率可知,两雷达反射率平均差值小于2.5 d BZ,Ka波段反射率略大S波段雷达反射率;(5)降雪量反演与地面降雪量仪数据对比,逐小时降雪量反演精度为20.38%,累计降雪量反演误差为6.58%,24小时累计降雪量绝对误差为1.9 mm,说明云雷达估算累计降雪量具有较高的可行性,能够很准确的反映地面实际降雪情况,当降雪系统发展旺盛时,雪粒子含水量分布在0.05~0.15 g m^(-3),在降雪初期或者降雪系统消散期,雪粒子含水量一般小于0.04 g m^(-3),能够很好地反映出整层降雪回波的雪粒子含水量。这些云雷达在降雪观测中的应用和初步分析结果可以更好的地了解降雪系统宏微观结构,为云模式的发展和人工影响天气中增雪潜力评估提供一些参考。

关键词：毫米波云雷达降雪量含水量

云底高度的激光云高仪、红外测云仪以及云雷达观测比对分析

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量子电子学报 2013年第1期30卷 73-78页

作者：黄兴友夏俊荣卜令兵张雪芬雷勇黄建松王巍巍吴迪蒋昌华胡汉峰南京信息工程大学大气物理与大气环境重点实验室江苏南京210044 中国气象局气象探测中心北京100081

为了比较几种自动化测云仪器的性能,中国气象局气象探测中心在南京信息工程大学的气象探测基地首次组织了一次为期近5个月的比对试验,试验仪器包括四台激光云高仪、两部红外测云仪、一台全天空成像仪以及一部毫米波云雷达。对其中大部... 详细信息

为了比较几种自动化测云仪器的性能,中国气象局气象探测中心在南京信息工程大学的气象探测基地首次组织了一次为期近5个月的比对试验,试验仪器包括四台激光云高仪、两部红外测云仪、一台全天空成像仪以及一部毫米波云雷达。对其中大部分仪器取得的三个月云底高度数据进行了初步分析,结果表明:三台激光云高仪测量结果比较一致;两部红外测云仪在测量低云时一致性稍差;云雷达与激光云高仪测量的最低层云底高度数据一致性较差,但与红外测云仪的测量结果匹配较好。

关键词：大气光学云底高激光云高仪红外测云仪云雷达

8毫米云雷达与探空观测确定云底和云顶高度的对比分析

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遥感技术与应用 2018年第6期33卷 1063-1072页

作者：郝倚天陈洪滨毕永恒段树李军张金强宣越建赵宇成都信息工程大学电子工程学院四川成都610225 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室北京100029 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江苏南京210044 中国科学院大学北京100049

利用地基Ka波段云雷达和无线电探空仪数据进行云边界识别和对比分析研究。结果表明,8毫米波云雷达探测的云底高度比无线电探空仪观测偏低约300m,大多数情况下二者识别的云底高度接近;而判定的云顶高度偏差较大。雷达与探空云底高度判别... 详细信息

利用地基Ka波段云雷达和无线电探空仪数据进行云边界识别和对比分析研究。结果表明,8毫米波云雷达探测的云底高度比无线电探空仪观测偏低约300m,大多数情况下二者识别的云底高度接近;而判定的云顶高度偏差较大。雷达与探空云底高度判别偏差较大时,在云下常存在大气"干层",此时雷达探测更为灵敏;探空仪水平漂移及其湿度传感器的探测误差随高度增加是造成两者偏差的主要原因。通过计算和对比雷达反射率的时空变化率,给出了云雷达确定云底和云顶高度的一个可信度判据。

关键词：云雷达探空仪云高度识别算法可信度

地基热红外云高观测与云雷达及激光云高仪的相互对比

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大气科学 2012年第4期36卷 657-672页

作者：章文星吕达仁中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室北京100029

2008年5月至12月中美(美国能源部大气辐射测量(ARM)计划)联合利用ARM移动观测设施(AMF)在安徽省寿县进行了大气辐射综合观测试验,地基云参数观测仪器主要有:(1)云雷达(ARMW-band(95GHz)CloudRadar),观测结果为反射率廓线,时间分辨率为2s... 详细信息

2008年5月至12月中美(美国能源部大气辐射测量(ARM)计划)联合利用ARM移动观测设施(AMF)在安徽省寿县进行了大气辐射综合观测试验,地基云参数观测仪器主要有:(1)云雷达(ARMW-band(95GHz)CloudRadar),观测结果为反射率廓线,时间分辨率为2s;(2)云高仪(Vaisala Ceilometer),观测结果为云底高度和后向散射廓线,时间分辨率为15s。两者均为天顶方向观测。扫描式全天空红外成像仪(SIRIS-1型)于11月27日～12月30日在寿县参加了观测,观测方式为全天空扫描,时间间隔为15分钟。三种云观测仪器共并行观测16天。利用全天空红外成像仪测得的天空红外亮温和同步观测的地面气象数据进行了等效云底高的反演。以全天空红外成像仪天顶方向观测时间前后15次云雷达反射率廓线的平均廓线,云高仪12次观测中有云时次云底高的平均值分别作为同步观测结果,利用平均反射率廓线进行了各层云的云底、云顶、回波峰值高度和回波积分值的提取和计算。三种观测仪器以10km云底高为限,共同步观测1661次,其中云雷达、红外成像仪和云高仪分别观测到云:428,287,225次。本文分3种情况:(1)全部有云观测情况,(2)单层云,(3)双层及三层云,分别进行了三个仪器观测云高的对比。对比结果:情况(1),云雷达与云高仪、云雷达与红外成像仪的相关系数分别为0.6和0.82;情况(2),三者共同观测75次,云雷达与红外成像仪相关系数为0.85,与云高仪相关系数为0.53,标准差分别为0.88和1.61km;情况(3),红外成像仪云底高绝大多数在云雷达观测的最上、最下层云之间,有时接近上层云,有时接近下层云。对比结果显示,地基热红外对于观测中低云高具有稳定、可靠、经济和便捷等优势,但观测结果较云雷达系统偏高。文中同时提出了初步的校正方法。

关键词：扫描式红外成像仪云雷达云高仪云底高

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ka波段云雷达晴空回波垂直结构及变化特征

应用气象学报 2020年第6期31卷 719-728页

作者：陶法官莉张雪芬胡树贞杨玲马强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南京210044 中国气象局气象探测中心北京100081 成都信息工程大学成都610255

利用2017—2019年中国气象局大气探测试验基地Ka波段云雷达资料,结合地面自动气象站、激光云高仪资料,从强度、速度、线性退极化比以及晴空回波高度等方面,分析晴空回波垂直结构和变化特征。基于激光和微波对粒子半径和数密度散射的差异... 详细信息

利用2017—2019年中国气象局大气探测试验基地Ka波段云雷达资料,结合地面自动气象站、激光云高仪资料,从强度、速度、线性退极化比以及晴空回波高度等方面,分析晴空回波垂直结构和变化特征。基于激光和微波对粒子半径和数密度散射的差异,区分云和晴空回波。结果表明:Ka波段云雷达探测到的晴空回波在边界层主要包含层状湍流回波和点状昆虫回波,且回波顶高在3000m以内。晴空回波强度和高度具有明显的季节和日变化特征,冬季回波顶高较低,夏季回波顶高较高,与地面气温具有很好的相关性,每年的1,2,11,12月几乎没有晴空回波,而7月和8月回波顶平均高度最高。晴空回波反射率因子为-40^-15dBZ,其中层状湍流回波反射率因子概率密度峰值处反射率因子为-35dBZ,点状昆虫回波反射率因子概率密度峰值处反射率因子为-30dBZ。晴空回波垂直移动速度为-1.5^+0.5m·s^-1,整体呈下沉运动。层状湍流回波线性退极化比较点状昆虫回波稍大,一般为-10^-5dB,点状昆虫回波线性退极化比一般为-15^-8dB。

关键词：云雷达晴空回波偏振垂直结构大气折射率

利用3 mm云雷达资料分析混合相云垂直结构及过冷水分布

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高原气象 2017年第1期36卷 219-228页

作者：黄毅梅周毓荃杨敏河南省人工影响天气中心郑州450003 中国气象科学研究院北京100081

利用3 mm波云雷达以及加密探空等观测资料,分析了2008年11月6-8日安徽寿县先后两次冷锋过境产生的锋面混合相云垂直结构及过冷水分布。结果表明,本次锋面混合相云存在"播撒-供给"的垂直结构;锋面混合相云存在回波强度、多普勒速度和速... 详细信息

利用3 mm波云雷达以及加密探空等观测资料,分析了2008年11月6-8日安徽寿县先后两次冷锋过境产生的锋面混合相云垂直结构及过冷水分布。结果表明,本次锋面混合相云存在"播撒-供给"的垂直结构;锋面混合相云存在回波强度、多普勒速度和速度谱宽三条亮带,并且速度谱宽亮带高度低于多普勒速度亮带高度,多普勒速度亮带高度低于回波亮带高度;在水平结构不均匀的云场中,下落粒子群存在"筛选作用";本次过程锋面混合相云存在一定过冷水,云层中过冷水的垂直分布是不连续的,其分布的温度范围比较广。

关键词：云雷达锋面混合相云垂直结构过冷水

卫星(IASI探测仪)观测云顶高与地基云雷达观测的对比验证

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大气科学 2014年第5期38卷 874-884页

作者：张艳品章文星吕达仁毕永恒中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室北京100029 成都信息工程学院成都610225 石家庄市气象局石家庄050081

IASI(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer)是搭载在欧洲METOP-A卫星上,采用干涉分光技术的新一代超高光谱红外大气探测仪器,其光谱测量范围涵盖了多个吸收带,可用于反演大气、海洋、云和大气成分,为地球大气遥感、气象业务... 详细信息

IASI(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer)是搭载在欧洲METOP-A卫星上,采用干涉分光技术的新一代超高光谱红外大气探测仪器,其光谱测量范围涵盖了多个吸收带,可用于反演大气、海洋、云和大气成分,为地球大气遥感、气象业务和科学研究提供了丰富的遥感资料,是各国学者关注的又一热点。为深入了解IASI在国内的云产品情况,本文利用2008年10月15日～12月15日期间IASI在安徽寿县地区的云参数观测资料和中美[美国能源部大气辐射测量(ARM)计划]联合在安徽省寿县进行大气辐射综合观测试验期间,相同时段云雷达[ARM W-band(95 GHz)Cloud Radar,WACR]的观测资料进行了对比分析和验证。在以寿县ARM移动观测设施(AMF)为中心,半径为20 km的范围内,IASI(2次/d)共有有效观测129次,其中与WACR(1次/2 s)匹配的IASI有效观测共80时次。结果表明:对于单层云,二者云高相关系数为0.8312,标准差为1.8423 km;对于双层及多层云,IASI反演云顶高结果绝大多数在WACR的最上和最下层云之间,且靠近较厚的云层。对比结果显示,一般情况下,IASI反演云顶高结果明显低于WACR;IASI反演云顶高结果受到视场中云量、云层厚度及云层中粒子浓度大小的影响:视场中云量越大,云层越厚,云层中粒子浓度越大,IASI反演云高的结果越接近真实云高。

关键词： IASI 云雷达云顶高对比