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气象学报 2018年第1期76卷 160-168页

作者：吴琼仰美霖窦芳丽郭杨安大伟中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测实验室北京100029 中国科学院大学北京100049 国家卫星气象中心北京100081 中国气象局北京城市气象研究所北京100089

使用星载雷达模拟器输出的模拟数据,为星载双频云雷达选择了最佳的频点组合,并开展了双频联合反演云微物理参数的算法研究。结果表明:(1)在位于大气窗口的6组频点组合中,94/220 GHz的组合对滴谱参数的微小变化较为敏感,有利于进行双频... 详细信息

使用星载雷达模拟器输出的模拟数据,为星载双频云雷达选择了最佳的频点组合,并开展了双频联合反演云微物理参数的算法研究。结果表明:(1)在位于大气窗口的6组频点组合中,94/220 GHz的组合对滴谱参数的微小变化较为敏感,有利于进行双频的联合反演。综合考虑不同频点的探测能力、衰减以及工业部门的制造水平后,认为94/220 GHz可以作为未来星载双频测云雷达的探测频点。(2)双频反演中最核心的双波长比(DWR)和体积中值直径(D_0)的关系与冰晶粒子密度相关。当密度随着粒子直径变化时,DWR随着D_0单调递增,当粒子密度固定不变时,DWR-D_0曲线可能会出现非单调变化,从而使得固定密度时的反演比变密度时更加复杂。(3)后向迭代的双频反演算法同样适用于94/220 GHz进行云微物理参数的反演,并且对模拟数据的反演精度较高。此外,反演精度受到系统噪声以及定标精度的影响,为了满足反演精度的要求,系统噪声和定标误差应该控制在1 dBz以内。

关键词：星载雷达模拟器星载云雷达双频反演算法冰晶密度

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水体悬浮沉积物浓度多频声学反演研究

水体悬浮沉积物浓度多频声学反演研究

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作者：尹明宇浙江大学

学位级别：硕士

悬浮沉积物浓度声学反演被认为是获取水体中悬浮泥沙浓度实时数据的主要方法之一。与传统的定点采水测量技术相比,声学测量方法具有对被测环境的非入侵性、较高的空时分辨力以及能够实现剖面测量等技术特性,近年来备受关注。论文围绕将... 详细信息

悬浮沉积物浓度声学反演被认为是获取水体中悬浮泥沙浓度实时数据的主要方法之一。与传统的定点采水测量技术相比,声学测量方法具有对被测环境的非入侵性、较高的空时分辨力以及能够实现剖面测量等技术特性,近年来备受关注。论文围绕将声学方法运用到水体悬浮泥沙浓度测量过程中所涉及的科学问题展开研究,目的在于探求行之有效的悬浮沉积物浓度声学反演方案。利用声学方法测量悬浮沉积物浓度的重点在于声学反向散射原理,发射声波经过目标水域悬浮沉积物颗粒散射作用后,其散射回波信号便与散射体颗粒的物理特征信息密切相关,通过对散射回波特性和散射过程进行探究便能够获取悬浮沉积物物理参数如浓度和颗粒粒径信息。因此论文基于声学多普勒流速剖面仪（Acoustic Doppler Current Profiler,简称ADCP）构建了一种自上向下测量的声学反向散射模型,将仿真的发射信号和实际测量环境代入到该模型模拟声波在水中传播所产生的能量变化和相位变化,并从频域完成散射回波信号的重构。其中能量变化根据主动声呐方程描述,主要探讨声波衰减特性（海水及散射体的吸收衰减和声波的几何衰减）和声波散射特性（散射体的散射作用）;相位变化根据统计特性分析采用均匀分布。最后通过对模拟回波信号和实测回波信号的统计特性分析对比验证了声学反向散射模型的正确性。论文对利用声学反向散射技术反演悬浮沉积物浓度和粒径的理论基础做了详细推导,并梳理了单频浓度反演的算法流程,在此基础上分别发展了双频浓度反演和多频浓度反演算法（能量比算法、差值算法和K近邻算法）,并重点探究当悬浮沉积物浓度处于较高水平时由其产生的散射衰减项对各种反演算法性能的影响。使用声学反向散射模型重构的200、300、500k Hz散射回波信号进行反演算法的仿真,结果表明双频反演能够有效的解决单频反演中迭代不稳定的问题,多频反演能够实现粒径和浓度信息的同时反演。论文使用多台不同频率的ADCP在舟山海域进行了多次相关海上试验,数据处理结果显示由单频、双频和多频反演算法估计出的悬浮沉积物浓度剖面信息与实际测量环境大体相符,证实了论文提出的悬浮沉积物浓度声学反演算法的可行性。

关键词：悬浮沉积物浓度悬浮沉积物颗粒粒径声学反向散射回波双频反演算法多频反演算法

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DPR双波段探测的北半球夏季降水差异分析

DPR双波段探测的北半球夏季降水差异分析

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第33届中国气象学会年会

作者：张奡祺傅云飞中国科学技术大学

全球测雨卫星(GPM)携带首部双频测雨雷达(DPR)于2014年2月发射升空.DPR包含了Ku波段的KuP R和Ka波段的KaP R,工作频率分别为35.5和13.6GHz.由于工作频率不同,KuP R和KaP R的探测回波存在差异,而扫描方式及反演算法的不同也会导致DPR各... 详细信息

全球测雨卫星(GPM)携带首部双频测雨雷达(DPR)于2014年2月发射升空.DPR包含了Ku波段的KuP R和Ka波段的KaP R,工作频率分别为35.5和13.6GHz.由于工作频率不同,KuP R和KaP R的探测回波存在差异,而扫描方式及反演算法的不同也会导致DPR各降水产品间的差异。为了更好地理解和使用DPR的探测结果,对DPR双波段探测差异及各降水产品异同的量化研究十分重要。而另一方面,DPR是首部覆盖了南北纬40°以上的星载测雨雷达,但目前关于DPR的研究中对于全球特别是高纬度地区的三维降水结构特征的研究仍然不足。基于DPR的三种扫描方式,GPM DPR共包括三种不同的单频降水产品,分别为Ku、KaM S和KaH S。同时,基于Ku和Ka波段的匹配扫描,GPM还提供了双频降水反演产品DPR(DPRS)。为了保证研究样本的一致性,文章仅使用了KaM S扫描刈幅内的扫描点。另外,由于高纬度地区的降水随季节变化性较大,论文仅选取了2014-2015年的北半球夏季(6、7、8月)作为研究时间段,共探测到DPR降水样本量约2900万个。我们对北半球夏季南北纬65°间4种产品的降水特征进行了统计研究,并就DPR双波段探测结果和各降水产品的差异进行了比较分析。结果表明:KaH S有着最高的雨顶高度,最小的地表降水率,它的液态水含量及地表降水率与DPR间的偏差最小。KaH S能够很好地探测雨顶的弱信号,但不适用于观测6 mm/h以上的强降水。其在高纬度洋面上尤为适用。Ku的地表降水强度最强,它的雨顶高度、固态水含量与DPR间的偏差最小。Ku可以很好的观测强降水的内部细致结构,但由于其频率限制不适合观测0.5 mm/h以下的降水。KaM S的回波阈值过高,其对降水的探测能力很差,不适合单独使用。各单频反演产品的雨顶高度、地表降水强度、液态水含量及冰水含量与DPR间的相关性均超过了0.8。DPR结合了Ka波段和Ku波段的优点,但无法完全代替Ku或KaH S。

关键词： DPR Ka波段 Ku波段降水双频反演算法

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