雷達(dá)氣象學(xué)雙線偏振雷達(dá)探測(cè)

雙線偏振雷達(dá)探測(cè)原理和應(yīng)用介紹南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院黃興友2016-12-8當(dāng)前第1頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)雙線偏振雷達(dá)現(xiàn)有雷達(dá)探測(cè)能力的不足:（1）難以提供降水的相態(tài)信息（冰相或液相）（2）難以提供降水粒子特性，（雨滴、過冷卻水；冰雹的干、濕情況；雪花的干濕情況）（3）雷達(dá)定量測(cè)量降水的精度有限（降雨、降雪、降雹）（4）衰減訂正的參考信息（5）區(qū)分降水目標(biāo)和非降水目標(biāo)（地物等）寄希望于新型雙偏振雷達(dá)

！當(dāng)前第2頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)電磁波的偏振當(dāng)前第3頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)雙線偏振雷達(dá)系統(tǒng)的特點(diǎn)理論要求:能發(fā)射水平偏振和垂直偏振的電磁波,需要兩種偏振狀態(tài)的發(fā)射機(jī)能接收水平偏振和垂直偏振的回波信號(hào),需要兩個(gè)接收機(jī)兩個(gè)發(fā)射系統(tǒng)性能一致兩個(gè)接收系統(tǒng)性能一致兩種偏振狀態(tài)下的天線增益和波瓣一致當(dāng)前第4頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)雙線偏振雷達(dá)系統(tǒng)的特點(diǎn)當(dāng)前第5頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)系統(tǒng)體制—廣泛采用單發(fā)雙收體制---NCAR的S波段雙偏振雷達(dá)SeligaandBringi,1976(JAM)---firstdiscussionofsingletransmitter,dual-receiverconfiguration---nowknownasSTSR當(dāng)前第6頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)雙線偏振雷達(dá)獲得的新參量（1）差分反射率因子ZdrZdr=10log10(Zhh/Zvv)（2）線性退極化比

Ldr=10log(ZVH/ZHH)（3）相關(guān)系數(shù)

ρhv（4)雙程相位差φdp水平、垂直偏振回波信號(hào)的相位之差

(5)

相位差常數(shù)Kdp

(單位距離上的相位差)當(dāng)前第7頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)粒子的形狀和偏振特性當(dāng)前第8頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)新信息的特性差分反射率因子Zdr--降雨情況

Zdr=10log10(Zhh/Zvv)當(dāng)前第9頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)新信息的特性差分反射率因子Zdr--降雪情況

Zdr=10log10(Zhh/Zvv)當(dāng)前第10頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)新信息的特性差分反射率因子Zdr--降雹情況

Zdr=10log10(Zhh/Zvv)當(dāng)前第11頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)降雨回波的Z和ZdrNorman,Aug/13/2011,KOUNZZdr

當(dāng)前第12頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)新信息的特性一次包含冰雹降水過程的Zdr約為0dB當(dāng)前第13頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)雪區(qū)的Zdr當(dāng)前第14頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)零度層亮帶區(qū)的Zdr當(dāng)前第15頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)新信息的特性昆蟲回波有較大的Zdr當(dāng)前第16頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)新信息的特性地物回波有較大且雜亂的Zdr當(dāng)前第17頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)Zdr

和雨滴大小的關(guān)系當(dāng)前第18頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)不同降水類型下Ldr的典型值Zdr大雨滴大,但關(guān)系難以確定

當(dāng)前第19頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)Ldr的可以反映零度曾層亮帶當(dāng)前第20頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)一次冰雹的Ldr的較大當(dāng)前第21頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)ΦDP=ΦHH

-ΦVV?對(duì)球形粒子來說，垂直偏振波和水平偏振波引起的相位相同.?非球形粒子對(duì)垂直偏振波和水平偏振波造成的相位不同.?如果雷達(dá)取樣體積中有更多的扁橢球粒子（如強(qiáng)降雨、降雪或卷云中的冰晶），則水平偏振雷達(dá)電磁波的傳播速度慢于垂直偏振電磁波的傳播速度ΦHH

>ΦVV==>ΦDP

>0.?與波長(zhǎng)有關(guān)相位差Φdp及其特點(diǎn)當(dāng)前第22頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)相位差Φdp與回波強(qiáng)度的大致關(guān)系當(dāng)前第23頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)相位常數(shù)Kdp與的特點(diǎn)

不受標(biāo)定影響

不受衰減影響Independentofattenuation

對(duì)粒子譜不敏感（Z更敏感）

不受部分阻擋的影響

與雷達(dá)波長(zhǎng)有關(guān)當(dāng)前第24頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)一次降水過程中ΦDP,KDP和Z隨徑向距離的變化當(dāng)前第25頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)ΦDPandhydrometeorsalongthepath當(dāng)前第26頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)一次降水過程的Z和ΦDP

情況Norman,Aug/13/2011,KOUN,Sband

Z

ΦDP

ΦDP當(dāng)前第27頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)相關(guān)系數(shù)ρhv的特點(diǎn)當(dāng)前第28頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)相關(guān)系數(shù)ρhv的特點(diǎn)反映水平偏振和垂直偏振通道的回波信號(hào)的相似性特點(diǎn)：(1)對(duì)于雨水，相關(guān)系數(shù)ρhv大于0.95，但隨Zdr的增大而減小(2)地物的ρhv大于可能小于0.7(3)雪和冰雹的ρhv可能達(dá)到0.8左右(4)零度層融化區(qū),相關(guān)系數(shù)ρhv介于0.8~0.95用途：判別降水回波和地物回波,比較有效當(dāng)前第29頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)不同目標(biāo)的相關(guān)系數(shù)典型值(取自NOAA)雨水冰雹軟雹雪花冰晶融化層地物雜波生物(鳥\昆蟲)鋁箔條垃圾當(dāng)前第30頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)2015-3-18上海南匯雙偏陣?yán)走_(dá)觀測(cè)的回波強(qiáng)度和相關(guān)系數(shù)當(dāng)前第31頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)相關(guān)系數(shù)和零度層亮帶相關(guān)系數(shù)比較清晰地反映了零度層亮帶的存在當(dāng)前第32頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)龍卷垃圾回波TornadoDebris當(dāng)前第33頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)雙線偏振雷達(dá)信息的顯示當(dāng)前第34頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)雙線偏振雷達(dá)信息的應(yīng)用---回波分類所用的六個(gè)參量為當(dāng)前第35頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)雙線偏振雷達(dá)信息的應(yīng)用---分類一次過程的識(shí)別結(jié)果當(dāng)前第36頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)降雨估測(cè)--科羅拉多州立大學(xué)的降雨估測(cè)公式當(dāng)前第37頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)降雨估測(cè)的效果對(duì)比雙線偏振雷達(dá)和常規(guī)雷達(dá)估測(cè)降水情況的比較當(dāng)前第38頁(yè)\共有40頁(yè)\編于星期三\12點(diǎn)雙線偏振雷達(dá)的探測(cè)與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)偏振雷達(dá)的優(yōu)勢(shì):估測(cè)降水精度的改善RainfallEstimation(vastimprovement)識(shí)別零度層亮帶BrightBandDetection(vastimprovement)地物雜波識(shí)別和消除/雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量?ClutterFiltering/DataQualityImprovement(vastimprovement)降雨/降雪的判別Rain/Snow