X波段双线偏振多普勒天气雷达估测降水方法的研究

【摘要】：双线偏振多普勒天气雷达是可以发射和接收水平、垂直偏振波的新型雷达。它能够从云雨粒子中获取较常规多普勒天气雷达更多的雷达回波参量,具有很广阔的应用前景。 本文基于X波段双线偏振天气雷达的多种参数,综合利用雷达和雨量站的实测资料,对2007年5月15日吉林省伊通地区一次带状对流性降水过程进行了分析和研究,目的在于探索该型号雷达定量估测降水的能力,同时也通过对不同距离、不同强度降雨的分析,提高X波段双线偏振雷达测雨公式的普遍适用性。 首先,介绍双线偏振多普勒天气雷达的基本组成及主要性能参数,并给出了双线偏振雷达的各参量的定义及物理意义,以便更好地了解各个参量的特性,为定量估测降水强度提供理论依据。 其次,本文从偏振波的物理性质入手,初步解释了ΦDP的形成机制,说明ΦDP是由双程差分传播相移ΦDP和有效照射体积内的后向散射差分相移δ组成。由于X波段双偏振雷达在探测过程中会出现较大的δ,引起ΦDP信号出现较大偏差,因此δ需要作为ΦDP信号中的噪声被滤除,这是双线偏振雷达资料预处理的理论基础。本文采用卡尔曼滤波的方法对ΦDP进行预处理。滤波后ΦDP较为平滑,且很好地保持了原有的随距离增加而增大的特征。结论表明卡尔曼滤波可以有效地滤除δ信号。同时,文章还利用滤波处理后的ΦDP对水平反射率因子ZH和差分反射率因子ZDR进行衰减订正。经过该方法订正之后的ZH和ZDR得到了明显增强,订正效果明显。 然后,本文对选取的对流性降水个例进行深入分析。通过多元线性回归方程拟合出5种雷达测雨公式,并采用3个距离雷达中心远近不同的雨量站实测资料同雷达反演的降水强度进行比较和误差分析,以检验测雨公式对不同距离、不同强度降水的估测效果。结果表明5种测雨公式中R(KDP,Zh)方法反演精度较高,效果较稳定,平均标准差优于14%。 最后,为本论文的研究工作给出了全面的小结以及对未来工作的展望。