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《南京信息工程大学》 2011年
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风廓线雷达探测零度层亮带的试验研究

黄钰  
【摘要】:天气雷达探测层状云降水时,在云体回波的垂直结构中常出现一条水平延伸的强回波带,带所在的高度约在大气温度为0℃高度附近。上世纪40年代末,Byers首先观测到这种现象,称其为亮带(bright line)。风廓线雷达数据连续性好、分辨率高,它比天气雷达可以获取分辨率更高的细致降水云体结构和云体返回信号的全谱信息。利用风廓线雷达数据可以对零度层亮带进行详细分析,进而开展有关层状云降水方面的研究。 基于亮带的特征,本文对自动识别零度层亮带的方法进行了研究。根据亮带附近融化层回波强度与速度的大小及其梯度的变化趋势,自动识别零度层亮带,并对亮带附近的各种参数进行统计分析。利用地面降水和天气雷达对识别算法结果进行验证,并对不合理阈值进行订正。将算法运用到大量连续观测的数据之后,结果表明识别算法的成功率较高,可进行有效的零度层亮带识别。通过识别结果可对不同类型亮带特征进行总结,根据亮带特征可对降水云进行分类,并且可进行降水云的进一步研究。 根据自动识别算法,本文对北京延庆地区2010年4月至9月对流层风廓线雷达数据进行亮带识别。统计结果得出在共22次降水过程中,18次存在零度层亮带。在5891个时次观测数据中,降水持续次数为1717次,共识别出289次亮带现象。对识别出的亮带参数进行统计分析可得延庆地区存在层状云型亮带和混合型亮带,混合型亮带出现的频率较高。不同类型亮带谱参数和回波谱密度分布形式存在差异,对差异进行归纳总结,有利于对层状云降水和混合型降水的深入细致研究。 此外,本文应用边界层风廓线雷达得到零度层亮带附近区域中返回信号的谱参数(功率、平均多普勒速度、速度谱宽)和回波功率谱密度分布随高度的变化和演变的特征。利用边界层风廓线雷达可以获取降水云体的细致结构,对降水云体的微物理过程研究具有重要意义。分析中可以看出零度层亮带区附近质点的冰水转化过程,云体中大部分冰晶、雪花从-1.3℃附近开始表面融化,0.8℃附近冰晶、雪花的整体冰框架开始破碎分离成尺度较小的液态降水质点,3.5℃附近冰晶、雪花全部融化为液态降水质点。同时,在0.8℃高度附近约300m厚度的层次中观测到回波强度谱区范围突然展宽现象,反映出降水质点的冰水转化引起的局部环境强烈降温可能导致出现少量的细部对流。
【学位授予单位】:南京信息工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P412.25

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