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风廓线雷达结合毫米波雷达提取降水时大气垂直速度的研究

黄书荣  
【摘要】:风廓线雷达以晴空大气作为主要探测对象,利用大气湍流对电磁波的后向散射作用来获取雷达上空大气折射率结构常数(Cn2)、大气水平风和垂直风等气象要素随时间和高度的变化及分布。但是在降水天气下,降水粒子也会对风廓线雷达电磁波产生散射,风廓线雷达回波包括大气湍流散射回波和降水粒子散射回波。降水粒子回波通常比大气湍流回波更强,使得大气运动信息受到了降水粒子的干扰,给大气风场反演带来误差。论文首先介绍了降水条件下对风廓线雷达数据质量控制的发展现状,阐述了风廓线雷达的基本原理、信号处理和数据处理流程及基础质量控制流程,分析了风廓线雷达在晴天、降雪、层状云降雨及对流云降雨天气下的数据特征。风廓线雷达能探测到降水粒子和湍流信号,但毫米波雷达只能探测到云雨粒子信息而无法探测到大气湍流信号,基于于风廓线雷达和毫米波雷达探测湍流能力的差异,论文提出了两种在弱降水天气下结合毫米波雷达数据提取风廓线雷达的大气垂直速度方法,并选取降水个例进行了新方法的验证。将新方法计算的大气垂直速度与传统双峰法提取的大气运动垂直速度以及风廓线雷达的原始垂直速度产品进行了对比分析,结果表明在弱降水天气下,新方法能有效消除降水对风廓线雷达垂直速度的影响,并且,在湍流谱极其微弱的情况下该方法也能准确地获取大气垂直速度。在降水较强、毫米波雷达回波有明显衰减的情况下,本文先利用风廓线雷达数据对毫米波雷达的功率谱进行衰减订正,然后结合订正后的毫米波雷达数据进行风廓线雷达的大气垂直速度的提取。结果表明经该方法订正后,垂直速度小于2m/s的概率达到了 97.65%,较订正之前14.31%有了长足的提高,确认了该方法的有效性。


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