星载双频雷达与双偏振雷达雨滴谱反演分析

【摘要】：雨滴谱反演对于研究云和降水微物理过程有着重大的意义,是研究降水系统形成和发展的重要手段,可以用以分析降水的分布特征,并且可提高雷达估计降水的精度。本文首先设置给定滴谱参数并将其作为真值,然后利用T矩阵法模拟滴谱对应的固态、混合态和液态降水粒子的水平反射率因子(ZH)、差分反射率因子(ZDR)等雷达观测参数,再分别使用基于降雨率与质量加权直径(R-Dm)约束双频雷达雨滴谱反演方法和基于约束伽马(C-G)模型双偏振雷达雨滴谱反演方法反演滴谱参数,并与真值进行对比,分析两种方法的反演效果以及对不同相态降水的敏感性。另外,使用实际降水过程中经过时空匹配的南京信息工程大学C波段双偏振多普勒天气雷达(Nuist-CDP雷达)衰减订正前后的观测数据利用C-G约束模型进行雨滴谱反演,并将反演得到滴谱参数与匹配格点双频测雨雷达常规扫描模式(DPR NS)求解模块中的滴谱参数进行对比分析并与雨滴谱仪数据进行比较。得到如下结论:(1)对于液态粒子群,双频方法反演体积中值直径D0和归一化尺度参数Nw的效果都优于双偏振方法,双偏振方法反演效果受D0的影响较大,仅在D0=1.28 mm附近与真值一致性较好,Nw不影响双偏振方法反演的误差。(2)由于Nw是由特征直径和其他雷达观测参量或降雨参数计算得到,误差叠加会使Nw的反演误差增大。若设定的Nw真值为一定范围内的随机分布,与特征真值没有必然联系,则两种方法反演的Nw结果与真值的相关性均不高。(3)R-Dm关系中默认的调整因子ε的均值约束用于固态及混合态粒子群雨滴谱反演时会造成一定误差。本文计算出对应模型下新的均值约束,通过对比发现,使用默认的均值约束时,双频方法的反演误差高于双偏振方法,使用调整后的均值约束时,双频方法反演误差明显小于双偏振方法。(4)将雨滴谱仪的观测数据作为实测的滴谱真值,与DPR和Nuist-CDP雷达反演的滴谱进行对比发现DPR反演得到的滴谱参数更接近雨滴谱仪计算得到的结果,与模拟反演结果相一致。