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相控阵天气雷达强度探测与评估方法研究

张志强  
【摘要】:摘要:相对于常规机械扫描多普勒天气雷达,相控阵天气雷达具有更快的扫描速度,更有利于对快速变化的灾害天气进行观测。我国相控阵天气雷达尚处在基础研究阶段,许多基础问题都有待研究。本文就是针对我国相控阵天气雷达的实际情况,进行了有关相控阵天气雷达探测强度评估与对比方法研究,具体研究内容如下: (1)对相控阵天气雷达主要性能优势以及发展状况进行了一个简单概述,在此基础上讨论了相控阵天气雷达与常规多普勒天气雷达在扫描原理、相关参数以及扫描方式的不同,并以中国第一部S波段相控阵天气雷达为例讨论了相控阵天气雷达系统,包括系统框架、系统组成、具体参数以及扫描方式。 (2)在对相控阵相关性能进行研究的基础上,基于经典雷达气象方程,针对相控阵天气雷达波束宽度和增益不再是固定不变而是随着偏离天线法向的夹角而发生变化以及脉冲压缩技术的使用,推导了有关相控阵天气雷达的雷达气象方程,并对我国实际取得的相控阵天气雷达数据,采用此雷达气象方程进行了相控阵天气雷达反射率的估算。 (3)在获得实际相控阵天气雷达观测数据之前,采用模拟的方法,根据我国S波段相控阵天气雷达数据的实际参数进行了相控阵天气雷达与新一代天气雷达探测云回波强度及结构误差的模拟分析,通过分析结果,从理论上得出相控阵气象雷达与常规多普勒气象雷达在扫描特性上的差异,并选出一个更为合理的扫描方式,为相控阵气象雷达之后的实际观测提供理论参考。 (4)在得到相控阵天气雷达实际观测数据之后,根据采集数据其雷达相对位置、扫描方式以及相关参数的不同,进行了有关相控阵天气雷达与多普勒天气雷达强度数据对比方法的研究,并采用实际数据对对比方法进行了验证,结果表明,对比方法能有效的检验相控阵天气雷达与多普勒天气雷达的扫描差异,同时在此方法基础上进行的强度补偿也是行之有效的。 (5)相控阵天气雷达相对于常规多普勒天气雷达其优势就在于其快速扫描特性,可以观测时间尺度变化更快的回波单体的细微结构,因此在之前验证相控阵天气雷达实际观测数据可用性的基础上,利用有限的观测数据,根据我国X波段相控阵天气雷达的一次实际扫描个例,分析了其快速扫描观测到的回波水平结构和垂直结构的细微变化,并在此基础上进行了更为细致的降水估测。结果表明:相对于常规机械扫描多普勒天气雷相控阵天气雷达可以有效提高数据的时间分辨率,同时在此基础上进行的降水估测更为准确,其空间分辨率也更为精细,为下一步局地短时精细预报提供了良好的保障。


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