雷达气象学--双线偏振雷达探测[内容充实]

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粒子的形状和偏振特性
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新信息的特性
• 差分反射率因子Zdr -- 降雨情况 Zdr=10log10(Zhh/Zvv)
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新信息的特性
• 差分反射率因子Zdr -- 降雪情况 Zdr=10log10(Zhh/Zvv)
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10
新信息的特性
• 差分反射率因子Zdr -- 降雹情况 Zdr=10log10(Zhh/Zvv)
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龙卷垃圾回波 Tornado Debris
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双线偏振雷达信息的显示
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双线偏振雷达信息的应用---回波分类
所用的六个参量为
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双线偏振雷达信息的应用---分类
一次过 程的识 别结果
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降雨估测--科罗拉多州立大学的降雨估测公式
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37
降雨估测的效果对比
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美国气象业务雷达的发展历程
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双线偏振雷达系统的特点
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系统体制—广泛采用
• 单发双收体制---NCAR 的S波段双偏振雷达 • Seliga and Bringi, 1976 (JAM)---first discussion of single
transmitter, dual-receiver configuration---now known as STSR
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不同目标的相关系数典型值(取自 NOAA)
• 雨水
• 冰雹
• 软雹
• 雪花
• 冰晶
• 融化层
• 地物杂波
• 生物(鸟\ 昆虫)
• 铝箔条
• 垃圾
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2015-3-18上海南汇双偏阵雷达观测的回波 强度和相关系数
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相关系数和零度层亮带
• 相关系数比较清晰地反映了零度层亮带的存在
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一次降水过程的 Z 和ΦDP 情况
• Norman, Aug/13/2011, KOUN, S band
百度文库
Z
ΦDP
ΦDP
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相关系数ρhv的特点
ρhv
H*V PhPv
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相关系数ρhv的特点
反映水平偏振和垂直偏振通道的回波 信号的相似性
特点：
(1) 对于雨水，相关系数ρhv大于0.95， 但随Zdr的增大而减小 (2) 地物的ρhv大于可能小于0.7 (3) 雪和冰雹的ρhv可能达到0.8左右 (4) 零度层融化区,相关系数ρhv介于0.8 ~ 0.95 用途：判别降水回波和地物回波,比 较有效
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相位常数Kdp与的特点
• 不受标定影响 • 不受衰减影响 Independent of attenuation • 对粒子谱不敏感（Z 更敏感） • 不受部分阻挡的影响 • 与雷达波长有关
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一次降水过程中ΦDP, KDP和Z 随径向距离的变化
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ΦDP and hydrometeors along the path
双线偏振雷达和常规雷达估测降水情况的比较
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双线偏振雷达的探测与应用优势
偏振雷达的优势: • 估测降水精度的改善 Rainfall Estimation (vast improvement) • 识别零度层亮带 Bright Band Detection (vast improvement) • 地物杂波识别和消除/雷达数据质量• Clutter Filtering /Data Quality
寄希望于新型双偏振雷达 ！
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电磁波的偏振
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双线偏振雷达系统的特点
理论要求: • 能发射水平偏振和垂直偏振的电磁波,需要两种偏振状态的发射机 • 能接收水平偏振和垂直偏振的回波信号,需要两个接收机 • 两个发射系统性能一致 • 两个接收系统性能一致 • 两种偏振状态下的天线增益和波瓣一致
Improvement (vast improvement) • 降雨/降雪的判别 Rain/Snow Discrimination (vast improvement) • 冰雹探测 Hail Detection (some improvement) • 龙卷探测 Tornado Detection (some improvement)
双线偏振雷达探测原理和应用介绍
南京信息工程大学大气物理学院 黄兴友
2016-12-8
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双线偏振雷达
现有雷达探测能力的不足: • （1） 难以提供降水的相态信息（冰相或液相） • （2） 难以提供降水粒子特性，（雨滴、过冷却水；冰雹的干、
湿情况；雪花的干湿情况） • （3）雷达定量测量降水的精度有限（降雨、降雪、降雹） • （4）衰减订正的参考信息 • （5）区分降水目标和非降水目标（地物等）
•非球形粒子对垂直偏振波和水平偏振波造成的相位不同. • 如果雷达取样体积中有更多的扁椭球粒子（如强降雨、降
雪或卷云中的冰晶），则水平偏振雷达电磁波的传播速度 慢于垂直偏振电磁波的传播速度 ΦHH > ΦVV ==> ΦDP >0. • 与波长有关
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相位差Φdp与回波强度的大致关系
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降雨回波的 Z和Zdr
• Norman, Aug/13/2011, KOUN
Z
Zdr
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新信息的特性
一次包含冰雹降水过程的Zdr 约为0 dB
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雪区的Zdr
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零度层亮带区的Zdr
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新信息的特性
昆虫回波有较大的Zdr
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新信息的特性
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双线偏振雷达获得的新参量
• （1）差分反射率因子Zdr Zdr=10log10(Zhh/Zvv)
• （2）线性退极化比
Ldr = 10log(ZVH/ZHH ) • （3）相关系数
ρhv • （4) 双程相位差φdp水平、垂直偏振回波信号的相位之差
• (5) 相位差常数Kdp (单位距离上的相位差)
地物回波有较大且杂乱的Zdr
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Zdr 和雨滴大小的关系
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不同降水类型下Ldr的典型值
• Zdr 大 雨滴大,但关系难以确定
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Ldr的可以反映零度曾层亮带
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一次冰雹的Ldr的较大
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相位差Φdp及其特点
ΦDP =ΦHH - ΦVV
• 对球形粒子来说，垂直偏振波和水平偏振波引起的相位相 同.