论文部分内容阅读
本文围绕X波段双偏振雷达观测，并结合地面雨滴谱观测分析和雨滴散射模拟，致力于研究雨滴谱变异性及衰减订正对X波段双偏振参量反演降雨的影响，以望提高X波段双偏振雷达定量测量降雨的精度。首先，对比分析我国南、北方地区典型降水云系的降雨滴谱特征，然后，结合非球形粒子散射模式(T矩阵模式)，研究适合南（北）方不同降水类型的偏振雷达参量估测降水特性（降水强度、雨水含量）的关系式，研究雨滴谱分布变异性对偏振雷达估测降雨的影响。另外，对X波段双偏振雷达观测资料进行质量控制，包括噪声订正、差分相位移的处理、部分遮挡订正和衰减订正，采用了三种衰减订正方法（线性订正法、ZPHI订正法和自适应订正法），并在ZPHI和自适应订正法的基础上提出综合订正法，对比分析不同订正方法的订正效果以及对X波段偏振参量测量降雨的影响。主要研究结果如下: (1)不同地区、不同降水类型的雨滴谱特征存在明显的差异。地理位置、气候特征、局地气溶胶浓度和降水类型都会对雨滴谱分布特征造成影响。北京与南京的μ-Λ关系差异最小，这可能与北京和南京都是大城市，空气污染重、气溶胶浓度高有关。对流云降水的雨滴尺度和下落末速度范围明显大于层状云降水。对远离海平面的高山或者高原地区考虑空气密度对雨滴下落末速度的影响是很有必要的。张北地区的海拔相对较高，需要考虑空气密度对雨滴下落末速度的影响。 (2)用实际雨滴谱反演雷达偏振参量的效果优于用拟合谱反演，因为拟合谱会产生并不很真实的滴谱分布。相对于对流云降水，层状云降水的反演效果要好一些，这可能与层状云降水相对较均匀，滴谱变化相对较小有关，而且层状云降水的样本明显多于对流云降水。 (3)在传统的利用反射率因子ZH估测雨强R和雨水含量M的估测关系式R/M(ZH)中加入偏振参量反演降水更有优势，它能提供更多的关于雨滴谱分布和水凝物类别的信息，会减小雨滴谱变异性对其测量R/M的影响。雨滴谱变异性对R/M(ZH)估测R/M的影响最大，对R/M(ZH，ZDR)估测R/M的影响最小，其次是R/M(KDP，ZDR)。 (4)降水（R和M）估测关系式存在地区差异性，直接套用其他地区的估测关系式来反演降水是非常不可取的。结果证明，两地的雨滴谱差异大会导致降水反演效果差异大，这说明雨滴谱变异性对雷达定量测量降水有很大的影响。从降水类型上看，层状云降水的这种反演效果差异性要小于对流云降水的，这与层状云降水雨滴谱地区差异性相对要小有关。双偏振雷达利用这些估测关系式反演降水的误差除了来源于雨滴谱变异性外，还包括取样体积大小差异、观测高度不同、雷达标定、衰减订正等因素所带来的误差。 (5)在X波段双偏振雷达观测数据的质量控制中，对ρhv进行噪声订正可提高其数据质量。对ZDR噪声订正前后差别很小，这是因为对ZDR的影响主要来源于衰减，因此对ZDR主要进行衰减订正。不同的平滑方式对ΦDP的影响并不是很大，但会在很大程度上影响KDP的计算，即KDP对ΦDP的滤波方式很敏感。雨区的不同分段方法会影响ZPHI法和自适应法对ZH(ZDR)的订正效果。 (6)对于X波段双偏振雷达观测数据的衰减订正，线性法很简单，但不能进行部分遮挡订正。本文在ZPHI订正法和自适应订正法的基础上提出的综合订正法，除了能对ZH和ZDR进行衰减订正外，还能进行部分遮挡订正。这对提高双偏振雷达的数据质量和区域降水估计、累积降水估计精度很有用。采用ZPHI订正法或基于ZPHI的综合订正法（包含部分遮挡订正），ZH的分布可能会呈现局部的不连续，但在可接受的范围内。自适应法，特别是基于自适应法的综合订正法（包含部分遮挡订正），不太稳定。ΦDP的观测数据质量及其质量控制对自适应法的订正效果影响很大。也就是说，自适应法对ΦDP很敏感。总的来看，基于ZPHI的综合订正法的订正效果相对较好一些。 (7)上述降水估测关系式的实际应用显示，含有参量KDP的估测关系式R(KDP)和R(KDP，ZDR)估测降水误差较大，主要来源于KDP的计算误差。