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为了进一步拓展双偏振雷达反演云降水微物理特性的能力，减小以往反演方法中依赖经验公式的使用而带来的局限性，本文致力于提出基于X波段双偏振雷达进行云降水微物理特征变量定量反演的新方法，并开展验证、对比及应用研究。首先，开展利用散射数值模拟获取水凝物的散射特性、对X波段双偏振雷达数据进行质量控制等基础性研究。然后，在此基础性上通过直接建立逆向映射数据库的方式提出了基于X波段双偏振雷达反演雨滴谱参数新方法——逆映射表方法（Inverse Mapping Table，IMT），以及在此方法基础上提出的反演冰相粒子谱参数反演的新方法，并结合不同的观测设备及反演方法开展了对比验证与应用研究。此外，还提出了利用单部雷达RHI数据对飑线中粒子的垂直环流情况进行快速诊断的技术方法。最后，利用新提出的定量反演方法开展云降水微物理变化特征的研究。主要研究结论如下:
(1)在X、C、S三个天气雷达波长中，差分偏振参量随雨滴尺度的变化均存在一定程度的非单调性，在C波段中受轴比随尺度变化和Mie散射效应耦合的影响最为明显。在计算雨滴的偏振参量时应考虑温度的影响，X波段差分偏振参量在雨滴球形等效直径约3-4mm区间的非单调起伏会随着温度的降低而减弱。不同轴比模型在雨滴球形等效直径小于4mm差异较小，但对于更大的雨滴，使用Brandes的模型会产生较大偏差，而Tang et al.(2014)重新拟合的轴比模型更为合理。
(2)本文改进后的对ΦDP进行迭代滤波的质控方法可以有效减少大气边界层噪声与云体边缘异常起伏噪声对质控结果的影响，并重构出合理的KDP。在对反射率进行衰减订正时，传统的自适应订正法和基于KDP的逐库订正均可能导致对流云的宏观垂直结构发生明显偏差或错误，而滑动自适应订正方法则能较好地保持对流云回波的宏观垂直结构。
(3)本文提出的IMT方法对一次对流降水过程的雨滴谱反演的应用实验，得到了明显优于以往的C-G经验方法的反演结果，而对一次大范围降水过程的应用实验，得到了与C-G方法类似但部分变量略优的结果。在一次飞机穿云观测个例的对比实验中，IMT方法反演的雨滴尺度与数浓度变量明显优于C-G方法。这些结果表明，IMT方法既可以不依赖于长时间的雨滴谱观测序列与建模，也不必像C-G方法那样通过雨滴谱参数或雷达变量间的非线性拟合建立经验公式，就能对RSD参数进行较为准确合理地反演。
(4)本文基于T矩阵散射模拟结果提出了“偏振参量分布曲面相似性”假设，并进一步结合“偏振参量分布平面近似”假设与本文提出的IMT方法，提出了冰相粒子尺度谱分布参数的反演方法。通过一次飞机穿云观测个例的对比实验表明，本文提出的反演冰相粒子谱参数的方法所得到的反演结果与飞机观测结果基本一致。
(5)本文提出了一种“飑线RHI垂直环流快速诊断”技术，用于实现通过单部雷达RHI扫描数据中的径向速度反演和诊断降水粒子的垂直环流特征的目标。一个强对流云RHI观测个例的应用试验表明，反演得到的降水粒子上升与下沉运动区与雷达回波分布特征基本吻合。在一次飑线过程的应用中，该反演技术能够给出对流系统不同发展阶段较为合理的垂直运动特征的诊断结果。
(6)对一次飑线过程的微物理分布结构特征研究表明，无论在飑线系统发展前期还是在发展后期，飑线的对流云区和层状云区的粒子谱都存在明显差异，前期对流云区的雨滴谱随高度上升而增宽，而后期对流云区的雨滴谱随高度下降而增宽，且层状云区暖层的滴谱宽度均窄于对流云区。在飑线过程发展后期对流云区整层具有相对前期而言数浓度更大但尺度更小的粒子。对一次大范围降水过程粒子谱分布变化特征的研究发现，在本地降水较强的前半时段，整层云的粒子尺度和含水量均比后半时段大，而在本地降水较弱的后半时段，小雨滴随高度降低而减少，大雨滴随高度降低而增多。
(1)在X、C、S三个天气雷达波长中，差分偏振参量随雨滴尺度的变化均存在一定程度的非单调性，在C波段中受轴比随尺度变化和Mie散射效应耦合的影响最为明显。在计算雨滴的偏振参量时应考虑温度的影响，X波段差分偏振参量在雨滴球形等效直径约3-4mm区间的非单调起伏会随着温度的降低而减弱。不同轴比模型在雨滴球形等效直径小于4mm差异较小，但对于更大的雨滴，使用Brandes的模型会产生较大偏差，而Tang et al.(2014)重新拟合的轴比模型更为合理。
(2)本文改进后的对ΦDP进行迭代滤波的质控方法可以有效减少大气边界层噪声与云体边缘异常起伏噪声对质控结果的影响，并重构出合理的KDP。在对反射率进行衰减订正时，传统的自适应订正法和基于KDP的逐库订正均可能导致对流云的宏观垂直结构发生明显偏差或错误，而滑动自适应订正方法则能较好地保持对流云回波的宏观垂直结构。
(3)本文提出的IMT方法对一次对流降水过程的雨滴谱反演的应用实验，得到了明显优于以往的C-G经验方法的反演结果，而对一次大范围降水过程的应用实验，得到了与C-G方法类似但部分变量略优的结果。在一次飞机穿云观测个例的对比实验中，IMT方法反演的雨滴尺度与数浓度变量明显优于C-G方法。这些结果表明，IMT方法既可以不依赖于长时间的雨滴谱观测序列与建模，也不必像C-G方法那样通过雨滴谱参数或雷达变量间的非线性拟合建立经验公式，就能对RSD参数进行较为准确合理地反演。
(4)本文基于T矩阵散射模拟结果提出了“偏振参量分布曲面相似性”假设，并进一步结合“偏振参量分布平面近似”假设与本文提出的IMT方法，提出了冰相粒子尺度谱分布参数的反演方法。通过一次飞机穿云观测个例的对比实验表明，本文提出的反演冰相粒子谱参数的方法所得到的反演结果与飞机观测结果基本一致。
(5)本文提出了一种“飑线RHI垂直环流快速诊断”技术，用于实现通过单部雷达RHI扫描数据中的径向速度反演和诊断降水粒子的垂直环流特征的目标。一个强对流云RHI观测个例的应用试验表明，反演得到的降水粒子上升与下沉运动区与雷达回波分布特征基本吻合。在一次飑线过程的应用中，该反演技术能够给出对流系统不同发展阶段较为合理的垂直运动特征的诊断结果。
(6)对一次飑线过程的微物理分布结构特征研究表明，无论在飑线系统发展前期还是在发展后期，飑线的对流云区和层状云区的粒子谱都存在明显差异，前期对流云区的雨滴谱随高度上升而增宽，而后期对流云区的雨滴谱随高度下降而增宽，且层状云区暖层的滴谱宽度均窄于对流云区。在飑线过程发展后期对流云区整层具有相对前期而言数浓度更大但尺度更小的粒子。对一次大范围降水过程粒子谱分布变化特征的研究发现，在本地降水较强的前半时段，整层云的粒子尺度和含水量均比后半时段大，而在本地降水较弱的后半时段，小雨滴随高度降低而减少，大雨滴随高度降低而增多。