雷达气象学双线偏振雷达探测-课件

雷达气象学双线偏振雷达探测南京信息工程大学大气物理学院黄兴友2016-12-8雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测现有雷达探测能力的不足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）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、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）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）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）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）区分降水目标和非降水目标（地物等）寄希望于新型双偏振雷达寄希望于新型双偏振雷达！雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测理论要求理论要求:能发射水平偏振和垂直偏振的电磁波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能接收水平偏振和垂直偏振的回波信号,需要两个接收机需要两个接收机两个发射系统性能一致两个发射系统性能一致两个接收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两种偏振状态下的天线增益和波瓣一致雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测单发双收体制-NCAR的S波段双偏振雷达SeligaandBringi,1976(JAM)-firstdiscussionofsingletransmitter,dual-receiverconfiguration-nowknownasSTSR雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测（1）差分反射率因子）差分反射率因子ZdrZdr=10log10(Zhh/Zvv)（2）线性退极化比Ldr=10log(ZVH/ZHH)（3）相关系数hv（4)双程相位差dp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)雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测差分反射率因子差分反射率因子Zdr-降雨情况降雨情况Zdr=10log10(Zhh/Zvv)雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测差分反射率因子差分反射率因子Zdr-降雪情况降雪情况Zdr=10log10(Zhh/Zvv)雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测差分反射率因子差分反射率因子Zdr-降雹情况降雹情况Zdr=10log10(Zhh/Zvv)雷达气象学双线偏振雷达探测Norman,Aug/13/2011,KOUNZZdr雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测一次包含冰雹降水过程的一次包含冰雹降水过程的Zdr约为约为0dB雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测昆虫回波有较大的昆虫回波有较大的Zdr雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测地物回波有较大且杂乱的地物回波有较大且杂乱的Zdr雷达气象学双线偏振雷达雷达气象学双线偏振雷达探测探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测Zdr大大雨滴大雨滴大,但关系难以确定但关系难以确定雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测 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.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 HH VV=DP 0.与波长有关相位差相位差dp及其特点及其特点雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测 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 与雷达波长有关雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测Norman,Aug/13/2011,KOUN,SbandZDPDP雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测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hv大于0.95，但随Zdr的增大而减小(2)地物的hv大于可能小于0.7(3)雪和冰雹的hv可能达到0.8左右(4)零度层融化区,相关系数hv介于0.8 0.95用途：判别降水回波和地物回波,比较有效雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雨水雨水冰雹冰雹软雹软雹雪花雪花冰晶冰晶融化层融化层地物杂波地物杂波生物生物(鸟鸟昆虫昆虫)铝箔条铝箔条垃圾垃圾雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测相关系数比较清晰地反映了零度层亮带的存在龙卷垃圾回波 Tornado Debris雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测所用的六个参量为雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测一次过程的识别结果雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测双线偏振雷达和常规雷达估测降水情况的比较雷达气象学双线偏振雷达探测雷达气象学双线偏振雷达探测偏振雷达的优势偏振雷达的优势:估测降水精度的改善估测降水精度的改善RainfallEstimation(vastimprovement)识别零度层亮带识别零度层亮带BrightBandDetection(vastimprovement)地物杂波识别和消除地物杂波识别和消除/雷达数据质量雷达数据质量ClutterFiltering/DataQualityImprovement(vastimprovement)降雨降雨/降雪的判别降雪的判别Rain/SnowDiscrimination(vastimprovement)冰雹探测冰雹探测HailDetection(someimprovement)龙卷探测龙卷探测TornadoDetection(someimprovement)