降雪回波的双偏振雷达云相态垂直特征分析

双偏振多普勒天气雷达为探测降雪回波提供了丰富信息,其中距离高度显示RHI(range height indicator)垂直特征有助于识别降水云体相态分布的精细结构。以2018年1月3～5日南京信息工程大学C波段双偏振雷达RHI扫描的暴雪回波为例,结合探空资料进行物理量诊断,研究暴雪回波偏振参量和非偏振参量的相态分布垂直特征及其与大气风温湿结构的关系。结果表明:暴雪回波中,雷达高带或淞附效应存在于6 km高度附近,温度在-12～-15℃,含有湿雪和冰晶粒子;2 km高度附近的差分反射率因子强回波带为增温增湿的层云,层云之上的热力不稳定易促进对流抬升,揭示了冬季降雪具有高架对流的特点。研究结果有益于深入认识降雪在垂直方向上的精细结构及云微物理机制,提高降雪的预测能力。     

雷达定量估测降水量中双偏振参量的算法

双偏振多普勒雷达相较于业务广泛使用的单偏振雷达,可以获得水凝物相态等方面的信息,为短临预报、云降水物理研究及定量测量降水量提供了更多依据。为探索上海WSR-88D双偏振雷达资料在定量降水估测中的改进作用,引入双偏振参量水平反射率因子Z_h、差分反射率因子Z_(dr)、差分传播相移率K_(dp)等,与自动站雨量观测数据进行比较,分别试验了R(K_(dp))、R(K_(dp),Z_(dr))、R(Z_h,Z_(dr))三种算法,进行了单站和面上的Z-R关系定量估测降水量试验。研究表明:在单站试验中,得到的估计值与R(K_(dp))的结果基本一致,与此次降水中闵行站的反射率因子Z和差分传播相移率K_(dp)一直较大有关,但从总体趋势上来看,与雨量计数据相比,这三种算法仍存在降水量估计不足的情况;进一步提出了多种Z-R关系综合算法,在对流降水试验中,计算的显著降水区域与实际观测结果基本对应,强降水中心在对流的发展阶段和成熟阶段皆有响应,在对流成熟阶段,强降水中心的降水估计与实际观测结果较接近,但是在对流发展阶段,强降水中心的降水存在高估,说明在35 dBZ以上的强回波区域,算法还有待改进,需进一步研究算法的本地化和降水类型细化。     

双偏振多普勒天气雷达的偏振参量及其应用

介绍了双偏振多普勒天气雷达的基本作用机理和双偏振参量,阐述了目前常用的测量降水率的公式,提出了一种进行降水粒子类型识别的算法,并对双偏振天气雷达的主要功能作了说明。     

双偏振多普勒天气雷达监测雷电的分析

为了更有效开展雷电的实时监测和预警,利用S波段双线偏振多普勒天气雷达回波资料和闪电定位仪数据,对2009年7月初发生在江苏的一次雷暴天气过程进行了分析。在有闪电的回波区,闪电频次峰值出现在水平反射率因子42dBZ处,集中在34~46dBZ之间;闪电频次峰值出现在差分反射率因子ZDR的0.4dB处,主要集中在-0.4~1.4dB;闪电频次峰值出现在差分传播相位常数KDP的1°/km处,集中在0~2°/km附近;闪电频次峰值出现在相关系数ρhv的0.98处,集中在0.96以上。而无闪电回波的偏振参量都明显小于发生闪电回波的值。通过对雷暴回波单体偏振参量随时间变化的分析,发现偏振参量和闪电频次之间有较好的一致性。随着闪电的发生和频次的增加,回波单体的反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、差分传播相位常数KDP都有不同程度的逐步增加。最大时ZH达47dBZ、ZDR达到2dB以上、KDP达到2.5°/km。     

两种不同偏振方式的C波段雷达在成都地区的探测差异

本文运用成都地区两种不同偏振方式的雷达在2008年7月对比探测取得的试验资料,针对晴空、暴雨等典型个例,对同波段不同极化方式多普勒雷达回波的强度、速度和谱宽进行对比分析,并对双偏振雷达的双极化产品进行了较为详细的介绍。结果表明,717雷达识别出的晴空回波强度要大于721雷达;暴雨探测中,在测站东部及东南方向两部雷达的回波位置和强度等均存在较大差异。整体而言,717回波相对721更偏南一些,且强度偏弱,在速度探测上差异较大,甚至在同一地区出现了相反的速度分布,但二者在近雷达位置的速度探测效果都不太理想,而721谱宽场的层次感较强,数值较大。     

广州新一代双偏振天气雷达的性能测量和分析

随着我国双偏振雷达的布网以及投入业务运行的数量增多,对双偏振雷达的稳定性要求也越来越高,因此对双偏振雷达进行业务评估,可为未来我国双偏振雷达的实时业务化标定以及双偏振雷达的升级提供参考。本研究从广州新一代双偏振天气雷达(以下简称广州雷达)的机内标定长期稳定性、全链路标定一致性、接收链路一致性以及旋转关节对接收链路一致性4个方面开展评估。测量和分析结果表明,广州雷达接收通道标定的差分相移值、机内峰值功率波动和相位噪声范围偶有超标情况,其余参数均达到性能指标要求。根据连续大半年的运行监测来看,广州雷达整体运行比较稳定,尤其是最关键的机内双通道差分反射率一致性较好。整个接收链路两个通道的差异波动较小,状态比较稳定,满足国内双偏振雷达指标要求。此外,双偏振的相位噪声和接收机动态性能较单偏振都提高不少。     

C波段双偏振雷达退速度模糊的分析

南京信息工程大学C波段双偏振雷达(NUIST-CDP)和南京龙王山的S波段多普勒天气雷达(CINRAD-SA)相距较近,两部雷达能探测同时刻的风场结构。相对于S波段的多普勒天气雷达,C波段双偏振雷达波长较短,更易产生速度混淆区,发生速度模糊现象。针对一般的算法不易实现速度退模糊的问题,提出了人机交互的退速度模糊处理方法;该方法通过结合操作者的专业知识,可以准确地退除速度模糊现象,保留真实的速度信息。实例分析表明,采用人机交互的退速度模糊方法,可以将大范围的速度模糊现象准确地剔除。此外,由于S波段雷达与C波段双偏振雷达探测的风场是客观唯一的,因此对比CINRAD-SA探测的同时刻速度回波,可以辅助判断退模糊算法效果。分析结果证实,该算法适用于解决C波段双偏振雷达的速度模糊现象,对今后该雷达数据的质量控制和应用分析有着重要的意义。     

郑州“7·20”极端暴雨的双偏振雷达回波与风场特征分析

为了细致地了解郑州极端暴雨的雷达回波特征与内部动力特征间的联系,本文利用地面自动站、探空、欧洲中期再分析资料以及双偏振雷达,分析了中尺度对流系统发展和成熟阶段的回波和雷达反演的风场结构,揭示了对流系统内粒子相态特征,动力特征等宏微观特征。本文主要研究结果如下：1）反射率因子特征为南北向的带状区域逐渐汇集为团状;径向速度特征为低层辐合和风向随高度顺转的强垂直风切变;2）基于雷达偏振量的分析,给出了对流系统局部结构,进一步的研究表明：差分反射率狭窄的强弧状区域,可有效地指示对流系统内的强上升运动,其为极端降水系统的持续性发展提供了动力强迫;3）剖面上差分反射率柱与差分相位常数柱在空间分布上呈现出分离现象,两者体现出对流系统内的强上升运动,为暴雨的发展与增强提供了强有力的支持。     

中国首批双偏振天气雷达标定试验分析

中国很多新一代天气雷达正在或已经进行了双偏振升级改造,双偏振雷达将在未来业务应用中发挥极大的作用,而雷达标定的可靠性直接影响其应用效益。以中国首批业务化双偏振天气雷达(广州、阳江、韶关、梅州、厦门)开展双偏振技术试验的标定数据为研究对象,从机内标定、接收链路标定、全链路标定及旋转关节标定共4方面展开分析。结果表明:机内标定和接收链路标定基本满足技术要求,但部分雷达受到不定期的外界电磁干扰,影响了噪声系数的标定,需进一步净化电磁环境;全链路标定结果表明,5部雷达系统Z_(DR)误差分别为:-0.38、0、0.38、0.44、-1.38 dB,系统误差整体偏大,这与基层雷达台站缺乏实时有效的监测方法有关;旋转关节标定表明,由旋转关节引入的一致性偏差是动态变化的,具有不确定性,对差分反射率和差分传播相移的测量结果会造成一定程度的影响,随着旋转关节的磨损,需要对其影响进行长期跟踪检测。这些结果可为后续双偏振雷达升级改造、运行评估及制定双偏振雷达业务化标定流程提供科学依据。     

利用相控阵雷达对2020年5月闽南一次降雹过程分析

利用厦门翔安X波段相控阵雷达,结合厦门海沧S波段双偏振雷达、风廓线雷达等多源观测资料,对2020年5月闽南沿海一次罕见大范围降雹过程进行了分析.研究表明,此次过程是一次发生在副高边缘暖湿气流控制下低层暖强迫型强对流,午后西南风超低空急流的建立极大改善了水汽及不稳定条件,地面冷锋入倒槽触发大范围强对流.相控阵雷达分析表明...     

双发双收双偏振天气雷达信噪比改善方法研究

针对双偏振天气雷达在同时发射同时接收体制下,存在信噪比损失3 d B的现象,分析了信噪比损失对雷达回波产品显示的影响,并详细介绍了一种在信号处理器中对水平和垂直通道内的I/Q回波信号进行相干叠加,改善雷达回波信噪比的方法。理论分析和计算表明,该方法可以提高雷达信噪比2~3 d B;观测结果证实,该方法可以增强双偏振天气雷达对弱信号的探测能力。     

清远连州CINRAD/SA-D型业务试验双偏振天气雷达技术评估

以北京敏视达雷达有限公司生产的国内首部S波段业务试验双偏振雷达（清远连州CINRAD/SA-D型）为研究对象,从硬件升级、在线/离线标定方法、信号处理及软件技术等方面与美国WSR-88D双偏振天气雷达进行比对分析,重点对采用机内信号源法的长期标定结果和小雨数据全链路标定结果进行统计分析.研究结果表明:机内长期标定情况下,差分反射率因子ZDR和差分传播相位φDP的统计方差分别为0.205 3 dB和1.135 8°;通过关键参数筛选出的业务观测小雨数据,ZDR的标准差值控制在了0.5 dB以内,这些结果与美国天气雷达标定指标相当.      

薄层软化工艺参数对表层Ar和K的影响

本文研究了簿层软化工艺参数与组织之间的关系,测定了该工艺各阶段的C势和N势。试验结果表明:其它条件相近情况下,增加渗C阶段强渗期煤油滴量,炉内C势增高,工件表层Ar和K量均增多,渗速加快,总渗层增厚;共渗介质供应量增大,表层Ar和K量稍增多;降温阶段时间延长,Ar减少而K量增多;相同工艺条件下,钢的化学成分不同,最终得到的Ar量也不同。     

隧道壁后注浆缺陷的雷达波场模拟及信息提取

采用适于有耗介质的完美匹配层(PML)吸收边界条件的二维时域有限差分算法,对隧道壁后注浆缺陷的典型类型进行电磁波传播的数值模拟.模拟结果表明,自由表面的观测场包含着极强的钢筋散射波,影响了目标体反射波的识别.在此基础上,提出了一种新的基于一致性信息相消的钢筋散射波场去除方法,将自由表面观测的总场减去事先计算得到的钢筋散射场,可从强散射背景中恢复并提取出隧道壁后注浆缺陷目标体的反射波,数值计算结果体现出了该方法的有效性和准确性.     

基于X波段雷达回波图像相关性分析的 浅海水深数值模拟与反演研究

根据描述有限水深的TMA海浪谱模型,对X波段雷达浅海区域海面回波进行了数值模拟;TMA海浪谱模型是深水JONSWAP谱的扩展,它能反映水深变化对海浪的影响。对利用X波段雷达回波图像相关性分析来反演浅海水深方法的适用条件以及性能进行了分析;该方法利用雷达对海杂波成像,结合回波图像之间理论与实际相关性之间差值累计量的最小值与水深的对应关系,可以得到雷达探测区域的水深信息。数值模拟以及水深反演结果表明:图像相关性方法在水深小于25 m时有较好的水深估算能力;但当水深大于25 m时,此方法会失去其水深反演能力。通过对模拟的图像进行水深提取,有效的验证了谱模型的准确性以及相关性方法的适用范围,为后续X波段雷达水深研究提供了很好的依据。     

堆石坝材料参数的灵敏度分析

对堆石坝材料参数的灵敏度进行了分析,计算了堆石料的静力本构模型。通过比较,选用邓肯Ｅ－Ｂ模型的材料参数工分析,利用有限元计算找出了Ｒｆ,ｎ,ｍ,Ｋ,Ｋｂ与沉陷变形的关系。计算时采用了变化某一个参数而固定其余参数的方法,计算分析得知主要参数的敏感性。     

PRC_CW 雷达地杂波空间相关特性仿真分析

在分析典型地物杂波的空间分布特性的基础上,针对ＰＲＣ－ＣＷ（伪码调相连续波）雷达的特性,即雷达在低俯视角情形时地面回波信号展宽,利用对码元回波复信号进行空间矢量叠加以得到ＰＲＣ－ＣＷ雷达实际接收的回波信号．通过计算机模拟得到伪码调相连续波雷达回波信号后,对其空间相关特性进行了分析．     

雪层中水热耦合迁移模型的建立

建立了雪层中水、热耦合迁移模型，利用该模型分析了水、热、溶质交换的复杂的物理过程及雪层对土壤表面能量传输、水分迁移的影响，可用于预测冻融期积雪层的物理变化过程及雪层对土壤水热状况的影响。