层状云微物理结构演变特征的个例研究

在人工增雨作业的同时,利用机载粒子测量系统对一次降水云系的探测资料进行了深入分析,给出了云和降水的宏微观结构演变特性,研究表明：（１）层状云中的中小尺度降水云区,是造成地面降水分布不均匀的物理原因;（２）云滴浓度与平均直径之间呈负相关关系;（３）支滴谱的垂直分布是典型的３种类型;（４）层状云微结构在水平方向上的起伏较大,存在４种不同类型。     

毫米波云雷达与地基微波辐射计联合反演云微物理参数

使用地基微波辐射计与毫米波云雷达进行主被动遥感联合探测,从理论上能够更准确地反演云微物理参数。分别以2010年7月于广东阳江和2015年3月于江苏南京进行的联合观测试验所获取的数据为例,对其中的层状云、层积云个例进行联合反演微物理参数的试验和分析,获取云演变过程中微物理参数和其他环境场物理量的变化特征。结果表明:1云雷达-微波辐射计联合反演法反演的云微物理参数与基于雷达反射率因子的经验法有较好的一致性,与实测经验值相比,结果比较可靠;2在层状云发展初始阶段,凝结增长作用在云体中上部位置起主要作用,碰并作用主要导致云滴粒子的显著增长和云层垂直方向的延展;在垂直上升速度较大的层积云中,云滴粒子通过碰并作用增长;3低层湿区高度与大范围层状云系出现的高度较为一致,抬升作用和水汽通量的辐合为云的产生提供了动力和水汽条件。     

基于毫米波测云雷达的建瓯云宏观分布特征

利用毫米波测云雷达时空分辨率高的优势,对建瓯地区2019年5月-2020年4月云宏观分布及时间变化特征进行定量统计分析.研究结果表明,建瓯地区云发生情况较为频繁,云出现率约62.8％;春季多云,秋季少云;一日中,16:00至21:00时段云出现率较高,2:00至4:00时段较低.平均云底高约为1.2km,云顶高约为5....     

层状云人工催化物理效应的数值模拟

对于自然云催化过程的数值模拟可以再现人工催化后云的宏微观物理响应特征,有助于提高对人工催化机理的科学认识,优化人工催化方案。在天气研究与预报(weather research and forecasting, WRF)模型Thompson微物理方案中加入碘化银人工催化过程,对2018年河北省一次层状云催化过程开展数值研究。数值模拟结果表明,采用与实际催化过程相似的催化剂量,层状云降水个例催化后冰晶含水量及地面降水显著增加。该次降水个例自然云中冰相粒子较少,自然云中冰相过程不活跃,数值模拟结果再现了降水个例催化后从过冷却到冰、雪晶含量明显增加的转变。相同催化剂量下,催化层厚度的减少提高了播撒率,进一步优化了催化效果,可见,应该在云中过冷水含量丰富的云区开展冷云催化作业。人工催化过程增加的冰晶通过凝华过程增长并自动转化为雪晶,雪晶增长下落过程中以凇附过冷云水增长为主。催化过程导致地面降雪显著增加。     

星载毫米波云雷达反演液态水云含水量的算法性能分析

为了充分了解毫米波雷达遥感液态水云微物理参数的性能,介绍了一种基于最优估计理论从星载毫米波雷达反演液态水云微物理参数的方法,并通过模拟试验对算法性能做了初步分析.模拟分析表明,假定云中粒子半径的垂直分布不均一,而数密度和谱宽分布均一,当观测不确定度等于1.5 dBZ时,整层廓线几何平均半径、数密度、谱宽以及液态水含量LWC(liquid water content)的相对不确定度分别为:13%、59%、15%和50%.各谱参数之间存在着一定的相关性,在计算LWC不确定性时,考虑这种互相关性可以使廓线的反演不确定度显著减小.介绍了联合雷达反射率和可见光厚度信息反演云微物理参数的方案.对比试验表明,不同的参数假定方案下,联合反演方法对反演结果的影响不同.若假定云中粒子半径的垂直分布不均一,而数密度和谱宽分布均一,则联合反演方法可使LWC反演不确定度从50%减小到27%;而若假定云中3个参数的垂直分布均不均一,联合反演对于结果的改进相对较小,仅从50%减小到了48%.     

层状大地视真频参数测深曲线的反演

在Cole-Cole模型假设的基础上,用一种新的递推反演算法对无电磁偶合影响时的水平层状大地对称四极装王复电阻率测深曲线进行反演,得出了层状大地上视电阻率、视时间常数、视频率相关系数、视充电率的视真频参数测深曲线.与需要复电阻率频谱的反演方法不同,该递推算法只需要4个不同频率的复电阻率数据,大大减少了野外工作量.通过对几种层状介质模型反演计算,结果表明:视真频参数测深曲线能够反映出各地层介质的真频参数随深度的变化规律;综合利用视真频参数能确定层状介质的频谱特性,从而达到区分岩石性质的目的.     

层状粘弹性介质参数反演的同伦方法

以介质的动态时域位移响应作为参数反演的依据,利用大范围收敛的同伦方法对层状粘弹性介质的材料参数进行了反分析研究.动态时域位移响应比拟静态和频域位移响应含有更丰富的信息,而且在实际工程中所测得的信息也多为动态时域信号,因此将时间全过程的位移信息用于层状粘弹性介质参数反分析,将使反演的结果更合理,更接近实际.为保证迭代稳定性、削弱观测噪声的影响,同伦参数的修正采用了连续化修正方法.以三维层状粘弹性半空间介质为例进行了数值模拟,结果表明,反演结果不依赖于初始值的选取,反算过程稳定收敛,说明对反演参数连续修正的同伦反演方法对于层状粘弹性介质的动态参数反演是适用、有效的.     

过冷层状云AgI播云效应区的NOAA卫星反演分析与数值模拟

2000年3月14日14时15分至15时49分,在陕西省境内实施了1次AgI飞机人工增雨作业,15时35分NOAA-14卫星接收到播云后的云图资料显示:在云顶形成了1条长301 km、平均宽9 km、最大宽度14 km的云迹线．卫星资料分析表明播云云迹为冰晶化的云沟,云沟内暖外冷,有增温效应,是播云所致．通过催化剂输送扩散的数值模拟证实了每段云沟都与每段催化剂的输送扩散一一对应,是播云效应在云顶的直观反映,云沟区为播云效应区．虽然卫星能够提供小时尺度、百公里范围播云效应的状况,但只能给出云顶这一个剖面的状况,文中利用数值模拟再现了播云效应区的时空分布及演变,分析播云效应区特征．数值模拟显示:120 min内,播云效应区的面积、体积、宽度、厚度随时间为先增后减的单峰型,90 min达到极大,极大值分别为3639 km2,3413．4 km2,9．19 km,0．94 km,120 min内的平均值分别为2303 km2,1973．0 km3, 6．87 km,0．78 km;考虑到NOAA资料的局限性和云及其微物理过程的复杂性,真正的播云效应区的面体也许更大、宽度更宽、厚度更厚、存在时间更长．     

一次层状云人工增雨过程的数值模拟研究

模拟分析了河南南阳一次层状云人工增雨过程的自然云和催化云的微物理过程.结果表明自然云内冰晶含量很少,冰相过程不活跃,消耗水汽较少,大滴形成较为困难,降水效率低,降水强度出现过2次峰值.通过对自然云的模拟分析可以得出合适的催化部位,一般在过冷水含量较大,温度较低,云稳定维持阶段(模拟第52分)开始播撒,催化位置为(18 ...     

冰晶中空气和过冷水滴对毫米波雷达反演卷云冰水含量的影响

在现有对卷云的探测基础上,考虑卷云中常被忽略的冰晶空气含量和过冷水滴,应用Lorenz-Mie散射理论和Maxwell-Garnett等效介质理论研究了冰晶空气含量和过冷水滴对毫米波雷达云水量反演的影响。分析表明,过冷水滴对云水量反演的影响较大;而冰晶中空气含量对云水量反演的影响则可以忽略。因此,更准确的卷云模型应该考虑过冷水滴。     

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。     

用星载雷达和微波辐射计对江淮云雨垂直结构进行分析及模拟研究

利用热带降雨测量计划卫星2000年在淮河流域能量和水循环试验区域的观测资料建立了适合该地区的云雨模型,并用此模型研究了云雨系统中各种成分对星载微波辐射计所接收的辐射亮温的贡献。模拟结果跟微波成像仪(TRMM)的九通道微波辐射亮温进行对比的结果表明：用TRMM卫星资料建立的云雨模型较好的反映了云降水系统的实际辐射情况;同时也看到,降水系统中上部冰层对上行辐射亮温影响巨大,值得进一步研究。     

利用卫星资料估算中尺度对流云团上升速度的一种方法

为了得到中尺度对流云团内的垂直上升速度,给出了一种利用高分辨率红外卫星云图的估算模式,并进行实验。结果表明,该方法可定量地揭示中尺度对流发展演变的特征,估算得到的中尺度对流云团中强中心上各速度可为中尺度数值预报以及中尺度强对流天气分析预报提供依据。     

基于云模型的复杂体制雷达辐射源信号特征模糊评价

鉴于传统的评价方法未能考虑指标值的模糊性,从可分性、复杂性和稳定性3方面建立评价指标体系,把云模型和模糊评价理论结合起来,并利用Bootstrap小子样法求解评价矩阵,最终通过建立的新模型得到评价结果.仿真实验结果表明,此模型把指标的确定性和模糊性都代入计算,从而较为全面地得出特征评价结果,为雷达辐射源信号特征的分选识别提供了一种新的选择.     

扩展VAP对单多普勒雷达径向风的反演及质量控制

利用理想的均匀和涡旋风场模拟了多普勒雷达径向风资料，检验了VAP方法的反演能力，发现VAP方法对均匀风场反演能力很强，而对涡旋风场反演效果较差，分析显示局地均匀风的假定是主要原因．针对该假定过于理想化的特点，结合实际风场提出了扩展VAP方法，模拟资料对比试验表明，扩展VAP方法计算简便，能显著提高雷达径向风的反演质量，反演风场在风速大小和方向上都更合理．实例反演也证明了扩展VAP方法的反演性能，与双多普勒雷达反演结果基本一致．最后还结合气候极值、时空连续性条件对反演结果进行了质量订正，使反演的风场质量得到了进一步提高，为资料的下一步数值应用奠定了基础．     

单多普勒雷达VAP方法反演水平风场的检验

利用长江中下游外场实验的多普勒雷达联合观测资料,检验使用VAP（Velocity-Azimuth Process）方法反演中-β尺度（20～200km）水平风场的可靠性。局地均匀风假定的合理 性分析表明,在125km以内VAP方法反演的水平风场的分辨率可以满足中-β尺度(20～200km)分辨率的需求。多种方式检验表明,单多普勒雷达VAP方法反演出的水平风场可以正确地反映风场中的中-β尺度结构,作为分析中尺度风场信息的依据。     

偏振雷达参量对融化层回波的探测敏感性分析

融化层特征的研究及其微物理性质的识别在云物理降水研究、人工影响天气、航空飞行以及积云参数化方案修订等都有重要意义。利用南京信息工程大学C波段双偏振雷达(简称为NUIST C-Pol雷达)的回波强度Z,差分反射率因子ZDR、差分传播相位常数KDP、正交相关系数ρHV,研究融化层回波(即零度层亮带,简称亮带)敏感性及其对应水凝物微物理特征。根据NUIST C-Pol雷达2014年实测数据,分析亮带的偏振参数探测特性时发现相关系数最敏感,它比其他参量更早出现亮带特征;其次是差分反射率因子、差分传播相位常数,最后才在回波强度上看到明显的亮带。进一步地,探讨了亮带中相关系数的探测敏感性及其数值减小的机理。研究结果对于用双偏振雷达参数研究云降水物理特性具有理论和应用价值。     

一种基于改进DBSCAN的雷达信号分选算法

针对传统DBSCAN算法参数设置依靠人工经验的不可靠性,并且对非均匀数据聚类效果差的问题,基于云模型(Cloud Model)提出了一种CMDBSCAN算法,算法首先结合距离曲线倾角突变的特点自适应获得邻域半径,并根据雷达信号分布密度设置聚类密度点数阈值,可实现DBSCAN算法自适应运行;同时结合多维云模型理论,对DBSCAN算法分选结果进行有效性评估,利用判定结果进一步优化参数设置.根据仿真模拟的复杂对抗过程中帧收的雷达信号进行实验,证明该算法可实现非均匀雷达信号的自适应分选,同时可有效避免在多功能雷达信号分选中的"增批"问题.     

由单个多普勒雷达探测资料反演风矢量场的变分方法

由单个多普勒雷达探测资料反演风矢量场的问题被表述为模式参数识别的问题。利用变分方法和最优控制技术给出风场的最佳估计。总结作者及其合作者在这一领域的研究成果,讨论了在存在的问题和进一步研究的方向。