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。     

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。     

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。     

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。     

双偏振天气雷达雨区衰减测量偏差的修正

针对现有的测量雨区衰减方法受到标定局限性的限制,导致测量值存在偏差的问题,提出基于标定源的双偏振天气雷达雨区衰减测量偏差修正方法;安装双偏振天气雷达设备,并测量雨区衰减数据,以测量衰减数据为偏差修正的初始数据,分析测量偏差来源与类型;利用标定源对双偏振天气雷达设备进行标定,实现雨区衰减测量偏差修正.修正效果测试对比实验...     

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。     

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。     

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。     

CINRAD/SA天气雷达双PRF技术I/Q信号仿真及算法对比验证

以CINRAD/SA天气雷达双PRF技术为研究对象,采用大气分层模型,建立基于端到端I/Q时域信号仿真算法,生成I/Q仿真信号并进行可靠性验证.对比分析不存在速度模糊、低重频下的速度模糊和双重频模糊情况下的快速傅里叶变换算法FFT和脉冲对算法PPP的评估精度,并分别采用标准解模糊算法和改进解模糊算法进行速度解模糊对比计算.统计分析结果表明:基于端到端I/Q信号仿真算法能对探测体内的风速细节进行很好的描述;当发生速度折叠时,脉冲对算法PPP的评估精度要高于快速傅里叶变换算法FFT的运算精度,同时改进解模糊算法精度高于标准解模糊算法,且与单PRF下的脉冲对算法PPP的评估精度相当.      

一次典型南海季风槽云系的双偏振雷达特征分析

鉴于过往对于南海季风槽降水云系的研究多以数值模拟或气象卫星数据为主,而以双偏振雷达对其展开详细分析的研究却相对较少,因此为了加强海南省西沙永兴岛双偏振雷达在南海季风槽降水云系中的应用效果研究,笔者以2021年10月17日发生在海南省西沙永兴岛附近的一次典型南海季风槽所引起的热带扰动降水云系为基础,同时结合S波段双偏振天气雷达、地面自动站降水观测等资料对其展开了深入的分析与研究,结果表明：该次热带扰动云系主要受南海季风槽影响,南海海域高空风场存在明显辐合,叠加高空偏东急流带来了丰富水汽、副热带高压带明显西伸等多重因素在过境永兴岛期间发生持续性降水;该次热带扰动云系过程可分为3个阶段,在其第2和第3发展阶段对流属性占据主导地位,10:00～11:00期间混合云系垂直积分液态水含量及雷达回波顶高出现小幅跃升,且云系内部小部分区域在高空5 km以上高度出现弱的“Z_DR柱”现象;在混合云系发展成熟期(11:00～12:00),云系内部超过50 dBZ的区域主要集中在6 km以下的中低层,云系的差分反射率(Z_DR)超过1 dB的区域面积显著变大,相关系数...     

极化雷达的同时全极化测量与校准技术

 针对传统同时全极化测量技术中存在的极化测量误差问题,介绍了基于模糊函数矩阵的同时全极化测量新方法,有效地消除了因发射信号非正交性引入的测量误差,并给出了相应的信号处理流程;针对传统极化校准技术实施难度高、校准精度差等问题,给出了基于单个金属球定标体的极化校准新方法;基于瞬态极化雷达实验系统(KD-IPR)开展的外场试验对上述方法进行了验证.     

极化技术在雷达侦察中的应用

为了提高复杂电磁环境下雷达侦察的分选和识别能力,提出了一种可用于ESM(Electronic Warfare Sup-port Measures)、ECM(Electronic Counter Measures)系统的极化接收机实现方案。分析了极化技术在雷达侦察中的优势,研究了极化失配所造成的功率损失和距离损失,讨论了应用极化技术提高雷达侦察能力的可能性和可行性。结果表明,极化技术是解决复杂电磁环境下雷达侦察的一种有效途径。     

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。     

圆极化雷达反气象干扰的机理分析

从散射场的角度出发 ,分析了介质球在圆极化波照射下远区散射场的极化特性 ,并在此基础上分析了气象目标回波的极化特性 ,详细阐明了长波圆极化雷达反气象干扰的机理     

GaAlN/GaN量子阱中电子的激发态极化

考虑了纤锌矿结构材料的各向异性造成的内建电场的作用，计算了GaN／GaAlN量子阱内电子的激发态极化．结果表明．电子偶极矩改变随Al浓度的增加非线性减小．一般情况下激发态极化产生的电场强度远小于内建电场．可忽略不记，但当n取较大值(10^19／cm^3以上)时，即材料被重掺杂时，激发态极化产生的电场强度对内建电场的影响不能忽略．