多普勒天氣雷達的最新應(yīng)用進展-雙偏振雷達對地物回波的識別

■冼甜 趙潤澤

（蘭州大學(xué)2013級大氣科學(xué)基地班甘肅蘭州730107）

多普勒天氣雷達的最新應(yīng)用進展-雙偏振雷達對地物回波的識別

■冼甜 趙潤澤

（蘭州大學(xué)2013級大氣科學(xué)基地班甘肅蘭州730107）

地物回波的存在嚴(yán)重的影響了降水回波的精度，雙偏振激光雷達在模糊邏輯算法基礎(chǔ)上加入偏振參數(shù)構(gòu)成偏振模糊邏輯算法能有效的區(qū)別出降水與非降水回波，從而能有效解決過度識別零速度降水的問題，將能提高降水精度的估測。

雙線偏振 多普勒天氣雷達 地物回波 模糊邏輯

0 引言

隨著電子及計算機技術(shù)的發(fā)展，多普勒天氣雷達已成為降水、風(fēng)及雷暴等大氣現(xiàn)象不可或缺的重要手段，被廣泛應(yīng)用于天氣監(jiān)測和氣象科學(xué)研究。雷達在探測降水目標(biāo)的同時，也受到非降水目標(biāo)的影響，產(chǎn)生非降水回波信號，將嚴(yán)重影響定量降水估測、數(shù)值模式預(yù)報、臨近預(yù)報。由于被觀測區(qū)域大氣溫度和濕度發(fā)生變化，雷達波束折向地面引起的異常傳播的地物雜波，稱為超折射回波。

近年，雙線偏振雷達已成為天氣雷達發(fā)展的重要方向，新一代雙線偏振多普勒天氣雷達不僅能提供回波強度、徑向速度和速度譜寬等常規(guī)參量，同時還能提供多種偏振參量，這些參量的應(yīng)用為非降水回波的識別及去除提供了有效的技術(shù)手段。

1 雙偏振天氣雷達簡介

天氣雷達是天氣探測和預(yù)報的重要技術(shù)裝備，我國的天氣雷達已經(jīng)經(jīng)歷了3個發(fā)展階段，即常規(guī)模擬天氣雷達階段、數(shù)字化天氣雷達階段和多普勒天氣雷達階段。

常規(guī)模擬天氣雷達和數(shù)字化天氣雷達只能探測氣象目標(biāo)物的位置和強度，而由于缺乏氣象目標(biāo)的運動信息，很難滿足天氣預(yù)報的需要。多普勒天氣雷達則比常規(guī)數(shù)字化天氣雷達能獲取更多的信息，不僅能探測氣象目標(biāo)物的位置和強度，還能探測這些目標(biāo)中降水粒子的徑向運動速度和速度譜寬，從而得到大氣風(fēng)場和湍流等信息，能監(jiān)測下?lián)舯┝鳌埦?、陣風(fēng)鋒、低空風(fēng)切變等災(zāi)害性天氣，是氣象保障必不可少的裝備。

雙偏振多普勒天氣雷達是處于當(dāng)前國際前沿的高科技裝備，它發(fā)射兩種相互正交的線極化波，不僅能得到氣象目標(biāo)的強度、速度和譜寬、還能根據(jù)定量測得的回波信號的偏振信息計算出氣象目標(biāo)中極為重要的微物理場的信息，這些信息不僅能極大地提高雷達定量測量降水率、云中含水量等的精度，提高對氣象目標(biāo)的識別能力，加強對災(zāi)害性天氣和危險航線的預(yù)報和保障能力；而且在評估大氣環(huán)境侵蝕參數(shù)等特殊氣象保障方面也有很大的應(yīng)用。

2 回波識別的方法

研究發(fā)現(xiàn)，地物回波除了具有徑向速度接近零、反射率空間變率或梯度較大、回波頂高較低等特征，地物回波的差分反射率和差分傳播相移的波動性較大，差分反射率和差分傳播相移的紋理特征值也較大，而零相關(guān)系數(shù)一般低于0.8。應(yīng)用偏振參數(shù)識別地物回波比只利用常規(guī)參數(shù)識別效果更好，不僅能識別與降水回波分離的地物回波，對混合時的識別效果也較好，而且不會造成較遠處小雨的丟失。

選擇從回波強度中提取的反射率水平紋理TDSZ、徑向的庫間變化程度SPIN和徑向速度區(qū)域平均值MDVE、速度譜寬的區(qū)域平均值MⅣ，以及偏振參數(shù)ZDR、的水平紋理特征等6個物理量作為偏振模糊邏輯算法的輸人參數(shù)。圖3為6個參量的概率分布圖，對地物回波和降水回波的各參量的分布特征進行分析：

（1）由于地物回波形狀多變，分布不均勻，其水平反射率紋理特征明顯大于降水回波，且分布范圍較大，從0到80均有分布，降水回波主要集中在0到20范圍內(nèi)；地物回波徑向的距離庫問變化程度也較大，主要分布在大于50%的區(qū)域，明顯大于降水回波；

（2）地物一般是靜止的，地物回波的徑向速度和速度譜寬分布在零附近，降水回波的徑向速度均勻分布在正負(fù)最大不模糊速度之間，速度譜寬一般較大；

（3）差分反射率和差分傳播相移的分布特征比較一致，地物回波分布范圍比較廣，降水回波主要集中在零附近，分布特征明顯不同。

因此使用這6個參數(shù)應(yīng)該能有效區(qū)分降水回波和地物回波。

3 結(jié)論

雙偏振多普勒天氣雷達對云內(nèi)水凝結(jié)物類型，降水粒子的相態(tài)、排列取向和尺度譜等微物理特性的鑒別和測量，在評估大氣環(huán)境侵蝕參數(shù)等方面有重大的應(yīng)用價值，而且可大大提高測量降雨率、降雪率等的準(zhǔn)確度。對災(zāi)害性天氣的預(yù)報和危險天氣的氣象保障也有十分重要的作用。

[1]Joss J，et a1.The application of radar-gauge comparisons to operational precipitation profile corrections[J]，J.Appl.Meteor.,1995,34:2612-2630

P4[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-423-1