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双频云雷达在青藏高原云参数观测的比较研究

2020-12-08阅读(228)

双频云雷达在青藏高原云参数观测的比较研究

论文摘要

为了获得更精细的云垂直结构和云演变过程,毫米波云雷达的观测成为近年来云降水研究的重要手段之一。与传统天气雷达对比,毫米波具有波长较短的特点,使得其对更微小粒子的探测较为灵敏。位于西藏羊八井的APSOS系统在国内第一次实现了W波段和Ka波段双频云雷达的同步观测,本文使用这两部云雷达的数据对青藏高原云特性开展研究工作,包括云宏观参数和云水含量的反演,同时充分利用CloudSat星载W波段云雷达过境羊八井的独特优势,实现了星—地云雷达的对比分析。本文主要研究内容和初步结果如下:(1)由于毫米波受到降水造成的衰减影响较大,所以本文研究对象是非降水云回波。首先使用青藏高原羊八井站点W波段云雷达对2017年12月至2018年2月冬季3个月的连续观测资料,获得了高原冬季云的宏微观参数特性,包含云底和云顶高度、云厚以及冰水含量IWC等。结果表明:羊八井地区冬季主要云类型为中低层薄云,云层高度大多数在2~5km以内,云厚在0.3~2km以内,其云参数具有明显的日变化。北京时间凌晨2时至8时为云发生最频繁的时段,而10时至12点为云发生频率最小的时段;当地日出时刻,云底和云顶高度先减小后增加,大多为薄云;正午之后,云底和云顶高度均有抬升,日落之后,云高以及云厚变化缓慢;同时会有一定的高云分布,主要出现在6km左右,大多出现在凌晨;经过对前人研究多种经验关系的适当选择,还进行了云水含量的反演,冬季冰水含量IWC反演的统计结果表明,IWC主要集中在0.01~0.04g?m~3范围内,出现峰值为0.01g?m~3左右。(2)本文不仅对单部云雷达数据资料进行统计分析,还讨论了地基双频云雷达之间和星—地云雷达之间的云参数的比较研究。通过双频云雷达同步观测一次低层云、中厚云和高层云的个例分析以及星—地云雷达同步联合观测的初步讨论,能够得出:两者均可实现对云宏观参数的观测以及云水含量的初步反演,具有良好的一致性和可行性,但其探测能力的强弱与云层所在高度及其厚度有着一定的关系。造成的原因可能是由于毫米波长较短,随着探测高度的增加,受到大气和云体造成的衰减随之增加,并且本文使用的W波段云雷达处于发展阶段,其硬件性能可能并不理想,但总体来说,还是能够为进一步的高原云和降水机制、云微物理过程研究以及多平台多设备的联合观测研究打下基础。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 选题的目的和意义
  •     1.1.1 云
  •     1.1.2 云的重要性
  •     1.1.3 云的复杂性
  •   1.2 云观测现状
  •     1.2.1 云参数
  •     1.2.2 云的地基探测
  •     1.2.3 云的卫星遥感探测
  •     1.2.4 飞机平台穿云探测
  •   1.3 云雷达国内外发展
  •     1.3.1 Ka云雷达国内外发展现状
  •     1.3.2 W云雷达国内外发展现状
  •     1.3.3 微波雷达和激光雷达国内外发展现状
  •   1.4 青藏高原云特征
  •     1.4.1 青藏高原的自然特点
  •     1.4.2 青藏高原云研究进展
  •   1.5 本文主要研究内容
  •     1.5.1 前人研究的不足之处
  •     1.5.2 本文的研究思路和研究内容
  • 第二章 数据资料来源
  •   2.1 APSOS系统
  •     2.1.1 APSOS的科学目标
  •     2.1.2 APSOS的系统组成
  •     2.1.3 羊八井站的基本情况
  •     2.1.4 APSOS投入运行的基本情况
  •   2.2 APSOS系统中的Ka雷达
  •     2.2.1 概况
  •     2.2.2 主要技术指标
  •     2.2.3 数据介绍
  •   2.3 APSOS系统中的W雷达
  •     2.3.1 概况
  •     2.3.2 主要技术指标
  •     2.3.3 数据介绍
  •   2.4 Cloud Sat中的CPR雷达
  •     2.4.1 概况
  •     2.4.2 主要技术指标
  •     2.4.3 数据介绍
  • 第三章 青藏高原云宏观参数分析
  •   3.1 W雷达观测冬季云底、云顶高和云厚统计结果
  •     3.1.1 云底统计分析
  •     3.1.2 云顶高统计分析
  •     3.1.3 云厚统计分析
  •     3.1.4 云层数统计分析
  •     3.1.5 平均云底、云顶高度和云厚度统计结果分析
  •   3.2 地基W雷达与CLOUDSAT CPR在云宏观统计上的比较分析
  •     3.2.1 CLOUDSAT CPR云宏观特性反演
  •     3.2.2 CLOUDSAT云底、云顶统计结果
  •   3.3 基于双频雷达探测云能力的个例分析
  •     3.3.1 两部雷达可探测最小强度的比较分析
  •     3.3.2 两部雷达在云底、云高比较研究中的个例分析
  •   3.4 小结
  • 第四章 青藏高原云微观参数分析
  •   4.1 地基双频云雷达观测云内液态水/冰水含量反演
  •     4.1.1 地基云雷达反演算法
  •     4.1.2 W波段云雷达反演统计分析
  •   4.2 基于双频雷达观测云内水含量反演的比较研究
  •   4.3 地基W雷达与CLOUDSAT云内水含量反演的比较研究
  •     4.3.1 CLOUDSAT反演算法
  •     4.3.2 个例分析
  •   4.4 小结
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 总结
  •     5.1.1 本文的研究脉络
  •     5.1.2 本文的主要结论
  •   5.2 论文创新点
  •   5.3 存在的问题及未来发展方向
  • 参考文献
  • 作者在读期间科研成果简介
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 蒋秋菲

    导师: 何建新,吕达仁

    关键词: 波段,青藏高原,云参数,云水含量,日变化

    来源: 成都信息工程大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 气象学

    单位: 成都信息工程大学

    分类号: P412.25

    DOI: 10.27716/d.cnki.gcdxx.2019.000161

    总页数: 66

    文件大小: 6441K

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