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毫米波雷达反演云微物理参数的研究

2020-12-08阅读(691)

毫米波雷达反演云微物理参数的研究

论文摘要

云的微物理参数是深入研究云物理过程和云辐射效应的基础。本文利用地基Ka波段毫米波雷达探测的云回波数据,不仅进行了回波数据的衰减订正,而且进行了层状云微物理参数的反演。论文还研究了利用双频雷达数据反演水云和冰云参数的算法,探讨了算法对滴谱参数、粒子形状的敏感性,并利用模拟数据对双频反演算法进行了效果检验。主要结论如下:（1）温/湿度越高,大气衰减系数越大。在标准大气状态下,近地面大气对35 GHz、94 GHz和220 GHz雷达电磁波的吸收系数分别为0.08 dB?km-1、0.35 dB?km-1和2 dB?km-1,从地面到12 km高度处的双程路径积分衰减分别为0.4 dB、1.3 dB和6.2 dB。（2）液相云滴的衰减系数在2 dB?km-1以下,冰云的衰减系数较水云约小3个量级,冰云对Ka波段雷达电磁波的衰减几乎可以忽略。但是冰的介电因子约为0.174,比雷达常数中的0.93小了5.3倍,使得实测的雷达反射率因子比实际的雷达反射率因子偏弱约7 dB,可能导致云边界的缺测。（3）高层云个例中的中值直径范围为29.9458.55?m,粒子数浓度主要集中在105108个?m-3,液态水含量为0.001.50 g?m-3。卷层云个例中,等效中值直径为30.0050.93?m,粒子数浓度为105107个?m-3,冰水含量为10-310-2g?m3-。液（冰）水含量分布与雷达反射率因子分布较为一致,大粒子区与谱宽高值区相对应。（4）对于冰云,DFR（两个频段雷达反射率因子之比）反演算法比DDV（两个频段多普勒速度之差）反演算法具有明显的优势,因为双频雷达反射率因子差别大,但双频多普勒速度差别较小。DFR和DDV在水云中都可独立反演出中值直径D0。在高频波段,DFR算法对雨、云水和水汽的衰减非常敏感,而基于DDV的方法不受衰减的影响。鉴于高频波段衰减订正的困难性,在水云中,不必考虑衰减订正的DDV反演方法比DFR方法更直接,更准确。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究目的及意义
  •   1.2 毫米波雷达在国内外的发展状况
  •   1.3 毫米波雷达特点
  •   1.4 毫米波雷达反演云微物理参数国内外研究进展
  •   1.5 本文研究内容
  • 第二章 云微物理特征和云粒子单散射特性
  •   2.1 云微物理过程概述
  •   2.2 暖云微物理过程
  •     2.2.1 液滴的形成
  •     2.2.2 液滴凝结碰并增长
  •   2.3 冷云微物理过程
  •     2.3.1 冰晶形成-初级成核
  •     2.3.2 冰晶凝华聚集增长
  •   2.4 云的尺度分布特征
  •     2.4.1 修正的Γ分布函数
  •     2.4.2 对数正态分布函数
  •   2.5 液态水和冰水含量
  •   2.6 下落速度
  •   2.7 云粒子单散射特性
  •     2.7.1 DDA简介
  •     2.7.2 复折射指数
  •     2.7.3 液相云滴的散射特性
  •     2.7.4 冰云的散射特性
  •   2.8 本章小结
  • 第三章 毫米波雷达探测原理和数据订正
  •   3.1 观测仪器
  •   3.2 探测原理
  •   3.3 大气对毫米波雷达的衰减
  •   3.4 云滴对毫米波雷达的衰减
  •   3.5 数据订正
  •     3.5.1 衰减订正原理
  •     3.5.2 衰减订正算法
  •     3.5.3 介电因子项的订正
  •   3.6 个例分析
  •     3.6.1 数据来源与数据预处理
  •     3.6.2 个例1--2017年03月15号
  •     3.6.3 个例2--2015年11月01号
  •   3.7 本章小结
  • 第四章 云微物理参数的反演
  •   4.1 单频反演
  •     4.1.1 利用雷达反射率因子和谱宽反演层状云微物理参数
  •     4.1.2 个例1--2017年03月15号
  •     4.1.3 个例2--2015年11月01号
  •   4.2 双频反演
  •     4.2.1 双频反演算法的理论基础
  •     4.2.2 水云的DFR-D0和DDV-D0关系
  •     4.2.3 冰云的DFR-D0和DDV-D0关系
  •     4.2.4 双频反演模拟评估检验
  •   4.3 本章小结
  • 第五章 总结与展望
  •   5.1 总结与讨论
  •   5.2 研究的创新点
  •   5.3 存在的不足和未来工作计划
  • 参考文献
  • 致谢
  • 个人简介
  • 附录

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 杨敏

    导师: 黄兴友

    关键词: 毫米波雷达,云微物理参数,数据订正,单频反演,双频反演

    来源: 南京信息工程大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 气象学

    单位: 南京信息工程大学

    分类号: P412.25

    DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000020

    总页数: 76

    文件大小: 4527K

    下载量: 78

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