云中水凝物的毫米波散射特性及反演研究

发布时间：2020-06-01 18:10

【摘要】：云在大气空间环境中扮演重要角色,对毫米波在大气空间中传输有重要的影响,所以为了保证大气空间环境下毫米波的传输效应,必须研究云的毫米波散射辐射特性、衰减特征和云中水凝物的类型。而卷云中冰晶粒子的不规则性,加大了对云的研究难度。本文的主要研究成果如下:(1)利用离散偶极子近似算法系统地计算分析了卷云中冰晶粒子在不同条件下的毫米波散射特性,并将计算结果与在相同条件下Mie理论计算结果对比。对比结果表明了离散偶极子近似算法计算冰晶粒子毫米波散射特性结果的正确性。冰晶粒子融化时,其毫米波散射特性也随之改变。本文使用了同心双层球和同心双层椭球模型计算了融化冰晶在不同条件下的毫米波散射特性,并分析了在毫米波段卷云层的单次散射特性,结果表明,卷云中冰晶粒子尺度对其散射特性有很大的影响。(2)本文使用Rayleigh近似、Mie理论和DDA方法计算分析了不同条件下云滴毫米波散射特性,并将结果进行对比。根据经典公式和工程计算经验公式,计算了云的衰减,分析了经验公式的相对误差,并根据不同类型云(高云、中云、低云、积云、积雨云和雨层云)的实际情况计算了其衰减特性。(3)将模糊逻辑算法和极化雷达探测获得的云参数相结合来反演云中水凝物的类型,结果显示,模糊逻辑算法对水凝物类型的判断基本准确。但在一些特殊情况下,对一组雷达输入参数,不同类型的水凝物表现的强度可能相同,因此引入神经网络算法与模糊逻辑算法结合的改进算法:神经模糊算法。神经模糊算法通过自动调整隶属函数参数的方法弥补了模糊逻辑算法反演云中水凝物类型的不足,提高了云中水凝物反演的准确性。本文考虑了不同降水类型,反演了非降水云和降水云水含量,并将反演结果与前人未考虑降水类型的结果对比,表明本文云含水量反演结果的正确性,丰富了反演云含水量的方法。
【图文】：

卷云,冰晶,形状,冰晶粒子

R 为降水率。(4) Weibull 分布云滴 Weibull 分布表达式如下：()()exp(())10 rrN r N (2-其中，0N 是云内粒子浓度，，和为谱参数。2.2 云中冰晶粒子物理模型现实中存在着多种不同类型的冰，但其中的大部分都是在实验室的高压情况下生的，一般自然条件下可以产生的只有常规的六棱柱体晶状结构的冰。卷云中冰晶粒子的尺寸大小一般在 100 ~2000 m，冰晶粒子的形状和大小与大的湿度、温度、气压以及冰晶粒子浓度有一定关系[35]。卷云中冰晶形状主要为玫瑰状、实心六棱柱、空心六棱柱、六角棱柱、六角平板和聚合物粒等，如图 2.1 所示[36本文使用的冰晶模型主要为六角棱柱和六角平板模型。

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图 2. 2 模糊算法的水凝物分类框图：是将输入的参数转换为具有相应隶属度的模糊集理：用于表示输入和输出的模糊变量之间的复杂关可以使用几个规则（而不是单个规则）来描述模糊合。化：聚合过程的输出是一个模糊集合，利用一定的类型。绍了大气中云滴和冰晶谱的不同谱分布函数，给出了离散偶极子近似算法基本公式，并对其派生开源软验证离散偶极子近似算法计算冰晶散射特性的正确了双线偏振多普勒天气雷达及其物理参数，并分析了分析了水凝物反演方法，引入反演水凝物类型的模
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN011

【参考文献】