基于C波段调频连续波垂直指向雷达的华南夏季降水云垂直结构特征及降水微物理研究
发布时间：2020-07-27 12:23
【摘要】：华南地区雨量充沛、降水云体结构多样、地面降水时空分布复杂。华南降水状况往往对我国雨带的移动的各地雨季发生情况具有影响,对中国夏季旱涝灾害有重要的预测价值。因此华南地区降水的研究不只是单个区域降水规律性的解读,更对气候、云雾降水等方面研究具有重要作用。文章基于PARSIVEL激光雨滴谱仪、C波段调频连续波雷达(VPR-CFMCW)。利用灾害天气国家重点实验室(LaSW)于2016-2017年在广东龙门建立的云降水微物理研究超级观测站获取的高时空分辨率探测数据,开展了华南夏季降水云精细结构、降水微物理参数反演、华南夏季降水特征分析等研究。具体工作包括:(1)C波段调频连续波雷达谱数据处理;(2)PARSIVEL雨滴谱仪的数据质控及降水参量反演;(3)雨滴谱gamma模型函数拟合方法的比较与评估;(4)基于降水云体垂直结构的降水分类;(5)不同降水类型的降水微物理特征分析;(6)华南夏季降水估测的改进;7利用雷达功率谱密度分布提取垂直大气速度;8垂直路径上的DSD参数及降水参量的反演。在确定雨滴数浓度平均值曲线具有良好的DSD分布代表性后,开展降水雨滴谱gamma模型函数拟合方法的评估实验,并选择非线性最小二乘法来进行雨滴谱gamma拟合。根据VPR-CFMCW获得的雷达反射率,将华南夏季降水季节的降水云分为四种类型(即对流、层状、混合和浅层),并比较了不同降水云类型的gamma参数与降水微物理参数,新的分类方法克服了基于地面数据进行降水分类的局限性。结果表明,层状降水占到华南夏季降水过程的43.1%,对流降水对总降水量的贡献为62.7%。四类降水类型的降水量(R)、质量加权中值粒径(Dm)、雷达反射率(Z)、液态水含量(LWC)均遵循对流混合层云浅层的模式。研究了四类降水的DSD特征,对于对流和混合降水DSD,二者谱宽相似,但混合降水的雨滴数浓度较小,层状和浅层降水的DSD雨滴数浓度相近,但浅层降水的谱宽更小。此外,研究得出了新的μ-Λ、Dm-Nw、Dm-R、Z-R等关系(其中,μ为形状因子,Λ为斜率参数,Nw为广义截距参数),这些新的关系有利于深化华南地区不同性质降水云的地面降水微物理参数特征认识并改进降水估测精度。利用VPR-CFMCW获取的雷达功率谱密度分布对垂直大气速度Wair、质量加权中值粒径Dm、液态含水量LWC、DSD形状因子μ、斜率参数L、数浓度参量N0、广义截距参量Nw等参量进行垂直路径上的反演,经过与地面资料的相关性对比证明此方法合理。反演的层云降水过程中,大气速度呈现微弱的上升,其他降水参量根据高度的不同也呈现不同的变化。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P426.6
【图文】：
龙门县属于南亚热带季风气候，地形条件复杂，坡度较大，境内植被覆盖率高，降水量充沛。每年的 4-9 月为汛期，汛期期间降水量可达全年降水的 80%。降水主要来源于台风雨带和锋面影响，其次还有地形雨和热雷雨的影响。图1为龙门测站观测现场，VPR-CFMCW 垂直探测雷达与 PARSIVEL 粒子谱仪两者分布相距 10m。本文使用了 2016年与 2017 年 6 月至 7 月的降水观测资料进行分析。图 1 广东龙门夏季降水观测实验现场Figure 1. View of summer precipitation observation experiment at Longmen station.
IVEL(Particle Size and Velocity)激光雨滴谱仪由德国 OTT 公司设计生产，设高度距地 1.4m，取样面积 54cm2(18×3.0 cm)，采样间隔为 1 min，可子的粒子直径和落速，粒子直径和下落速度数据以 32 档量化输出。粒间为 0 至 25 mm，粒径档位宽度随着粒子直径的增大从 0.125 mm 增小于 0.2 mm 的 1、2 档由于信噪比低，可信度低，误差较大，测量数据用于液态降水的粒径测量通道为 3~21(0.312~6mm)。自然界中雨滴的下 15 ms-1，对应的测速通道为 3~30(0.25~15.2 m s-1)。IVEL 雨滴谱仪主要由水平光束发射器、接收器组成，水平光束厚度 1mm射器和接收器之间距离 180mm。对下降粒子的采样面积为 180mm * 30m过激光束时，接收器的输出电压为 5V，有粒子穿过激光束时，接收器与粒子遮挡光束的多少对应。图 2 为 PARSIVEL 测量原理[48]。small dropablarge drop
南京信息工程大学硕士学位论文第三章 数据处理及降水参量反演3.1 连续波雷达谱参数计算垂直探测雷达通常采用 FFT 谱变换技术，对垂直探测雷达进行定量标校后，雷达系统输出的频域信号功率谱密度分布是雷达系统噪声信号和探测目标物信号能量的叠加贡献。如图 3 所示，对噪声功率进行剔除后，才能从回波强度功率谱密度分布中计算雷达谱参数并进行大气速度和雨滴谱的反演。本文定义雷达探测径向速度朝向地面为正。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P426.6
【图文】：
龙门县属于南亚热带季风气候，地形条件复杂，坡度较大，境内植被覆盖率高，降水量充沛。每年的 4-9 月为汛期，汛期期间降水量可达全年降水的 80%。降水主要来源于台风雨带和锋面影响，其次还有地形雨和热雷雨的影响。图1为龙门测站观测现场，VPR-CFMCW 垂直探测雷达与 PARSIVEL 粒子谱仪两者分布相距 10m。本文使用了 2016年与 2017 年 6 月至 7 月的降水观测资料进行分析。图 1 广东龙门夏季降水观测实验现场Figure 1. View of summer precipitation observation experiment at Longmen station.
IVEL(Particle Size and Velocity)激光雨滴谱仪由德国 OTT 公司设计生产，设高度距地 1.4m，取样面积 54cm2(18×3.0 cm)，采样间隔为 1 min，可子的粒子直径和落速，粒子直径和下落速度数据以 32 档量化输出。粒间为 0 至 25 mm，粒径档位宽度随着粒子直径的增大从 0.125 mm 增小于 0.2 mm 的 1、2 档由于信噪比低，可信度低，误差较大，测量数据用于液态降水的粒径测量通道为 3~21(0.312~6mm)。自然界中雨滴的下 15 ms-1，对应的测速通道为 3~30(0.25~15.2 m s-1)。IVEL 雨滴谱仪主要由水平光束发射器、接收器组成，水平光束厚度 1mm射器和接收器之间距离 180mm。对下降粒子的采样面积为 180mm * 30m过激光束时，接收器的输出电压为 5V，有粒子穿过激光束时，接收器与粒子遮挡光束的多少对应。图 2 为 PARSIVEL 测量原理[48]。small dropablarge drop
南京信息工程大学硕士学位论文第三章 数据处理及降水参量反演3.1 连续波雷达谱参数计算垂直探测雷达通常采用 FFT 谱变换技术，对垂直探测雷达进行定量标校后，雷达系统输出的频域信号功率谱密度分布是雷达系统噪声信号和探测目标物信号能量的叠加贡献。如图 3 所示，对噪声功率进行剔除后，才能从回波强度功率谱密度分布中计算雷达谱参数并进行大气速度和雨滴谱的反演。本文定义雷达探测径向速度朝向地面为正。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 阮征;金龙;葛润生;李丰;吴俊;;C波段调频连续波天气雷达探测系统及观测试验[J];气象学报;2015年03期
2 柳臣中;周筠s
本文编号：2771842
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