多普勒激光雷达探测台风“利奇马”边界层风场精度分析
发布时间：2021-02-27 15:30
多普勒激光雷达在台风等强天气背景下的探测能力亟待研究,为此将多普勒激光雷达与70 m测风塔超声风温仪在同址同高度探测台风"利奇马"影响期间的边界层风场数据进行对比,并分析多普勒激光雷达的误差分布以及变化情况。结果显示:在高度70 m上,两者的水平风速、风向相关系数分别为0.97和0.99,垂直风速的相关系数为0.36。以超声风温仪为参考值,激光雷达水平风速、垂直风速和风向均方根误差分别为1.06 m/s、0.46 m/s和17.10°。深入研究表明:降水对多普勒激光雷达测量水平风速和垂直风速误差均有一定影响。当激光雷达信噪比大于2 000时,各参量的误差与信噪比呈负相关关系。研究表明多普勒激光雷达至少可以较好地刻画台风环流内的水平风场结构及演变,可应用于台风外围环流影响下（即较弱降雨条件下）边界层风场的高分辨率探测和研究。
【文章来源】：热带气象学报. 2020,36(05)北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
5 激光雷达(纵坐标)与超声风温仪(横坐标)的垂直风速线性拟合图
目前多普勒激光雷达测量风场和风廓线波束扫描反演方法主要有DBS(Doppler Beam Swinging)、VAD(Velocity Azimuth Dispiay)、VVP(Volume Velocity Processing)等[22]，本研究使用的扫描方法是DBS五波束方法(DBS-5)，扫描俯仰角为60°。与其他方法相比，DBS需要的波束更少，能在较短的时间内完成，在气流不稳定的情况下同样适用。DBS-5反演风廓线时，需要东南西北、垂直五个方向的径向数据[23]，其中激光雷达水平风的获得需假设基本风场为均匀风场，且忽略垂直分量[24]，垂直风是通过激光雷达垂直波束直接测量所得。DBS-5扫描模式如图2所示，该方法利用东南西北四个方向的径向数据反演水平风场，垂直风速由垂直方向的波束直接测得，计算方法如下：
其中：u为南北方向风速分量，v是东西方向风速分量，VE、VW、VS、VN、VZ分别是东西南北和垂直方向上的径向风速，θ为激光光速与水平方向的夹角，Vh为水平风速，w为垂直风速。2.2 超声风温仪
【参考文献】：
期刊论文
[1]多普勒测风激光雷达三波束反演方法与实验[J]. 宋小全,王芳涵,尹嘉萍,王希涛,刘晓英,任文核,吴松华. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2020(04)
[2]高光学效率相干多普勒激光雷达的测风性能分析与测试[J]. 周安然,韩於利,孙东松,韩飞,唐磊,蒋杉. 红外与激光工程. 2019(11)
[3]激光多普勒测风技术最新进展[J]. 马福民,陈涌,杨泽后,周鼎富,李晓锋,陈春利,冯力天,余臣. 激光与光电子学进展. 2019(18)
[4]超强台风山竹近地层外围风速剖面演变特性现场实测[J]. 赵林,杨绪南,方根深,崔巍,宋丽莉,葛耀君. 空气动力学学报. 2019(01)
[5]相干测风激光雷达研究进展和应用[J]. 周艳宗,王冲,刘燕平,夏海云. 激光与光电子学进展. 2019(02)
[6]风廓线雷达资料在天气业务中的应用现状与展望[J]. 张小雯,郑永光,吴蕾,周康辉. 气象科技. 2017(02)
[7]1509号台风灿鸿期间“朱家尖-嵊山”高频地波雷达数据分析[J]. 李程,李欢,王慧,高佳,王国松,董军兴,潘嵩,刘克修. 海洋学研究. 2017(01)
[8]不同天气类型下全光纤相干激光测风雷达探测性能分析[J]. 范琪,朱克云,郑佳锋,张杰,周鼎富,张福贵. 中国激光. 2017(02)
[9]机载光纤多普勒测风激光雷达风场反演及实验验证[J]. 李志刚,孙泽中,赵增亮,竹孝鹏,朱金山. 应用光学. 2016(05)
[10]全光纤相干多普勒激光雷达非线性最小二乘风速反演方法及实验研究[J]. 刁伟峰,刘继桥,竹孝鹏,刘源,张鑫,陈卫标. 中国激光. 2015(09)
本文编号：3054433
【文章来源】：热带气象学报. 2020,36(05)北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
5 激光雷达(纵坐标)与超声风温仪(横坐标)的垂直风速线性拟合图
目前多普勒激光雷达测量风场和风廓线波束扫描反演方法主要有DBS(Doppler Beam Swinging)、VAD(Velocity Azimuth Dispiay)、VVP(Volume Velocity Processing)等[22]，本研究使用的扫描方法是DBS五波束方法(DBS-5)，扫描俯仰角为60°。与其他方法相比，DBS需要的波束更少，能在较短的时间内完成，在气流不稳定的情况下同样适用。DBS-5反演风廓线时，需要东南西北、垂直五个方向的径向数据[23]，其中激光雷达水平风的获得需假设基本风场为均匀风场，且忽略垂直分量[24]，垂直风是通过激光雷达垂直波束直接测量所得。DBS-5扫描模式如图2所示，该方法利用东南西北四个方向的径向数据反演水平风场，垂直风速由垂直方向的波束直接测得，计算方法如下：
其中：u为南北方向风速分量，v是东西方向风速分量，VE、VW、VS、VN、VZ分别是东西南北和垂直方向上的径向风速，θ为激光光速与水平方向的夹角，Vh为水平风速，w为垂直风速。2.2 超声风温仪
【参考文献】：
期刊论文
[1]多普勒测风激光雷达三波束反演方法与实验[J]. 宋小全,王芳涵,尹嘉萍,王希涛,刘晓英,任文核,吴松华. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2020(04)
[2]高光学效率相干多普勒激光雷达的测风性能分析与测试[J]. 周安然,韩於利,孙东松,韩飞,唐磊,蒋杉. 红外与激光工程. 2019(11)
[3]激光多普勒测风技术最新进展[J]. 马福民,陈涌,杨泽后,周鼎富,李晓锋,陈春利,冯力天,余臣. 激光与光电子学进展. 2019(18)
[4]超强台风山竹近地层外围风速剖面演变特性现场实测[J]. 赵林,杨绪南,方根深,崔巍,宋丽莉,葛耀君. 空气动力学学报. 2019(01)
[5]相干测风激光雷达研究进展和应用[J]. 周艳宗,王冲,刘燕平,夏海云. 激光与光电子学进展. 2019(02)
[6]风廓线雷达资料在天气业务中的应用现状与展望[J]. 张小雯,郑永光,吴蕾,周康辉. 气象科技. 2017(02)
[7]1509号台风灿鸿期间“朱家尖-嵊山”高频地波雷达数据分析[J]. 李程,李欢,王慧,高佳,王国松,董军兴,潘嵩,刘克修. 海洋学研究. 2017(01)
[8]不同天气类型下全光纤相干激光测风雷达探测性能分析[J]. 范琪,朱克云,郑佳锋,张杰,周鼎富,张福贵. 中国激光. 2017(02)
[9]机载光纤多普勒测风激光雷达风场反演及实验验证[J]. 李志刚,孙泽中,赵增亮,竹孝鹏,朱金山. 应用光学. 2016(05)
[10]全光纤相干多普勒激光雷达非线性最小二乘风速反演方法及实验研究[J]. 刁伟峰,刘继桥,竹孝鹏,刘源,张鑫,陈卫标. 中国激光. 2015(09)
本文编号：3054433
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3054433.html
