基于风廓线雷达的沙尘暴和降水过程探测分析

发布时间：2021-07-03 13:31

　　利用边界层风廓线雷达开展了对沙尘暴、降雨、降雪过程的探测试验研究,重点分析了沙尘暴过程回波信号和速度功率谱分布特征,对沙尘暴过程测风数据进行了评估,计算归纳了沙尘暴的回波强度量值范围,定量反演估算了沙尘暴高空粒子数浓度和质量浓度。此外,从风的精细结构分析、锋面系统判识、温度平流反演、回波强度等角度探讨了高时分辨率的风廓线资料在干旱区降雨（雪）天气分析中的应用技术方法。主要结论如下：（1）CFL-03边界层风廓线雷达在沙尘暴环境进行探测时,由于大气干燥,加之沙尘粒子会在一定程度上阻碍、抑制湍流起伏脉动的特性,使得大气折射率结构分布相对均匀,湍流散射回波信号微弱,而沙尘粒子群散射回波信号较强,雷达主要识别到沙尘返回信号,往往淹没忽略了大气湍流散射回波。（2）CFL-03边界层风廓线雷达在沙尘暴过程测风有效数据获取率较低,2000m高度以下有效数据获取率可以达到40%以上,2500～4000m高度有效数据获取率在20～40%之间,4000m高度以上有效数据获取率低于20%。大气干燥、湍流起伏较弱、折射率结构分布均匀是影响风廓线雷达有效测风的关键因素。RASS系统对沙尘暴过程大气虚温的探测结果... 

【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

风廓线雷达结构图izi2.2风廓线雷达信号与数据处理流程

信号处理是风廓线雷达系统的重要环节之一。信号处理分系统主要完成脉冲压缩处理、相干积累（时域平均）、FFT变换、谱平均、谱参数估计，如图2.2所示。脉压处理后的每个数据库的I/Q序列，首先进行若干次相干积累，再将多个相干积累后的数据进行FFT变换，得到功率谱密度函数，再将多个功率谱密度函数进行非相干积累（谱平均），得到相对平稳的功率谱密度函数，典型结果如图2.3所示，其中是回波功率，是平均多普勒频移，fF,是多普勒谱宽，Py是平均噪声功率。相干积累、FFT变换、谱平均是风廓线雷达信号处理过程的三个核心技术环节。相干积累过程在时间域进行，主要是以牺牲一定的时间为代价，通过发射多次脉冲，有用的信号相互累加，无用的信号相互抵消，起到信号放大、提高信噪比的作用

密度函数进行非相干积累（谱平均），得到相对平稳的功率谱密度函数，典型结果如图2.3所示，其中是回波功率，是平均多普勒频移，fF,是多普勒谱宽，Py是平均噪声功率。相干积累、FFT变换、谱平均是风廓线雷达信号处理过程的三个核心技术环节。相干积累过程在时间域进行，主要是以牺牲一定的时间为代价，通过发射多次脉冲，有用的信号相互累加，无用的信号相互抵消，起到信号放大、提高信噪比的作用，这一过程主要观察信号随时间的分布和变化。FFT变换，也称快速傅里叶变换，这一过程主要是把若干相干积累后的时域信号转换16

【参考文献】：
期刊论文
[1]风廓线雷达探测零度层亮带的试验研究[J]. 黄钰,阮征,葛润生,陈钟荣.  高原气象. 2011(05)
[2]2009年冬季新疆北部持续性暴雪的环流特征及其成因分析[J]. 张书萍,祝从文.  大气科学. 2011(05)
[3]利用风廓线雷达测量数据反演大气湿度廓线[J]. 朱庚华,张彩云,翁宁泉,孙刚,刘庆.  大气与环境光学学报. 2011(05)
[4]新疆北部地区一次特大暴雪天气诊断分析[J]. 郭金强,赵俊荣.  青海气象. 2011(01)
[5]新疆百里风区风廓线观测分析[J]. 王敏仲,何清,魏文寿,赵勇,张广兴.  气象科技. 2010(05)
[6]风廓线雷达回波信号强度定标方法[J]. 钟刘军,阮征,葛润生,陈钟荣,任京伟,沈祥林,张哲,魏艳强.  应用气象学报. 2010(05)
[7]风廓线雷达探测降水云体中雨滴谱的试验研究[J]. 王晓蕾,阮征,葛润生,陈钟荣.  高原气象. 2010(02)
[8]晴空热对流泡的风廓线雷达探测研究[J]. 何平,马颖,阮征,王迎春,李长河,曹晓彦.  气象学报. 2010(02)
[9]风廓线雷达的谱宽分析及湍流耗散率的变化特征初步研究[J]. 张彩云,董德保,翁宁泉.  大气与环境光学学报. 2009(06)
[10]风廓线雷达探测降水过程的初步研究[J]. 何平,朱小燕,阮征,吴蕾,杨馨蕊,马舒庆.  应用气象学报. 2009(04)

博士论文
[1]风廓线雷达数据处理与应用研究[D]. 胡明宝.南京信息工程大学 2012

硕士论文
[1]风廓线雷达数据质量控制方法探讨及其应用[D]. 杨馨蕊.中国气象科学研究院 2009
[2]青藏高原那曲地区风廓线结构的观测研究[D]. 李剑东.中国气象科学研究院 2005



本文编号：3262676