星载太赫兹双频云雷达对冰云探测能力研究
发布时间：2021-09-03 17:01
针对星载云雷达对冰云探测可行性分析的需求,分析了非球形冰晶对340 GHz电磁波的单散射特性,基于不同的体积散射模型,研究了非球形冰晶云的回波特性以及94\340 GHz云雷达双波长比,假定冰云垂直分布的情况下,探讨了星载94\340 GHz云雷达双波长比随高度的变化以及可以穿透的冰云厚度。相较于94GHz及220 GHz,冰晶粒子对340 GHz电磁波的散射能力增强,但是同时云对其的衰减也大大增加,340 GHz的衰减系数约是94 GHz的5～130倍;340 GHz云雷达可以探测浅薄的含水量较小的冰云,基本可以探测云厚2 km、冰水含量在0.000 1～0.2g/m3的冰云。含水量较多的厚云由于衰减,造成电磁波穿透能力大大降低,在假定的冰水含量垂直分布下,当最大冰水含量为1 g/m3时,可探测厚约5 km内云厚的40%以上;衰减也造成不同高度上相同滴谱的云有不同的双波长比,冰水含量的大小及垂直分布影响了双波长比的大小及电磁波探测云的厚度。衰减随着冰水含量增大而增大,高频云雷达电磁波衰减大,使得双波长比变大,从而使双波长比和谱的数浓度N
【文章来源】：红外与毫米波学报. 2020,39(06)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
图１非球形冰晶３４０?ＧＨｚ（ａ，ｂ）后向散射，（ｃ，ｄ）衰减截面??Ｆｉｇ．ｌ?Ｔｈｅ?ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（ａ，?ｂ）?ａｎｄ?ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ?ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎｓ?（ｃ？?ｄ）?ｏｆ?ｎｏｎ－ｓｐｈｅｒｉｃａｌ?ｉｃｅ?ｃｒｙｓｔａｌｓ?ｔｏ?３４０?ＧＨｚ?ｗａｖｅ??
射率因子乙随中值尺度及??冰水含量Ｃｆｏｅ?Ｗａｔｅｒ?Ｃｏｎｔｅａｉｔ，Ｉ．ＷＣ）的变化见图：２。??不同形状冰晶云的回波强度随久、ＩＷＣ的变化特点??与２２０、９４?ＧＨｚ基本一致（吳举秀等，２０１６随着??ＤＭ、ＩＷＣ增加而增加；相同滴谱情况下，波长短的雷??达回波强度稍低，基本上六角形冰晶具有较大的回??波强度４雪花回波强度随着凡增加变化较小Ｂ回波??强度对谱的形状参数Ａｔ不敏感９??／ｘ取０，粒子数浓度ＡＭＩ?ＯｌＡｒｍ３，根据式（２）不同??形狀冰羅云的衮减系数Ａ见图３，成４是指冰晶云??在．３４０?ＧＨｚ、９４?ＧＨｚ时衰減系数的比值《随１￥（：增??加衰减系数Ａ＿增加，同样ＩＷＣ下，雪花及子弹花冰云??的较小，六角形冰晶云前．较大ａ几种六角形冰晶的??袭减系数基本一致，雪花和子弹花冰云的也具有较??小差异ｇ同样滴谱条件下，３４０?ＧＨｚ的衰减系数约??是９４?ＧＨｚ的５？１３０倍３４０?Ｇｆｌｚ的衰：减比２２０?ＧＨｚ??的衰减（吴举秀等》２０１６?最大增加了约１００??ａ?－，０??％??ｅ＝１０??－１０??－２０??－３０??－４０??１０?５??０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０．７?０．８?０．９?１?１０５?１０４?１０?３?１０２?１０１?１０°?１０ｌ??Ｄ／ｍｍ?ＩＷＣ／（ｇ／ｍ”??（ａ３）?（ｂ３）??图２冰晶云的雷达反射率因子＆随中值尺度Ｄｍ?（ｎｓ）及冰水含量ＩＷＣＸＵｂｄ的变化??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒａｄａｒ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ?ｆａｃｔｏｒ?（＿Ｚｅ）?ｏｆ?ｉｃｅ－ｃｒｙｓｔａｌ?ｃｌｏｕｄｓ
７２４??红外与毫米波学报??３９卷??１０?５?１０?４?１０?３?１０?２?１０１?１０°?１０?５?１〇?４??ＩＷＣ／（ｇ／ｍ３）??（ｂ２）??图５单形状冰晶云的双波长比随和ＩＷＣ（ａ２、ｂ２、ｃ２）变化??Ｆｉｇ．?５?Ｔｈｅ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｄｕａｌ?ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ?ｒａｔｉｏ?（ＤＷＲ）?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?Ｄｍ?ａｎｄ?ＩＷＣ??１０３?１０２??ＩＷＣ／（ｇ／ｍ３）??（ｃ，）??着增加，ＤＷＲ增加，最大可达１５?ｄＢ。??４测云厚度分析??ＤＷＲ和浓度无；关．．，可＿以不＃虑ＤＷＲ－ＩＷＣ关??系，但是由于实际探测时冰云对电磁波的衰减影响??了回波强度，因此影响了?ＤＷＲ，而ＩＷＣ的大小会影??响衰减的大小，因此ＩＷＣ影响了?ＤＷＲ及电磁波探??测云的．厚度。根据Ａ，利用式子ｆ?３?）、（?４）可以模拟??获得霄迪探测到的屈波强度。??假设苯厚虞为２?ｋｍ，?１？１?ｍｍ之间取??值屮＝０、１、２时，Ｎ取定值０．０１?／（：ｍ？，假设１评（：廓线??如图７（：ａ）所：讀。衰减前后猶雷达反射率機乎及９４／??３４０?奮达的?ＤＷＲ?如?＿?７?所＿?ｓ?ＣｌＱｕｄ－??Ｓａｔ处宁高度为７０５?ｋｍ的太阳同步轨遣，计划２０２１??年发射的搭载９４?ＧＨｚ云雷达的ＥａｒｔｈＣＡＲＥ系统将??襄位于？高度４４３．?８？４５０．?８?ｋｍ的太阳同步轨遣飞??行，极轨卫星距离地面较近，距离衰减小，假设９４、??３４０?ＧＨｚ两部莆达也装载在极轨：ＨＭｌ?ＣｌｏｕｄＳａｔ??星载云廓线请达在大气中可探测的最小雷达反射??率因子为－２６?ｄＢＺ，．气象方程中
本文编号：3381506
【文章来源】：红外与毫米波学报. 2020,39(06)北大核心EISCICSCD
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【部分图文】：
图１非球形冰晶３４０?ＧＨｚ（ａ，ｂ）后向散射，（ｃ，ｄ）衰减截面??Ｆｉｇ．ｌ?Ｔｈｅ?ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ（ａ，?ｂ）?ａｎｄ?ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ?ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎｓ?（ｃ？?ｄ）?ｏｆ?ｎｏｎ－ｓｐｈｅｒｉｃａｌ?ｉｃｅ?ｃｒｙｓｔａｌｓ?ｔｏ?３４０?ＧＨｚ?ｗａｖｅ??
射率因子乙随中值尺度及??冰水含量Ｃｆｏｅ?Ｗａｔｅｒ?Ｃｏｎｔｅａｉｔ，Ｉ．ＷＣ）的变化见图：２。??不同形状冰晶云的回波强度随久、ＩＷＣ的变化特点??与２２０、９４?ＧＨｚ基本一致（吳举秀等，２０１６随着??ＤＭ、ＩＷＣ增加而增加；相同滴谱情况下，波长短的雷??达回波强度稍低，基本上六角形冰晶具有较大的回??波强度４雪花回波强度随着凡增加变化较小Ｂ回波??强度对谱的形状参数Ａｔ不敏感９??／ｘ取０，粒子数浓度ＡＭＩ?ＯｌＡｒｍ３，根据式（２）不同??形狀冰羅云的衮减系数Ａ见图３，成４是指冰晶云??在．３４０?ＧＨｚ、９４?ＧＨｚ时衰減系数的比值《随１￥（：增??加衰减系数Ａ＿增加，同样ＩＷＣ下，雪花及子弹花冰云??的较小，六角形冰晶云前．较大ａ几种六角形冰晶的??袭减系数基本一致，雪花和子弹花冰云的也具有较??小差异ｇ同样滴谱条件下，３４０?ＧＨｚ的衰减系数约??是９４?ＧＨｚ的５？１３０倍３４０?Ｇｆｌｚ的衰：减比２２０?ＧＨｚ??的衰减（吴举秀等》２０１６?最大增加了约１００??ａ?－，０??％??ｅ＝１０??－１０??－２０??－３０??－４０??１０?５??０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０．７?０．８?０．９?１?１０５?１０４?１０?３?１０２?１０１?１０°?１０ｌ??Ｄ／ｍｍ?ＩＷＣ／（ｇ／ｍ”??（ａ３）?（ｂ３）??图２冰晶云的雷达反射率因子＆随中值尺度Ｄｍ?（ｎｓ）及冰水含量ＩＷＣＸＵｂｄ的变化??Ｆｉｇ．?２?Ｔｈｅ?ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒａｄａｒ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ?ｆａｃｔｏｒ?（＿Ｚｅ）?ｏｆ?ｉｃｅ－ｃｒｙｓｔａｌ?ｃｌｏｕｄｓ
７２４??红外与毫米波学报??３９卷??１０?５?１０?４?１０?３?１０?２?１０１?１０°?１０?５?１〇?４??ＩＷＣ／（ｇ／ｍ３）??（ｂ２）??图５单形状冰晶云的双波长比随和ＩＷＣ（ａ２、ｂ２、ｃ２）变化??Ｆｉｇ．?５?Ｔｈｅ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｏｆ?ｄｕａｌ?ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ?ｒａｔｉｏ?（ＤＷＲ）?ｗｉｔｈ?ｔｈｅ?Ｄｍ?ａｎｄ?ＩＷＣ??１０３?１０２??ＩＷＣ／（ｇ／ｍ３）??（ｃ，）??着增加，ＤＷＲ增加，最大可达１５?ｄＢ。??４测云厚度分析??ＤＷＲ和浓度无；关．．，可＿以不＃虑ＤＷＲ－ＩＷＣ关??系，但是由于实际探测时冰云对电磁波的衰减影响??了回波强度，因此影响了?ＤＷＲ，而ＩＷＣ的大小会影??响衰减的大小，因此ＩＷＣ影响了?ＤＷＲ及电磁波探??测云的．厚度。根据Ａ，利用式子ｆ?３?）、（?４）可以模拟??获得霄迪探测到的屈波强度。??假设苯厚虞为２?ｋｍ，?１？１?ｍｍ之间取??值屮＝０、１、２时，Ｎ取定值０．０１?／（：ｍ？，假设１评（：廓线??如图７（：ａ）所：讀。衰减前后猶雷达反射率機乎及９４／??３４０?奮达的?ＤＷＲ?如?＿?７?所＿?ｓ?ＣｌＱｕｄ－??Ｓａｔ处宁高度为７０５?ｋｍ的太阳同步轨遣，计划２０２１??年发射的搭载９４?ＧＨｚ云雷达的ＥａｒｔｈＣＡＲＥ系统将??襄位于？高度４４３．?８？４５０．?８?ｋｍ的太阳同步轨遣飞??行，极轨卫星距离地面较近，距离衰减小，假设９４、??３４０?ＧＨｚ两部莆达也装载在极轨：ＨＭｌ?ＣｌｏｕｄＳａｔ??星载云廓线请达在大气中可探测的最小雷达反射??率因子为－２６?ｄＢＺ，．气象方程中
本文编号：3381506
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