94 GHz毫米波云雷达测云能力研究与回波分析
发布时间：2021-09-21 21:49
近年来发展的毫米波云雷达对非降水云及弱降水云的探测表现出很大的优势,与厘米波天气雷达相比,它有探测小粒子、测速精度较高、空间分辨力较强的特点。94GHz雷达波长较短,后向散射能量较大,容易实现机载探测或星载探测。目前国内已成功研发35GHz云雷达,正在大力发展94GHz云雷达。本文利用英国的94GHz雷达及安徽四创电子公司刚刚研制成功的94GHz SKY云雷达,进行了云特性的分析及云的微物理参数反演的初步研究,并探讨了94GHz SKY云雷达的探测能力。论文的主要工作和结论如下：（1）云的散射及衰减特性的研究,主要用DDA算法计算。随机取向粒子散射及衰减特性在宏观上表现为各向同性,与入射波偏振状态无关,水平取向粒子的散射特性与入射波偏振状态及入射角有关；不同形状的粒子具有不同的散射特性。直径小于1mm的冰晶或水滴其后向散射基本满足瑞利散射,随粒子增大出现震荡。六角形冰晶的后向散射对取向、形状比较敏感,对温度不敏感。在实际的冰云中,对于垂直指向的水平偏振波,将六角形冰晶看做同体积的球形粒子将低估其衰减和后向散射,并且后向散射低估较多；将聚合物冰晶看做等体积球形,将高估其后向散射及衰减,子...
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1.2日本的94GHz毫米波云探测雷达
小值点对应De约为1.8 mm,其0_比第一极大值点小约20倍，冰晶的第一个极小值点对应De约为1.6 mm,其0>比第一极大值点小约10倍。图2.1 (c)显示后向散射截面随粒子增大基本趋势还是增大的，但是在1 一2.5 mm之间的水滴，其后向散射截面反而小于1 mm的；在1 一2.2 mm之间的冰晶粒子也有相似的性质。齒[^鬥,。’： .0' Z,郎"-s,。」-T: -—+ water // -e- ice 0. Rayteigh g10 ? ice 么 // water 0. Rayleigh . 】0 -z ：^找魏⑶ ^ ,。丨。2 .。 】。'[, ., 0 , ⑴ 0 1 2 3 4 5 6】0 10 (I 10 10 10 10 a 10 10 (mm)图2.1球形粒子在94 GHz的后向散射效率（a)、衰减效率(b)随尺度参数（a)的变化及后向散射截面（C)随粒子半径的变化Fig. 2.1 The backscattering efficiency (a) and attenuation efficiency (b) with the change of thescale parameter (a) of spherical particles at 94 GHz, and backscattering cross setions (c)with thechange of particle radius2.3冰云及水云的散射和衰减特性2.3.1冰云模型冰云主要由各种非球形冰晶组成，而冰晶粒子的形状和大小是多种多样的，随高度变化，它取决于温度、相对湿度以及在云中是否经历了碰撞与合并过程(张琳，2010;Gallagher et al., 2004)。Magono and lee (1966)将冰晶粒子分为了 80余种，主要形状有盘状、柱状、针状、树枝状、星状、以及子弹状，结合的子弹状和针状。在中炜度卷云中，根据大量的飞机观测实验
9012不同取向及尺度比的冰晶的a如图2.2所示，其中，纵坐标为后向散射效率a，横坐标为尺度参数a，入射角分别取e =90°、60°、0°进行讨论，图2.2 (f)显示了图2.2(e)底部三条不清楚的曲线。可以看出，当及e较小时，a随取向基本不变,粒子较大时，对粒子的取向比较敏感，敏感程度和冰晶尺度比（即形状）有关，在2D取向时
【参考文献】：
期刊论文
[1]非球形冰晶的毫米波k-Ze关系研究[J]. 吴举秀,魏鸣,周杰. 遥感学报. 2013(06)
[2]三江源地区秋季典型多层层状云系的飞机观测分析[J]. 王黎俊,银燕,李仑格,汪晓滨,李富刚. 大气科学. 2013(05)
[3]旋转扁椭球水滴散射特性的快速算式研究[J]. 郭丽君,王振会,董慧杰,吴迪,张培昌. 高原气象. 2012(04)
[4]95GHz云雷达对一次冷锋云系结构的观测分析[J]. 黄毅梅,周毓荃. 高原气象. 2012(04)
[5]球形粒子毫米波k-Z关系研究[J]. 王振会,滕煦,纪雷,赵凤环. 气象学报. 2011(06)
[6]机载W波段测云雷达回波强度衰减订正仿真研究[J]. 王振会,纪雷,黄兴友,滕煦,赵凤环. 高原气象. 2011(02)
[7]联合星载毫米波雷达和激光雷达资料的云相态识别技术[J]. 严卫,任建奇,陆文,吴限. 红外与毫米波学报. 2011(01)
[8]星载毫米波测云雷达在研究冰雪天气形成的云物理机制方面的应用潜力[J]. 仲凌志,刘黎平,陈林,王瑾,牟蓉,沃伟峰. 气象学报. 2010(05)
[9]毫米波测云雷达的特点及其研究现状与展望[J]. 仲凌志,刘黎平,葛润生. 地球科学进展. 2009(04)
[10]一次东北冷涡中对流云带的宏微物理结构探测研究[J]. 齐彦斌,郭学良,金德镇. 大气科学. 2007(04)
博士论文
[1]毫米波雷达对云宏微观特性的探测和研究[D]. 宗蓉.南京信息工程大学 2013
硕士论文
[1]卷云的辐射传输与散射特性研究[D]. 张琳.西安电子科技大学 2010
本文编号：3402553
【文章来源】：南京信息工程大学江苏省
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1.2日本的94GHz毫米波云探测雷达
小值点对应De约为1.8 mm,其0_比第一极大值点小约20倍，冰晶的第一个极小值点对应De约为1.6 mm,其0>比第一极大值点小约10倍。图2.1 (c)显示后向散射截面随粒子增大基本趋势还是增大的，但是在1 一2.5 mm之间的水滴，其后向散射截面反而小于1 mm的；在1 一2.2 mm之间的冰晶粒子也有相似的性质。齒[^鬥,。’： .0' Z,郎"-s,。」-T: -—+ water // -e- ice 0. Rayteigh g10 ? ice 么 // water 0. Rayleigh . 】0 -z ：^找魏⑶ ^ ,。丨。2 .。 】。'[, ., 0 , ⑴ 0 1 2 3 4 5 6】0 10 (I 10 10 10 10 a 10 10 (mm)图2.1球形粒子在94 GHz的后向散射效率（a)、衰减效率(b)随尺度参数（a)的变化及后向散射截面（C)随粒子半径的变化Fig. 2.1 The backscattering efficiency (a) and attenuation efficiency (b) with the change of thescale parameter (a) of spherical particles at 94 GHz, and backscattering cross setions (c)with thechange of particle radius2.3冰云及水云的散射和衰减特性2.3.1冰云模型冰云主要由各种非球形冰晶组成，而冰晶粒子的形状和大小是多种多样的，随高度变化，它取决于温度、相对湿度以及在云中是否经历了碰撞与合并过程(张琳，2010;Gallagher et al., 2004)。Magono and lee (1966)将冰晶粒子分为了 80余种，主要形状有盘状、柱状、针状、树枝状、星状、以及子弹状，结合的子弹状和针状。在中炜度卷云中，根据大量的飞机观测实验
9012不同取向及尺度比的冰晶的a如图2.2所示，其中，纵坐标为后向散射效率a，横坐标为尺度参数a，入射角分别取e =90°、60°、0°进行讨论，图2.2 (f)显示了图2.2(e)底部三条不清楚的曲线。可以看出，当及e较小时，a随取向基本不变,粒子较大时，对粒子的取向比较敏感，敏感程度和冰晶尺度比（即形状）有关，在2D取向时
【参考文献】：
期刊论文
[1]非球形冰晶的毫米波k-Ze关系研究[J]. 吴举秀,魏鸣,周杰. 遥感学报. 2013(06)
[2]三江源地区秋季典型多层层状云系的飞机观测分析[J]. 王黎俊,银燕,李仑格,汪晓滨,李富刚. 大气科学. 2013(05)
[3]旋转扁椭球水滴散射特性的快速算式研究[J]. 郭丽君,王振会,董慧杰,吴迪,张培昌. 高原气象. 2012(04)
[4]95GHz云雷达对一次冷锋云系结构的观测分析[J]. 黄毅梅,周毓荃. 高原气象. 2012(04)
[5]球形粒子毫米波k-Z关系研究[J]. 王振会,滕煦,纪雷,赵凤环. 气象学报. 2011(06)
[6]机载W波段测云雷达回波强度衰减订正仿真研究[J]. 王振会,纪雷,黄兴友,滕煦,赵凤环. 高原气象. 2011(02)
[7]联合星载毫米波雷达和激光雷达资料的云相态识别技术[J]. 严卫,任建奇,陆文,吴限. 红外与毫米波学报. 2011(01)
[8]星载毫米波测云雷达在研究冰雪天气形成的云物理机制方面的应用潜力[J]. 仲凌志,刘黎平,陈林,王瑾,牟蓉,沃伟峰. 气象学报. 2010(05)
[9]毫米波测云雷达的特点及其研究现状与展望[J]. 仲凌志,刘黎平,葛润生. 地球科学进展. 2009(04)
[10]一次东北冷涡中对流云带的宏微物理结构探测研究[J]. 齐彦斌,郭学良,金德镇. 大气科学. 2007(04)
博士论文
[1]毫米波雷达对云宏微观特性的探测和研究[D]. 宗蓉.南京信息工程大学 2013
硕士论文
[1]卷云的辐射传输与散射特性研究[D]. 张琳.西安电子科技大学 2010
本文编号：3402553
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