雷达气象学--双线偏振雷达探测VIP

.,双线偏振雷达探测原理和应用介绍,南京信息工程大学大气物理学院黄兴友2016-12-8,.,双线偏振雷达,现有雷达探测能力的不足:（1）难以提供降水的相态信息（冰相或液相）（2）难以提供降水粒子特性，（雨滴、过冷却水；冰雹的干、湿情况；雪花的干湿情况）（3）雷达定量测量降水的精度有限（降雨、降雪、降雹）（4）衰减订正的参考信息（5）区分降水目标和非降水目标（地物等）,寄希望于新型双偏振雷达！,.,电磁波的偏振,.,双线偏振雷达系统的特点,理论要求:能发射水平偏振和垂直偏振的电磁波,需要两种偏振状态的发射机能接收水平偏振和垂直偏振的回波信号,需要两个接收机两个发射系统性能一致两个接收系统性能一致两种偏振状态下的天线增益和波瓣一致,.,双线偏振雷达系统的特点,.,系统体制广泛采用,单发双收体制-NCAR的S波段双偏振雷达SeligaandBringi,1976(JAM)-firstdiscussionofsingletransmitter,dual-receiverconfiguration-nowknownasSTSR,.,双线偏振雷达获得的新参量,（1）差分反射率因子ZdrZdr=10log10(Zhh/Zvv)（2）线性退极化比Ldr=10log(ZVH/ZHH)（3）相关系数hv（4)双程相位差dp水平、垂直偏振回波信号的相位之差(5)相位差常数Kdp(单位距离上的相位差),.,粒子的形状和偏振特性,.,新信息的特性,差分反射率因子Zdr-降雨情况Zdr=10log10(Zhh/Zvv),.,新信息的特性,差分反射率因子Zdr-降雪情况Zdr=10log10(Zhh/Zvv),.,新信息的特性,差分反射率因子Zdr-降雹情况Zdr=10log10(Zhh/Zvv),.,降雨回波的Z和Zdr,Norman,Aug/13/2011,KOUNZZdr,.,新信息的特性,一次包含冰雹降水过程的Zdr约为0dB,.,雪区的Zdr,.,零度层亮带区的Zdr,.,新信息的特性,昆虫回波有较大的Zdr,.,新信息的特性,地物回波有较大且杂乱的Zdr,.,Zdr和雨滴大小的关系,.,不同降水类型下Ldr的典型值,Zdr大雨滴大,但关系难以确定,.,Ldr的可以反映零度曾层亮带,.,一次冰雹的Ldr的较大,.,DP=HH-VV,对球形粒子来说，垂直偏振波和水平偏振波引起的相位相同.非球形粒子对垂直偏振波和水平偏振波造成的相位不同.如果雷达取样体积中有更多的扁椭球粒子（如强降雨、降雪或卷云中的冰晶），则水平偏振雷达电磁波的传播速度慢于垂直偏振电磁波的传播速度HHVV=DP0.与波长有关,相位差dp及其特点,.,相位差dp与回波强度的大致关系,.,相位常数Kdp与的特点,不受标定影响不受衰减影响Independentofattenuation对粒子谱不敏感（Z更敏感）不受部分阻挡的影响与雷达波长有关,.,一次降水过程中DP,KDP和Z随径向距离的变化,.,DPandhydrometeorsalongthepath,.,一次降水过程的Z和DP情况,Norman,Aug/13/2011,KOUN,SbandZDP,DP,.,相关系数hv的特点,.,相关系数hv的特点,反映水平偏振和垂直偏振通道的回波信号的相似性特点：(1)对于雨水，相关系数hv大于0.95，但随Zdr的增大而减小(2)地物的hv大于可能小于0.7(3)雪和冰雹的hv可能达到0.8左右(4)零度层融化区,相关系数hv介于0.80.95用途：判别降水回波和地物回波,比较有效,.,不同目标的相关系数典型值(取自NOAA),雨水冰雹软雹雪花冰晶融化层地物杂波生物(鸟昆虫)铝箔条垃圾,.,2015-3-18上海南汇双偏阵雷达观测的回波强度和相关系数,.,相关系数和零度层亮带,相关系数比较清晰地反映了零度层亮带的存在,.,龙卷垃圾回波TornadoDebris,.,双线偏振雷达信息的显示,.,双线偏振雷达信息的应用-回波分类,所用的六个参量为,.,双线偏振雷达信息的应用-分类,一次过程的识别结果,.,降雨估测-科罗拉多州立大学的降雨估测公式,.,降雨估测的效果对比,双线偏振雷达和常规雷达估测降水情况的比较,.,双线偏振雷达的探测与应用优势,偏振雷达的优势:估测降水精度的改善RainfallEstimation(vastimprovement)识别零度层亮带BrightBandDetection(vastimprovement)地物杂波识别和消除/雷达数据质量ClutterFiltering/DataQualityImprovement(vastimprovement)降雨/降雪的判别Rain/SnowDiscrimination(v