X波段双线偏振雷达粒子相态识别的研究
摘要
双线偏振雷达较普通雷达具有更高的测雨精度和识别粒子相态的能力,在云物理研究、人工影响天气作业指挥及效果评价、强风暴警戒等领域均有广泛的应用前景。偏振雷达在国外已经取得了广泛的应用,在国内也逐渐开展偏振雷达的试用性研究,多个科研单位和业务部门都拥有国产的偏振雷达,如何针对国产的偏振雷达,建立适合我国偏振雷达降水粒子相态识别体系的工作就显得十分迫切。本文对北京市人工影响天气办公室2008 年引入的X 波段双通道双线偏振全相参多普勒天气雷达,进行降水粒子相态识别的研究,该雷达有多个偏振工作观测模式,实际业务应用中采用双发双收模式,双发双收模式同时发射水平(H)偏振和垂直(V)偏振脉冲,利用双通道接收机同时接收 H(Shh)和V(Svv)回波,通过对水平(H)和垂直(V)的通道数据进行处理获得差分反射率ZDR,差分传播相依(ФDP),差分传播相移率(KDP)和零延迟相关系数((0) HV ρ )等4 个偏振参数。文中把降水粒子分为15 类,分别为:毛毛雨,小雨,中雨,大雨,小雹,大雹,雨夹雹,湿霰,干霰,干雪,湿雪,融化雪,冰晶,不规则冰晶,过冷水。利用模糊逻辑算法对降水粒子相态识别进行了分类,其中模糊逻辑的输入参数5 个,分别为Z,ZDR,KDP 和(0) HV ρ和T,模糊逻辑采用梯形(T 型)隶属函数。相态识别结果的检验采用了与地面观测资料对比的方法,地面观测有降雹和降水的资料易于与识别结果对比分析,在进行相态验证时降雹用了北京2009 年7 月22 日降雹资料,层状云降雨用了2011 年6 月7 日资料,对流云降雨用了2010 年6 月15 日资料,文中分别对各个个例识别情况与地面观测进行对比,看是否与地面观测情况对应。个例识别结果表明,对冰雹,小雨,中雨,大雨等降水粒子的相态识别基本合理,隶属函数的取值范围以及各个识别参数权重对降水粒子相态识敏感度高,识别合理与否,主要看隶属函数参数范围及各个识别参数权重取值是否合适,除了落到地面降水粒子外,其他降水粒子在验证上有困难,尤其是对流天气过程,空中粒子相态无法验证,只能通过大致推断分析识别效果。