星载降水雷达探测频段选择仿真研究 (分会场编号:S1)
摘要
星载降水雷达是测量全球尺度降水的有效手段和重要的遥感器,也是目前唯一能够对降水的三维结构进行直接测量的星载遥感器。我国在第二代极轨风云系列卫星后续规划中计划装载降水雷达,以提高台风运动路径的预报准确率,起到防灾减灾的现实作用。但目前,国内还未较完整的开展对星载降水雷达探测波段选取的研究工作,鉴于此,本文拟从星载降水雷达探测目标特性出发,利用仿真模型模拟不同频点星载降水雷达的探测能力,尝试为我国星载降水雷达最佳探测波段组合的选取提供依据。星载降水雷达频点的选择必须要满足以下三个基本条件:(1)在近地面层获得一个足够的降水动态范围;(2)在天线硬件条件的限制下,获得一个足够窄的波速宽度以满足空间分辨率的要求;(3)频率的配置要由国际频率登记委员会决定。本文的研究工作将围绕上述三个基本点展开。文中将高精度GCE(Goddard cumulus ensemble)模式中BOB 飓风资料的大气廓线和水凝物廓线作为三维气象雷达模拟软件Quickbeam 的输入,选取5,10,14,35 和94GHz 五个频点作为模拟频点,开展星载降水雷达频段选择的仿真研究。从近地面层获得较宽的降水动态范围的角度,雷达频点中必须要选择一个低频。在现有天线硬件条件以及科技水平的限制下,基本上排除了5 和10GHz 作为星载降水雷达探测频点的可能性。14,35 和94GHz 三个频点模拟探测台风不同区域时的等效雷达反射率因子和测量的雷达反射率因子的对比结果表明,雷达频点越高,受衰减的影响就越严重,因此94GHz 频点不适合作为星载降水测量雷达的探测频点。考虑到高频对弱降水探测的敏感性比较高,能够弥补低频在弱降水区域受到敏感性限制的缺点,因此高频可以用来探测弱降水。最后,综合星载降水雷达的频率配置分析结果,确定使用位于 13.40-14.00GHz 以及35.50-35.60GHz 之间的Ku 和Ka 波段作为FY-3 号星载降水雷达的主探测波段。Ku 波段有利于探测强降水,Ka 波段则有利于探测弱降水,两者结合形成的双频探测有利于提高降水反演的精度。