C波段调频连续波天气雷达定量标校及数据比对分析
摘要
对降水云更高时空分辨率的探测是天气雷达发展的驱动力,相对于脉冲多普勒雷达,调频连续波雷达可以提供降水云的精细结构和快速演变特征.C-波段调频连续波(FMCW: Frequency Modulation Continuous Wave)垂直探测雷达,采用二维FFT信号处理技术,第一维FFT谱变换确定回波高度,每个距离单元上的谱参数根据第二维FFT转换后的信号功率谱分布计算得到,该雷达的定量标校需要确认单个FFT频道中微弱信号最低为-170dbm的准确性.本文提出利用标准信号源模拟回波信号点频频率,对展宽的点频信号进行折算,测量衰减后的信号功率,得到最小输入功率可达-169.77dbm的定标曲线,并由定标曲线拐点确认雷达噪声功率约为-168dbm.该雷达于2013年6月起在安徽定远进行观测,对8月24日降水过程的探测数据,与距离该地48km的蚌埠SA雷达和83km的合肥SA雷达数据,分别进行对流云过程与层状云过程的比对分析.对于垂直结构均匀分布的层状降水云,C-FMCW雷达与SA雷达探测结果基本接近,表明C-FMCW雷达的定标方案合理、回波强度的计算结果正确;SA雷达波束展宽后回波强度的空间平均导致对强回波的探测低于C-FMCW雷达.三部雷达对稳定性降水云垂直廓线的上相同高度上的相同时刻探测数据比对分析表明,C-FMCW雷达与蚌埠SA雷达的平均均方根差为0.51dB,与合肥SA雷达的平均均方根差为1.2dB.与脉冲多普勒天气雷达相比,文中的C-FMCW雷达探测时间周期为3s、距离分辨率为15-30m、探测高度范围为15m-24km,可以给出对流降水云体结构的快速演变和层状云中零度层亮带更为真实的结构特征,FMCW探测体制雷达可望引领垂直探测雷达的未来发展.