利用SimRAD研究雷达回波强度对云参数的敏感性
云中冰晶的探测对于地球-大气系统辐射平衡和天气预报中云降水过程的发生发展有着重要意义,特别是高空卷云中冰晶的探测,是现今发展大气遥感探测技术中重要的研究内容,在气象、航天、军事等领域具有重要的研究意义.近年来,人们越来越重视对卷云中冰晶粒子的研究,但由于卷云的位置较高,很难进行直接观测,因此使用微波雷达、激光雷达及卫星遥感等技术对卷云的冰晶粒子进行探测,除了上述遥感探测技术之外,现今国内研究者们尝试利用机载W波段(94GHz)毫米波雷达实现对高空卷云中冰晶粒子的观测.随着各种冰晶遥感观测资料的日益增加和模式模拟资料的可用度提高,如何将模式输出的云参数值转化为雷达回波的模拟值并和实际回波观测值进行比较具有十分重要的意义.SimRAD(Simulating air-borne Radar detection and Data processing)是正在开发中的一种机载雷达探测资料处理仿真软件平台,在大气温压湿参数和云中粒子参数确定的情况下,能够模拟任意波长机载或者地基雷达的回波垂直廓线(包括雷达回波强度真实值、测量值及衰减订正后的测量值)以及衰减垂直廓线,并用于和实际探测得到的雷达回波强度进行比较.本文研究中总结了云中冰晶粒子的微物理特性,其中对于直径小于500微米小冰晶粒子,形状用球形近似,密度约为0.917g/cm3,单位体积内的冰晶粒子数浓度(N)和冰水含量(IWC)的分布范围分别为10-4<IWC<1g/m3和10-7<N<10cm-3,谱分布采用modified gamma分布函数进行模拟.与实际中气象雷达观测不同,SimRAD需要输入目标物粒子的尺度、谱分布、含水量等参数从而计算得到雷达回波强度Z值廓线,因此云中冰晶参数的设置对雷达回波强度Z值的模拟有着密不可分的关系.本文以球形小冰晶为例,通过模拟大气温压湿参数和云中粒子参数的不同分布情况,利用SimRAD开展了机载W波段(94GHz)毫米波雷达探测冰晶的雷达回波强度对云中冰晶参数变化的敏感性试验,得到的结论是Z值对云中冰水含量IWC和云中冰晶粒子尺度较敏感,而Z值对云中冰晶粒子的密度和谱分布函数形式相对较不敏感.通过研究不同的云参数对冰晶Z值变化的影响,有助于分析不同的云降水微物理过程,并对机载毫米波雷达探测卷云的衰减订正研究有着重要的意义.
机载毫米波雷达 小冰晶 雷达回波强度 云参数 敏感性试验
滕煦 滕煦 王振会 纪雷 赵凤环
南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京,210044 南京信息工程大学大气物理学院,南京,210044 南京信息工程大学大气物理学院,南京,210044
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2010-10-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）