多普勒天气雷达的最新应用进展-双偏振雷达对地物回波的识别

2016-04-14冼甜赵润泽

地球 2016年5期

关键词：径向速度偏振反射率

■冼甜赵润泽

（兰州大学2013级大气科学基地班甘肃兰州730107）

多普勒天气雷达的最新应用进展-双偏振雷达对地物回波的识别

■冼甜赵润泽

（兰州大学2013级大气科学基地班甘肃兰州730107）

地物回波的存在严重的影响了降水回波的精度，双偏振激光雷达在模糊逻辑算法基础上加入偏振参数构成偏振模糊逻辑算法能有效的区别出降水与非降水回波，从而能有效解决过度识别零速度降水的问题，将能提高降水精度的估测。

双线偏振多普勒天气雷达地物回波模糊逻辑

0 引言

随着电子及计算机技术的发展，多普勒天气雷达已成为降水、风及雷暴等大气现象不可或缺的重要手段，被广泛应用于天气监测和气象科学研究。雷达在探测降水目标的同时，也受到非降水目标的影响，产生非降水回波信号，将严重影响定量降水估测、数值模式预报、临近预报。由于被观测区域大气温度和湿度发生变化，雷达波束折向地面引起的异常传播的地物杂波，称为超折射回波。

近年，双线偏振雷达已成为天气雷达发展的重要方向，新一代双线偏振多普勒天气雷达不仅能提供回波强度、径向速度和速度谱宽等常规参量，同时还能提供多种偏振参量，这些参量的应用为非降水回波的识别及去除提供了有效的技术手段。

1 双偏振天气雷达简介

天气雷达是天气探测和预报的重要技术装备，我国的天气雷达已经经历了3个发展阶段，即常规模拟天气雷达阶段、数字化天气雷达阶段和多普勒天气雷达阶段。

常规模拟天气雷达和数字化天气雷达只能探测气象目标物的位置和强度，而由于缺乏气象目标的运动信息，很难满足天气预报的需要。多普勒天气雷达则比常规数字化天气雷达能获取更多的信息，不仅能探测气象目标物的位置和强度，还能探测这些目标中降水粒子的径向运动速度和速度谱宽，从而得到大气风场和湍流等信息，能监测下击暴流、龙卷、阵风锋、低空风切变等灾害性天气，是气象保障必不可少的装备。

双偏振多普勒天气雷达是处于当前国际前沿的高科技装备，它发射两种相互正交的线极化波，不仅能得到气象目标的强度、速度和谱宽、还能根据定量测得的回波信号的偏振信息计算出气象目标中极为重要的微物理场的信息，这些信息不仅能极大地提高雷达定量测量降水率、云中含水量等的精度，提高对气象目标的识别能力，加强对灾害性天气和危险航线的预报和保障能力；而且在评估大气环境侵蚀参数等特殊气象保障方面也有很大的应用。

2 回波识别的方法

研究发现，地物回波除了具有径向速度接近零、反射率空间变率或梯度较大、回波顶高较低等特征，地物回波的差分反射率和差分传播相移的波动性较大，差分反射率和差分传播相移的纹理特征值也较大，而零相关系数一般低于0.8。应用偏振参数识别地物回波比只利用常规参数识别效果更好，不仅能识别与降水回波分离的地物回波，对混合时的识别效果也较好，而且不会造成较远处小雨的丢失。

选择从回波强度中提取的反射率水平纹理TDSZ、径向的库间变化程度SPIN和径向速度区域平均值MDVE、速度谱宽的区域平均值MⅣ，以及偏振参数ZDR、的水平纹理特征等6个物理量作为偏振模糊逻辑算法的输人参数。图3为6个参量的概率分布图，对地物回波和降水回波的各参量的分布特征进行分析：

（1）由于地物回波形状多变，分布不均匀，其水平反射率纹理特征明显大于降水回波，且分布范围较大，从0到80均有分布，降水回波主要集中在0到20范围内；地物回波径向的距离库问变化程度也较大，主要分布在大于50%的区域，明显大于降水回波；

（2）地物一般是静止的，地物回波的径向速度和速度谱宽分布在零附近，降水回波的径向速度均匀分布在正负最大不模糊速度之间，速度谱宽一般较大；

（3）差分反射率和差分传播相移的分布特征比较一致，地物回波分布范围比较广，降水回波主要集中在零附近，分布特征明显不同。

因此使用这6个参数应该能有效区分降水回波和地物回波。