星载毫米波雷达衰减估计仿真及敏感性分析

星载毫米波雷达衰减严重,而不同云降水类型中所包含的云雨粒子微物理特性差异较大,其所造成的衰减影响差异也很明显。基于WRF模式模拟的不同云降水场景,利用星载毫米波雷达模拟器仿真得到衰减后的回波,并对云中粒子的衰减特性进行敏感性分析,说明引起衰减不确定性的重要影响因素。结果表明,仿真得到的衰减后回波与云廓线雷达(CPR)实测回波一致性较好,回波结构和强度近似,平均反射率因子廓线差异均在20%以内,衰减估计结果可靠有效。通过对衰减系数(K)进行敏感性分析发现,云雨粒子均对粒子谱分布中的含水量(W)最为敏感,中值体积直径(D_(0))的影响也较大,其变化可能引起雨滴衰减系数的平均相对误差达25%左右;雪和霰受密度参数(a、b)的影响大于斜率参数(Λ),a引起的不确定性在25%以内。在相同滴谱参数的情况下,冰态和液态造成衰减系数的差异达90%左右。考虑到衰减对相态的高度敏感性,将基于相态分类的K-W关系应用于CPR实测个例衰减订正中,订正后的回波与波段校正后的星载双频测雨雷达(DPR)Ka波段探测回波强度接近,衰减订正的不确定性主要来自于液水含量反演结果与实际情况的差异。

星载毫米波雷达载荷平台参数敏感性分析

为了说明载荷和平台参数设置对星载毫米波雷达探测性能的影响,文中构建了由9个子模块构成的星载毫米波雷达正演模拟器,利用天气研究与预报模型模拟云场景以及随机数据正演仿真对载荷和平台参数进行了敏感性分析。分析发现:星载毫米波雷达载荷平台采用天线直径为2.5 m、轨道高度为400 km~450 km的配置时,其探测性能相较于云廓线雷达提升超过7倍;其信噪比达到25 dB时,可以很好地减小噪声对反射率因子提取的影响;雷达标定常数误差在3.36%以内时,可以满足反射率因子±1 dB的探测精度要求;对于轨道高度为400 km的星载毫米波雷达平台,当姿态角变化大于0.13°时,其前后两次星下点观测区域完全错位,而当姿态角变化大于0.75°时,其前后两次星下点位置相差5 km。

星载云、气溶胶遥感雷达技术现状与发展趋势

大气云与气溶胶在全球气候和环境变化过程中扮演重要的角色。星载云、气溶胶遥感技术主要包括成像光谱仪等被动探测技术、激光雷达技术以及毫米波雷达技术。相比被动遥感技术,激光雷达、毫米波雷达可探测云、气溶胶垂直剖面,获取云、气溶胶三维空间分布信息。首先介绍星载云、气溶胶遥感技术特点与优势,接下来介绍星载云、气溶胶遥感激光雷达与毫米波雷达技术现状,最后给出星载云、气溶胶遥感雷达技术的发展趋势。

星载主动遥感测云现状与展望

云是表征天气和气候变化的重要指标,在大气的能量分配、辐射传输等中起着重要作用。卫星遥感探测以其覆盖范围广、信息量大、重复频率高等诸多优势,成为研究云的主要手段。目前星载测云主动遥感技术主要包括毫米波雷达和激光雷达技术。本文介绍了星载毫米波雷达和激光雷达测云技术发展及数据应用研究现状,重点分析了CloudSat搭载的云廓线雷达CPR和CALIPSO搭载的云—气溶胶激光雷达CALIOP协同观测的成果和进一步发展需求。从全球云三维结构参数的需求分析,探讨了太赫兹雷达、高光谱激光雷达、多传感器数据融合等测云新技术发展和应用潜能,以及多星系统及单星多载荷等协同观测新模式的技术关键和轨道高度对探测性能的影响,提出多传感器共平台协同观测及数据融合研究三维云结构信息的设想。