基于短时强降雨探测的拉曼激光雷达测温数据WRF同化方法

为挖掘激光雷达高垂直分辨探测优势,将其引入降雨观测与研究中,重点构建一套测温数据模式同化方法,目的在于评估激光雷达数据对降雨模拟的影响。借助激光雷达测温数据综合多级质量控制技术对雨前探测信号进行反演优化,获取更可靠的温度廓线,这种垂直间隔4 m左右的雷达数据对于降雨是一种新型数据。设计三步实验研究新数据WRF模式(weather research and forecasting model)同化方法。第一步开展控制实验,通过模式检验与参数调试获取最佳模拟方案,为同化实验提供依据。第二步开展常规探测数据同化实验,通过WRF模式同化模块将90组地面、高空测站数据融入模式初始场,TS评分提高了0.07,并成功消除了陕西西南部虚假暴雨中心,但存在空报率偏高等问题。第三步开展激光雷达数据同化实验,重点解决制约模式初始场中尺度信息测站稀少的关键难题,引入MQ法将单点数据扩展为49组格点数据并完成三维变分同化模拟,克服了常规数据同化所致空报率偏高的问题,且模拟雨强更接近实况,同时降水TS评分提高了0.12,漏报率降低了0.09。定性与定量分析均表明借助Multiquadric将激光雷达探测数据融入WRF模式可造成模拟效果提升。本文结果表明激光雷达可用于探测短时强降雨,且探测位置宜设在对流云外围。

大气探测激光雷达发射能量监测

出射激光脉冲能量变化对激光雷达的测量数据有很大影响,需对其进行实时、准确测量。针对激光雷达出射激光脉宽窄、不易实现高频电路采集的问题,设计了一个基于峰值采样保持电路的脉冲能量监测系统。对脉宽为10 ns、重复频率分别为20、60、100 Hz的模拟脉冲进行了实时监测,结果表明该系统能很好地检测激光出射能量,没有脉冲遗漏现象。在激光雷达观测实验中,该监测系统输出的电压值与实测激光脉冲能量有较好的线性关系,为激光雷达数据反演提供了修正依据.