基于GPM卫星双频降水雷达的地面降雪识别算法

继搭载在TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)卫星上的降水雷达PR(Precipitation Radar)之后,GPM(Global Precipitation Measurement)核心观测平台搭载了全球首个双频降水雷达DPR(Dual-Frequency Precipitation Radar),其对降雪的探测能力备受人们关注.本文基于GPM双频降水雷达的探测数据,以三次降水过程(包含降雪、积层混合性降雨和冬季层状云降雨)为例,利用Ku和Ka双波段三个参量(即测量双频比DFRm垂直廓线斜率、回波顶高、垂直方向上Ku波段最大反射率因子)计算的降雪指数SI(Snow Index)来识别地面降水相态.结果表明,若不使用辅助信息(0℃等温线高度等),利用SI原计算公式能很好地区分夏季降雨和降雪,但较难区分冬季降雨和降雪.为了提高冬季降雨和降雪的分辨效果,改进了反射率因子的质量控制方法,用最小二乘法计算DFRm垂直廓线的斜率,结果显示改进后地面降雪识别结果与地面自动站观测结果有较好的一致性.

GPM双频降水测量雷达对降雪的探测能力分析

以双频降水测量雷达为主载荷的GPM卫星于2014年2月发射升空。由于轨道倾角以及仪器通道的设置,大大提升了对弱降水和降雪的探测能力。通过四次降雪个例,分析比较了双频降水测量雷达的三种扫描模式(Ku,KaMS和KaHs)对降雪探测能力的差异。结果表明:DPR相态产品和地面实际观测结果比较一致,固态降雪温度<-0.5℃并且降雪发生时的风暴顶高度大多<6 km。Ku波段雷达由于仪器灵敏度的大幅提高.对降雪的综合探测能力最强,而KaMs和KaHS也具有特定的作用。此外,为了保证衰减订正的精度,和非降雪部分的衰减相比,需要主要提高降雪衰减尤其是混合相态湿雪的衰减订正精度。

GPM DPR产品在东北地区两类降水过程中的应用评估

全球降雨观测计划(Global Precipitation Measurement,GPM)卫星自2014年2月发射以来,为高纬度地区的降水三维观测提供了基础,其搭载的双频星载测雨雷达(Double-frequency Precipitation Radar,DPR)反演的4种降水产品可以为中高纬度地区降水研究提供参考。本文利用GPM DPR提供的4种降水产品(Ka_HS、Ka_MS、Ku_NS和DPR_MS),对东北地区两次不同类型降水天气过程的降水结构特征进行分析,探究其宏微观特征的差异,并对GPM DPR的4种产品性能差异进行对比。结果表明:东北地区春季层状云降水的分布范围很广,大部分降水强度低于4.00 mm·h^(-1),且云系发展较为平缓,而夏季混合性降水的强度分布极其不均,且垂直方向发展较为旺盛,回波顶高度可达12 km。对比4种降水产品发现,Ka_MS降水强度、回波顶高度和降水类型划分都具有明显缺陷;Ka_HS可探测到更多的弱降水样本,但在雨强较大时也会出现严重衰减;Ku_NS能够提供较为可靠的回波顶高度和降水类型划分;DPR_MS产品具有独立表现,其中小于0.50 mm·h^(-1)的弱降水与Ka_HS的相关性较好,大于1.00 mm·h^(-1)的降水与Ku_NS有较好的一致性,此外,DPR_MS对降水和雨滴谱的垂直结构表征最合理。

中国首颗降水测量卫星(风云三号G星)的探测能力概述与展望

2023年4月16日09时36分(北京时)中国首颗降水测量卫星—风云三号G星(FY-3G)成功发射,本文在介绍风云三号降水星技术特征的基础上,着重分析FY-3G降水探测能力及在暴雨监测中的应用前景。结果表明:卫星轨道高度407 km、倾角50°,装载了Ka/Ku双频降水测量雷达、微波和光学成像仪的FY-3G卫星,可对影响中国大部分地区的台风、暴雨、强对流等灾害性天气系统三维结构进行探测。FY-3G在设计层面上,降水探测能力与目前美国第二代全球降水测量计划(GPM)核心星(GPMCO)相当,在载荷类型、数量、通道设置等方面优于GPMCO卫星。FY-3G业务运行后将与风云三号上午、下午和黎明星等其他极轨气象卫星以及风云高轨静止卫星组成风云降水探测星座体系,提升风云卫星星座的降水总体探测能力,为气象防灾减灾提供更强的基础支撑。

GPM DPR雷达联合地面S波段雷达反演雨滴谱

针对GPM-CO DPR观测数据反演雨滴谱算法中存在的双值问题,提出通过匹配地面S波段天气雷达与GPM-CO DPR观测数据,为双值问题提供判断依据的方法。在建立反演查算方法的基础上,利用雷达仿真程序Quickbeam进行算法的理论验证,并使用观测数据进行实例验证。理论验证的结果表明,反演结果数据和输入数据的相关系数达到0.99以上;实例验证的结果显示,利用此反演算法得到的雨滴谱可以反映降水过程中雨滴粒径的分布情况,在一定程度上解决双值问题。

FY-3气象卫星降水探测能力分析与展望

降水是全球能量/水循环中的重要过程。本文着重分析FY-3气象卫星降水探测能力,展望风云卫星后续规划中降水探测技术的发展前景。分析表明,以FY-3降水星为主星,与其他FY-3极轨卫星组成的FY-3气象卫星降水探测体系,在设计层面上,从载荷类型、数量、通道设置等方面均优于由美国发起并已在轨运行的全球降水测量(Global Precipitation Measurement,GPM)计划核心星的设计性能。FY-3降水星设计装载Ka/Ku双频降水测量雷达,卫星轨道设计覆盖南北纬50°范围内的中低纬地区,对影响我国区域的台风暴雨等强对流天气系统结构具有三维探测能力。FY-3气象卫星星座的降水探测能力为气象防灾减灾提供了基础支撑。

基于GPM/DPR数据的北疆地区降雪云宏观结构和微物理特征分析

利用GPM/DPR双频降水雷达资料、FY-2E卫星资料和地面降水实况,对新疆北部四次成熟期降雪过程的红外亮温、水平分布和垂直结构特征进行了分析。结果表明:降雪云团的云顶亮温集中在210~245 K,降雪云主要为层状云,中云对降水率贡献最大,近地面降水率多分布于0.5~2.0 mm·h^(-1),回波顶高主要集中在3.0~4.5 km范围内,回波顶高与近地表降水率强弱变化存在正相关;雷达反射率因子(Z)范围在22~35 dBz,强回波中心高度主要分布在1.25~4.50 km;质量加权平均直径(D_(m))为1.01~1.25 mm和粒子数浓度(dB N_(w))为32~36的配置贡献的降水最多,对应的高度范围为2.19~2.50 km和2.13~2.67 km;近地表由碰撞-聚并过程产生的大粒子较多,近地表附近D_(m)达到了2.33~3.00 mm,Z和D_(m)朝地面几乎恒定或稍有增加,Z和D_(m)数值大小与地表降水量变化呈正相关特征。