基于2014～2017年Ka毫米波雷达数据分析北京地区云宏观分布特征

本文利用2014年1月至2017年12月Ka毫米波雷达数据对北京地区云宏观特征进行统计分析。云出现率方面,4年平均值约36.3%;冬季最低,夏季最大;月出现率值9月最大,12月最小;出现率日变化有季节差异,春夏两季呈现中午(11:00,北京时间,下同)开始逐步升高至下午17:00后逐步下降的特点,增高幅度大于15%;冬、秋两季日变化特征不显著。高度方面,4年平均云底高约4.9 km,平均云顶高约7.2 km;云顶高和云底高的月变化特征明显,从年初1月开始逐步上升,在6月达到峰值,而后下降到12月达到低值;3~10月,高云(云底高>5 km)占约一半左右比例;厚度小于1 km的云在各月中所占比例最高;厚度1~4 km的云,厚度越大所占比例越低;特别地,厚度大于4 km的云所占比例在4~9月中仅次于厚度小于1 km云的比例。4年期间,北京地区单层云居多约占66.7%,两层云占比约25.2%,两层以上云占8.1%;冬季约80%的云为单层云,而6~9月云层分布变化最多,其中9月单层云比例最低约为40%。本文基于4年高时空分辨率雷达数据对北京地区云分布特征,特别是云垂直分布特征在数值上准确刻画,该项工作在已有云气候研究中尚未见开展,所获得的知识将对了解地区气候特征、区域模式云参数化选择提供参考。

Ka波段毫米波云雷达数据质量控制方法

针对国内首部固态、多观测模式体制的Ka波段毫米波云雷达观测资料,提出速度模糊、噪点-径向干扰杂波和悬浮物杂波的质量控制方法,并对方法效果进行了检验和分析.结果表明,该方法具有很好的成功率和稳定性,15个云过程检验的退模糊成功率都达到100%;能准确判断出速度模糊和类型并纠正平均多普勒速度和谱宽;能较好地滤除噪点和径向干扰杂波,并对缺测进行补值;能较好去除低空悬浮物杂波,同时保留小尺度的云.

地基Ka波段云雷达数据质量控制方法研究分析

针对地基单发双收偏振工作模式的Ka波段毫米波云雷达2014年全年的观测资料,统计分析北京地区非云回波的分布情况,提出噪点-径向干扰杂波与悬浮物杂波的质量控制方法,并对该方法效果进行了检验分析。统计结果表明,杂波有明显的季节和高度分布特征;同时,质量控制的方法具有较好的成功率与稳定性。无云天空情况下,杂波抑制成功率可达99%,对于有云天气情况,能够较好滤除低空悬浮物杂波对云回波的影响,消除突变点干扰,同时保留云回波。

不同波段垂直指向雷达功率谱密度对比

衰减对回波的影响是雷达探测中的一项重要课题,常用订正方法还有很大提升空间。由于垂直指向雷达观测的功率谱数据包含了非常丰富的微物理及动力信息,该文尝试在功率谱层面对衰减影响机理进行深入讨论,以期改进衰减订正方法。对2014 2016年广东阳江和广东龙门获取的Ka波段毫米波雷达、C波段调频连续波雷达、Ku波段微雨雷达功率谱数据进行对比表明:3部雷达功率谱谱型基本一致,具有一定可靠性。米散射效应反映在功率谱上即经过某一速度后回波强度谱密度的陡降,当降水下落末速度达临界速度时,会对衰减量的计算造成影响。雷达波长越短,受衰减影响越大,衰减对功率谱的影响表现为谱的整体下移,最终导致回波强度小于真值。对于对流云降水,单纯使用经验订正公式获得的结果可能与真实值相差很大,此时需要考虑降水粒子谱分布,在功率谱层面上对订正进一步改善。

不同波段垂直探测雷达对降水云雨滴谱反演效果对比分析

在对云微物理的研究中,雨滴谱是一个重要参量,对理解云内成雨机制的探索、人工增雨效果的检验等方面都具有重要意义。利用2016年4-5月广东龙门的个例,讨论Ka波段毫米波雷达和C波段调频连续波雷达探测能力的差异,对比它们在不同云个例中雨滴谱的反演情况,得到如下结论:由于C波段雷达的波束宽度比Ka波段雷达大很多,故在小粒径区的探测上,其粒子数浓度略大,但最终对雨滴谱分布的拟合影响较小。探测层状云时,两部雷达对雨滴谱的反演效果基本一致;探测积层混合云及积雨云时,Ka波段雷达反演的雨滴谱数浓度从粒径约为1.2 mm处开始小于C波段雷达。米散射和衰减对雷达反演雨滴谱的影响本质上是作用在功率谱密度上,导致大粒径雨滴谱反演的偏低及回波强度的偏低,故在雷达回波订正上可以考虑从功率谱密度入手进行订正。

SACOL站冰云微物理特性的反演

冰云是全球分布范围最广的云类型之一,对地气系统的辐射收支有重要作用.本文利用兰州大学半干旱气候与环境监测站(SACOL)Ka波段毫米波云雷达(KAZR)2013年8月至2014年7月的观测数据,结合微脉冲激光雷达(MPL)观测数据,分别使用传统经验算法、考虑温度订正的反演算法和KAZR-MPL联合反演算法,反演了冰云的冰水含量和有效粒径两个微物理量,形成了云微物理量的反演数据产品.在此基础上对SACOL站上空云微观特性进行了统计分析,并进一步结合Fu-Liou辐射传输模式,模拟了冰云在大气层顶处对长短波辐射通量的影响,与CERES卫星观测的辐射通量值进行比较,用以评估不同冰云微物理量的差异对辐射所造成的影响.结果发现:SACOL站冰云主要出现在2~14 km的范围内,在7 km处出现频率最高,达到13.02%;3种云微物理方法反演的冰水含量相差不大,均呈现单峰型分布,概率密度最大处的冰水含量集中在10-3g/m^3左右,而有效粒径的谱分布呈现出较大差异,KAZR-MPL反演算法模拟的冰晶粒径普遍偏大,也正是由于这种差异,造成了对大气层顶的短波辐射通量模拟的偏差.而各种算法对于大气层顶出射的长波辐射模拟效果远好于对短波的模拟,平均误差为5.04%,相关系数均大于0.6,而模拟效果较差的部分,主要存在于光学厚度较薄的个例当中.