多普勒天氣雷達的最新應用進展-雙偏振雷達對地物回波的識別

■冼甜 趙潤澤

（蘭州大學2013級大氣科學基地班甘肅蘭州730107）

多普勒天氣雷達的最新應用進展-雙偏振雷達對地物回波的識別

■冼甜 趙潤澤

（蘭州大學2013級大氣科學基地班甘肅蘭州730107）

地物回波的存在嚴重的影響了降水回波的精度，雙偏振激光雷達在模糊邏輯算法基礎上加入偏振參數構成偏振模糊邏輯算法能有效的區別出降水與非降水回波，從而能有效解決過度識別零速度降水的問題，將能提高降水精度的估測。

雙線偏振 多普勒天氣雷達 地物回波 模糊邏輯

0 引言

隨著電子及計算機技術的發展，多普勒天氣雷達已成為降水、風及雷暴等大氣現象不可或缺的重要手段，被廣泛應用于天氣監測和氣象科學研究。雷達在探測降水目標的同時，也受到非降水目標的影響，產生非降水回波信號，將嚴重影響定量降水估測、數值模式預報、臨近預報。由于被觀測區域大氣溫度和濕度發生變化，雷達波束折向地面引起的異常傳播的地物雜波，稱為超折射回波。

近年，雙線偏振雷達已成為天氣雷達發展的重要方向，新一代雙線偏振多普勒天氣雷達不僅能提供回波強度、徑向速度和速度譜寬等常規參量，同時還能提供多種偏振參量，這些參量的應用為非降水回波的識別及去除提供了有效的技術手段。

1 雙偏振天氣雷達簡介

天氣雷達是天氣探測和預報的重要技術裝備，我國的天氣雷達已經經歷了3個發展階段，即常規模擬天氣雷達階段、數字化天氣雷達階段和多普勒天氣雷達階段。

常規模擬天氣雷達和數字化天氣雷達只能探測氣象目標物的位置和強度，而由于缺乏氣象目標的運動信息，很難滿足天氣預報的需要。多普勒天氣雷達則比常規數字化天氣雷達能獲取更多的信息，不僅能探測氣象目標物的位置和強度，還能探測這些目標中降水粒子的徑向運動速度和速度譜寬，從而得到大氣風場和湍流等信息，能監測下擊暴流、龍卷、陣風鋒、低空風切變等災害性天氣，是氣象保障必不可少的裝備。

雙偏振多普勒天氣雷達是處于當前國際前沿的高科技裝備，它發射兩種相互正交的線極化波，不僅能得到氣象目標的強度、速度和譜寬、還能根據定量測得的回波信號的偏振信息計算出氣象目標中極為重要的微物理場的信息，這些信息不僅能極大地提高雷達定量測量降水率、云中含水量等的精度，提高對氣象目標的識別能力，加強對災害性天氣和危險航線的預報和保障能力；而且在評估大氣環境侵蝕參數等特殊氣象保障方面也有很大的應用。

2 回波識別的方法

研究發現，地物回波除了具有徑向速度接近零、反射率空間變率或梯度較大、回波頂高較低等特征，地物回波的差分反射率和差分傳播相移的波動性較大，差分反射率和差分傳播相移的紋理特征值也較大，而零相關系數一般低于0.8。應用偏振參數識別地物回波比只利用常規參數識別效果更好，不僅能識別與降水回波分離的地物回波，對混合時的識別效果也較好，而且不會造成較遠處小雨的丟失。

選擇從回波強度中提取的反射率水平紋理TDSZ、徑向的庫間變化程度SPIN和徑向速度區域平均值MDVE、速度譜寬的區域平均值MⅣ，以及偏振參數ZDR、的水平紋理特征等6個物理量作為偏振模糊邏輯算法的輸人參數。圖3為6個參量的概率分布圖，對地物回波和降水回波的各參量的分布特征進行分析：

（1）由于地物回波形狀多變，分布不均勻，其水平反射率紋理特征明顯大于降水回波，且分布范圍較大，從0到80均有分布，降水回波主要集中在0到20范圍內；地物回波徑向的距離庫問變化程度也較大，主要分布在大于50%的區域，明顯大于降水回波；

（2）地物一般是靜止的，地物回波的徑向速度和速度譜寬分布在零附近，降水回波的徑向速度均勻分布在正負最大不模糊速度之間，速度譜寬一般較大；

（3）差分反射率和差分傳播相移的分布特征比較一致，地物回波分布范圍比較廣，降水回波主要集中在零附近，分布特征明顯不同。

因此使用這6個參數應該能有效區分降水回波和地物回波。

3 結論

雙偏振多普勒天氣雷達對云內水凝結物類型，降水粒子的相態、排列取向和尺度譜等微物理特性的鑒別和測量，在評估大氣環境侵蝕參數等方面有重大的應用價值，而且可大大提高測量降雨率、降雪率等的準確度。對災害性天氣的預報和危險天氣的氣象保障也有十分重要的作用。

[1]Joss J，et a1.The application of radar-gauge comparisons to operational precipitation profile corrections[J]，J.Appl.Meteor.,1995,34:2612-2630

P4[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-423-1