毫米波云雷達距離旁瓣回波質量控制及效果評估*

曾正茂 鄭佳鋒 呂巧誼 楊 暉 蔡藝友

1 福建省氣象信息中心，福州 350001 2 廈門市氣象局海峽氣象開放實驗室，廈門 362012 3 福建省災害天氣重點實驗室，福州 350001 4 成都信息工程大學大氣科學學院，高原大氣與環境四川省重點實驗室，成都 610225 5 平和縣氣象局，福建漳州 363700

提 要： 根據福建省平和縣布點的毫米波云雷達實際性能特點，且針對業務運行出現的距離旁瓣回波問題，提出了改進的質量控制方法；并利用福建平和站2018年9月至2020年8月的觀測資料，定量評估質量控制效果對云-降水探測的具體影響。結果表明：提出的質量控制方法能較好改善雷達探測結果，距離旁瓣回波被有效濾除。距離旁瓣回波顯著影響雷達對空中云雨回波的探測，影響最大集中在兩個寬脈沖模式的盲區以上起始高度附近，即1.50～2.28 km和3.63～7.74 km，且距離旁瓣回波出現頻次隨高度上升而逐漸下降；距離旁瓣回波主要會干擾雷達對中低空弱云的探測，會導致云底被低估、云頂和云厚被高估，三個云參數的平均誤差分別可達-0.53、0.74和0.73 km。

引 言

云對大氣輻射傳輸和能量平衡過程有重要影響，且是形成降水的前提，云的準確和精細化探測有利于天氣的監測和預報，也有助于提高云-降水物理過程研究，并能幫助人工影響天氣作業的開展(劉黎平等,2014;黃興友等,2013;雷恒池等,2008;孫麗等，2019;程周杰等,2009)。

盡管目前已發展了多種觀測設備對云進行探測，如衛星、激光雷達和云高儀等，但它們的時空分辨率仍然有限，相較而言，毫米波云雷達是一種更有效的定點測云設備(鄭佳鋒等,2016；朱怡杰等,2019;張佃國等,2020;劉黎平等,2021)。毫米波云雷達具有波長短、靈敏度高和時空分辨率高等優點，能夠提供十分豐富的云回波信息和宏微觀物理參數，已被廣泛應用于許多科學觀測試驗和氣象業務(葛俊祥等,2018;劉黎平等,2015;王洪等,2020;吳舉秀等,2018;G?rsdorf et al,2015;丁虹鑫等,2018)。

目前，大多數毫米波云雷達都采用垂直指向的探測方式，以連續探測頂空各類非降水云和弱降水云的垂直廓線(黃興友等,2020;陶法等,2020;仲凌志等,2009;Lhermitte,1987;Kropfli and Kelly, 1996)。為了保持雷達運行穩定持久，國外大多采用高壽命的電子真空管(Pasqualucci et al,1983;Paulsen et al,1970)，而國內主要采用穩定性較好的固態發射器件。固態發射機的優勢是系統穩定性好、持續觀測時間長，缺點是功率小、探測距離和靈敏度有限(仲凌志,2009;宗蓉,2013;鄭佳鋒,2016)。為了提高固態體制云雷達的探測能力，通常設計多種不同探測模式，通過多種模式組合的方式在一定程度上提高雷達系統的綜合觀測能力(Liu et al,2019)。但對于每個模式而言，雷達靈敏度、探測范圍和多普勒速度范圍等核心指標無法同時達到最優選擇，如相干積累和脈沖壓縮技術雖能有效提高靈敏度，但會使雷達多普勒速度探測范圍縮小和盲區擴大(鄭佳鋒等,2016)。更重要的是，脈沖壓縮技術還帶來了“副作用”，即引起距離旁瓣回波。這種距離旁瓣不是天線波束旁瓣引起的回波，而是強云雨目標物回波信號在脈沖壓縮后，無法被加窗濾波等方法消除的旁瓣信號，這些旁瓣信號會疊加至鄰近高度其他距離庫，而形成的一種虛假氣象回波(Moran et al,1998;馬書迪,2019)。距離旁瓣信號嚴重時會污染正常的云雨回波。目前，通過改善脈沖壓縮后的信號處理技術是一種消除距離旁瓣信號的途徑。如Gray and Farley(1973)采用部分相關法來消除距離旁瓣，但因使用不同碼長的偽隨機碼導致消除旁瓣的效果較差。Kobayashi(1982)使用修正后的偽隨機碼，提高了旁瓣回波消除成功率，但同時附帶產生多余的信號。文必洋等(1998)利用偽隨機碼調相技術把距離旁瓣當作系統性干擾，通過扣除這種系統性干擾，達到消除旁瓣回波的目的。從實用性方面，一般通過比較不同距離庫的信號或回波強弱對距離旁瓣進行判斷。如Moran et al(1998)以30 dB為判斷閾值，通過檢測旁瓣影響范圍內是否有回波信號差異超過該閾值進而做出判斷。Clothiaux et al(2000)利用功率譜數據，采用不同觀測模式的融合算法進行距離旁瓣回波的濾除。Liu et al(2019)從雷達功率譜密度資料出發，通過雷達實際參數設定判斷范圍和閾值進行旁瓣濾除。

盡管上述方法對距離旁瓣回波濾除有一定效果，但由于不同毫米波云雷達在性能上的實際差異，實際應用中仍需調整相關閾值等重要參數；另外，在過去研究中也很少開展距離旁瓣回波對雷達探測云參數影響的統計和評估。為了提高對云的自動化觀測能力，福建省建設了3部毫米波云雷達，本文針對該雷達的實際性能，提出了改進的距離旁瓣回波質量控制方法；并利用福建平和站雷達2018年9月至2020年8月兩年的觀測資料，定量評估了距離旁瓣回波對空中云雨回波、云底高度、云頂高度和云厚度探測的影響。旨在為毫米波云雷達數據質量控制和云自動化觀測提供參考。

1 設備與資料介紹

本文使用的毫米波云雷達是一部Ka波段、多普勒、固態體制雷達，由中國航空科工集團第23研究所研制。雷達垂直指向工作，頻率為35 GHz(對應波長為8.57 mm)，波束寬度為0.4°，探測高度范圍為0.12～20 km，空間和時間分辨率分別為30 m和1 min，觀測資料包括雷達反射率因子(Z)、徑向速度(V)、譜寬(σV)、線性退偏振比(LDR)和功率譜(SP)等。為提高雷達對不同高度、不同強弱云層的綜合探測能力，雷達設計了四種探測模式，包括邊界層模式(ML)、降水模式(MP)、中云模式(MM)和高云模式(MH)。四種模式采用不同的脈沖寬度、相干積累、非相干積累和脈沖壓縮等技術。ML通過相干積累來提高靈敏度，主要針對低空弱云的探測；MP則不采用相關積累，從而保持最大的速度測量范圍和抗飽和能力，因此較適合于弱降水的探測。MH采用遠寬于其他模式的脈沖，可以獲得比MP高20.79 dB的靈敏度，適用于高空卷云等的探測；MM則介于窄脈沖模式和MH之間，適用于中云的探測。此外，ML和MP還具有更短的雷達盲區，而MM和MH盲區較大。雷達工作時，四個模式輪流運行，最終四個模式的探測結果被進一步融合形成融合數據(Liu et al,2019)。雷達四種探測模式的主要參數如表1所示。

表1 雷達四種探測模式主要參數Table 1 Major parameters of four radar detection modes

本文評估時采用2018年9月至2020年8月福建平和站毫米波云雷達24 h連續觀測所獲得的融合數據(每1小時的探測結果視為1個樣本)，樣本總量為16 808個。

2 方 法

2.1 距離旁瓣回波特征和形態特征

毫米波云雷達垂直探測時，若某個高度有很強的云雨信號，其脈沖壓縮后的旁瓣信號會疊加到上下一定范圍的距離庫內，使得原來沒有回波的庫出現回波(或疊加)，即出現距離旁瓣回波。距離旁瓣回波的強弱和體量與附近強回波的強度、面積以及雷達脈沖壓縮比(PCR)有關。當存在大面積的強云雨回波時，形成的旁瓣回波也將越顯著；而PCR越大，旁瓣回波出現的范圍也會越大。

普查實際觀測資料中距離旁瓣回波的雷達回波特征和形態特征，發現有兩類。如圖1為2019年5月28日21:00—22:00(北京時，下同)多層云條件下雷達四種模式探測的反射率因子回波及融合結果。從圖1e可見，強回波附近在1.47 km和3.74 km 左右出現一種特殊外觀——“底部截面式”的弱回波(如箭頭所示)，這種弱回波即是因雷達采用脈沖壓縮技術所引起的距離旁瓣，然而因設備廠家將盲區以下的區域設置為無效回波，因此最終出現底部為截面的特殊形態。另外一種距離旁瓣，則底部沒有特殊形態，本文稱為“普通式”旁瓣回波，如圖3a中的A。對于本文雷達的MM和MH模式，它們的PCR分別為40和125，對應旁瓣影響的高度范圍分別為1.20 km和3.60 km，對應探測盲區分別為1.47 km和3.74 km；而ML和MP盲區僅為0.12 km。從圖1b和1c可見，由于采用脈沖壓縮，MM和MH模式分別在1.47 km和3.74 km左右發現“底部截面式”的距離旁瓣回波，而未采用脈沖壓縮的ML和MP模式均未出現。

圖1 2019年5月28日21:00—22:00福建平和多層云條件下雷達(a～d)四種模式探測及(e)融合結果的反射率因子回波(a)ML,(b)MM,(c)MH,(d)MPFig.1 Echo intensity graph of reflectivity factor by (a-d) four detection modes and (e) fusion products of radar under multi-cloud condition in Pinghe of Fujian Province from 21:00 BT to 22:00 BT 28 May 2019(a) ML, (b) MM, (c) MH, (d) MP

2.2 驗證距離旁瓣回波的真實性

研究表明，雷達的脈沖寬度與主副瓣比是息息相關的，脈沖寬度增加，其相應的主副瓣比也提高，而雷達主副瓣比的值是衡量抑制副瓣效果好壞的重要指標(董彥達,2009;鄭巖,2011;李紅霞,2018)。因此為了更好地驗證距離旁瓣回波的真實性，利用仿真的方式分析福建平和毫米波云雷達MM和MH模式不同脈沖寬度的主副瓣分布。如圖2所示，采用8 μs和24 μs的脈沖寬度，其雷達的主副瓣比分布為-32.31 dB和-41.67 dB,表明隨著脈沖寬度的增加，雷達的主副瓣比也相應的提高。根據丁留貫(2007)，在雷達整體設計時，為了更好地抑制距離旁瓣，理論上雷達的主副瓣比需達到45 dB以上，才能將副瓣減少到最小，但實際往往是做不到的。一方面是由于雷達實際帶寬是有限的，信號能量會從主瓣泄露出來，另一方面是受雷達本身的實際性能所限。因此本文在MM和MH模式中所使用的脈沖寬度是會引起距離旁瓣的。

圖2 福建平和毫米波云雷達(a)MM和(b)MH模式的主副瓣分布結果Fig.2 Distribution results of main and side lobes of (a) MM and (b) MH modes of millimeter wave cloud radar in Pinghe of Fujian Province

2.3 質量控制方法

以往研究主要從雷達的信號處理角度對脈沖壓縮附帶的旁瓣信號進行抑制，本文從雷達的基數據出發，根據毫米波云雷達實際性能參數，并結合上述距離旁瓣的回波特征和形態特征，提出了改進的質量控制方法。詳細描述如下：

在暖通空調設計中，圖紙繪制是重要的流程。在圖紙繪制過程中，設計人員通常要將暖通空調系統中的水泵和空調機組運行圖進行繪制，在該過程中應用BIM技術，可以從BIM技術軟件的數據庫中直接調用與空調暖通設計各參數與性能相匹配的原件，提高工作效率。此外，在圖紙設計期間，設計人員可以利用BIM技術根據不同的設計需求調整設計模型，使設計更加科學合理。此外，應用BIM技術可以詳細查看設計模型的任意剖面，從而及時發現設計中的問題，減少了施工期間的設計變更。

以雷達融合數據作為質量控制數據對象。首先，根據“底部截面式”距離旁瓣回波的形態特征，檢測MM和MH模式第一個有效距離庫是否有前后時次連續7個以上的徑向有效回波，且其下方是否都為無效回波；若兩個條件都滿足，則認為其上部存在“底部截面式”的旁瓣回波，從旁瓣底部一直將回波刪除至頂部。其次，借鑒Moran et al(1998)和Liu et al(2019)的閾值法，對兩個模式的“普通式”旁瓣回波進一步識別，如式(1)所示:

Z(i,x)>Z(i,j)+T，

j-PCR

(1)

式中：Z(i,j)為當前第i個徑向第j距離庫的反射率因子，Z(i,x)為前后第i個徑向第x距離庫的反射率因子。若檢測到旁瓣影響范圍上下PCR個距離庫內存在高出閾值T的回波,則認為當前回波受距離旁瓣回波污染，則將其刪除。關于T的取值，本文通過多次試驗，將閾值T設置為30 dB。圖3為2019年5月19日20:00 至20日04:00福建平和雷達上空觀測的低空層云、積云和高空卷積云質量控制前后回波強度對比。圖3b，3c和3d分別為把T閾值設置成25、30和35 dB的結果。對比可見，當T為25 dB有所偏高，云底和云頂的弱回波被過度濾除(A和B箭頭所指)；而T為30 dB時，結果較合適，質量控制后云底和碎云都保留完好，且旁瓣回波也被濾除較好；當T增大為35 dB時，云底相連的旁瓣回波大部分未能被濾除。因此本文將閾值T設置為30 dB較為合理。

2.4 質量控制方法有效性驗證

因福建平和站的毫米波云雷達在同址未布設相關的對比設備，因此，為了驗證質量控制方法，利用廣東陽江布設的Ka波段毫米波云雷達和一部同址觀測的C波段連續波雷達進行對比分析。需要說明的是，該毫米波云雷達同由中國航空科工集團第23研究所研制，在體制和性能特點上相似；C波段連續波雷達也采用垂直指向的觀測方式，且不受距離旁瓣的影響；此外，C波段連續波雷達實際在2.04 km 以下的靈敏度比毫米波云雷達高7 dB，2.04 km 以上則低8 dB，因此也具備測云能力。以下給出2個不同典型云類個例對毫米波云雷達質量控制方法的有效性進行驗證。

圖3 2019年5月19日20：00至20日04：00福建平和雷達上空觀測的低空層云、積云和高空卷積云質量控制前后回波強度對比(a)質量控制前，(b)質量控制后T=25 dB，(c)質量控制后T=30 dB，(d)質量控制后T=35 dBFig.3 Echo intensity comparison before and after radar quality control of low altitude stratus clouds, cumulus and high altitude cirrocumulus observed in Pinghe of Fujian Province from 20:00 BT 19 to 04:00 BT 20 May 2019 (a) before quality control, (b, c, d) after quality control in T= 25 dB, (c) T= 30 dB, (d) T= 35 dB

個例1 (積云)：圖4為2014年6月6日03:00—06:00廣東陽江Ka波段毫米波云雷達和同址C波段連續波雷達探測的反射率因子回波對比。C波段連續波雷達對晴空湍流有更強的探測能力(阮征等,2015)，因此在低空存在湍流回波(圖4a中箭頭A所示)。由圖4b可見，毫米波云雷達圖像中，積云云頂出現顯著的旁瓣回波，在2.04～3.2 km存在“底部截面式”的旁瓣回波A；積云頂部還有厚度在2 km 左右的“普通式”旁瓣回波B，它們的形成主要由下方強回波信號導致。而從圖4c可見，經過本文質量控制方法處理后，該個例兩類距離旁瓣回波都被較有效濾除；質量控制后積云的云頂和整體形態顯然與C波段連續波雷達探測結果更為吻合。

個例2 (濃積云)：圖5為2014年6月6日03:50—04:40廣東陽江Ka波段毫米波云雷達和同址C波段連續波雷達探測的反射率因子回波對比。由圖可見，該濃積云回波較強，最強可接近25 dBz，C波段連續波雷達探測到的云頂高度和毫米波云雷達基本一致，但云底卻存在差異；毫米波云雷達云底部分下伸的回波與上部強回波形態十分一致，因此可判斷毫米波雷達測量的濃積云底部存在厚度約為1 km的“普通式”旁瓣回波A。經過本文質量控制方法處理后，濃積云的云底及回波結構與C波段連續波觀測結果更為吻合。

3 福建平和典型云類的質量控制效果分析

圖4 2014年6月6日03：00—06：00廣東陽江毫米波云雷達和同址一部C波段連續波雷達探測的反射率因子回波對比(a)C波段連續波雷達，(b)毫米波云雷達，(c)質量控制后的毫米波云雷達Fig.4 Comparison of reflectivity factor echoes detected by millimeter wave cloud radar and C-band continuous wave radar in Yangjiang of Guangdong Province from 03:00 BT to 06:00 BT 6 June 2014(a) C-band continuous wave radar, (b) millimeter wave cloud radar, (c) millimeter wave cloud radar image after quality control

圖5 同圖4，但為2014年6月6日03:50—04:40Fig.5 Same as Fig.4, but from 03:50 BT to 04:40 BT 6 June 2014

3.1 弱對流性降水云個例

圖6為2019年5月29日02:00—04:00福建平和雷達上空觀測到的弱對流性降水云質量控制前后效果對比。由圖5a1，5b1，5c1可見，弱對流云在3.87～7.2 km存在“底部截面式”的距離旁瓣回波A，頂部則存在厚度約為3 km的“普通式”距離旁瓣回波B，這些旁瓣回波均出現在Z、V和σV的圖像中。同時，觀察到弱對流降水云頂部的距離旁瓣還表現出較大的σV，這是因疊加了其下方3.75 km范圍內的強回波旁瓣信號，使得整體的信號譜較寬且分散。如圖6a2，6b2，6c2所示，經過質量控制后兩類距離旁瓣回波均被有效濾除。

3.2 弱層狀降水云個例

圖7為2019年4月11日00:00—02:00福建平和雷達上空觀測到的低空弱層狀降水云質量控制前后效果對比。由圖7a1，7b1，7c1可見，質量控制前層狀云上空1.47～2 km存在“底部截面式”的距離旁瓣回波A，旁瓣回波均在Z、V和σV中出現。而圖7a2，7b2，7c2表明，經過質量控制后距離旁瓣回波在Z、V和σV回波中均被有效濾除。

3.3 高空卷積云個例

圖8為2019年5月20日00:00—02:00福建平和雷達上空觀測到的高空卷積云質量控制前后效果對比。由圖8a1,8b1,8c1可見，在高度約6～14 km的卷積云回波中，觀測到強回波底部存在厚度約為2.5 km 的“普通式”旁瓣回波A，旁瓣回波同樣在Z、V和σV的圖像中都出現。且從圖8c1發現卷積云底部的譜寬值較大，主要也是因旁瓣信號的疊加造成。從圖8a2，8b2，8c2的質量控制效果來看，卷積云底部的距離旁瓣回波被有效濾除。

圖6 2019年5月29日02:00—04:00福建平和雷達上空觀測到的弱對流性降水云(a1,b1,c1)質量控制前和(a2,b2,c2)質量控制后效果對比(a1,a2)Z,(b1,b2)V,(c1,c2)σVFig.6 Comparison of effects (a1, b1, c1) before and (a2, b2, c2) after radar quality control of weak convective precipitation cloud observed in Pinghe of Fujian Province from 02:00 BT to 04:00 BT 29 May 2019(a1, a2) Z, (b1, b2) V, (c1, c2) σV

圖7 同圖6，但為2019年4月11日00:00—02:00的弱層狀降水云Fig.7 Same as Fig.6, but for weak stratiform precipitation cloud from 00:00 BT to 02:00 BT 11 April 2019

圖8 同圖6，但為2019年5月20日00:00—02:00的高空卷積云Fig.8 Same as Fig.6, but for high altitude cirrocumulus from 00:00 BT to 02:00 BT 20 May 2019

以上三個不同典型云類的個例分析說明本文的距離旁瓣回波質量控制方法對雷達資料有明顯改善，同時普適性也較好。

4 距離旁瓣回波對云探測影響的評估

利用本文方法對2018年9月至2020年8月福建平和站兩年的雷達觀測資料進行質量控制，并將質量控制前后的結果進行統計對比，進而評估距離旁瓣回波對空中云雨回波、云底高度、云頂高度和云厚度探測的具體影響。

4.1 距離旁瓣回波對空中云雨回波的影響

距離旁瓣回波會污染正常的云雨回波，一種是它們會疊加到正常的云雨回波信號上，從而引起測量誤差；另一種是出現在正常云層的底部和頂部，導致回波體量增多且顯著影響云的宏觀參數，如云底高度、云頂高度和云厚度等。對于第一種，試圖將旁瓣信號從正常云雨信號中分離是十分困難的，因此本文主要討論第二種情況對云雨探測的影響。

統計觀測期間雷達回波頻次在濾除旁瓣回波前后的高度變化，結果如圖9所示。質量控制前后雷達回波頻次的差異可反映出旁瓣對云雨回波體量的影響，旁瓣回波占總回波頻次10%以上的影響高度分布在1.5～2.28 km和3.63～7.74 km，這兩個高度區間正好靠近MM和MH兩個寬脈沖模式的盲區以上起始高度，且隨著高度增高旁瓣回波的比例逐漸下降。在這兩個高度區間，旁瓣回波占雷達總回波頻次的比例分別為10.06%～27.12%和10.00%～34.75%，最大比例高度分別在1.53 km和3.96 km，因此距離旁瓣回波對中低云的探測有較顯著的影響。

為了進一步分析距離旁瓣對空中云雨回波空間分布的影響，統計雷達探測到的Z、V和σV的高度-頻次分布(圖10)。由圖10可見，距離旁瓣影響云雨回波空間分布明顯，濾除旁瓣回波后Z、V和σV樣本量整體減少，距離旁瓣的回波強度Z分布在-42～18 dBz，占總樣本量的9.91%，在Z=-20 dBz時達到最大值(2.35×105)，占Z總樣本量的3.98%；徑向速度V分布在-5.3～0.48 m·s-1,占總樣本量的9.64%，在V=-0.8 m·s-1時達到最大值(4.66×105)，占V總樣本量的8.70%；譜寬σV分布在0～2.0 m·s-1，占總樣本量的10.72%，在σV=0.2 m·s-1時達到最大值(8.03×105)，占σV總樣本量的14.77%。距離旁瓣的Z、V和σV分布特征說明，其主要影響對弱云的探測。

圖9 2018年9月至2020年8月福建平和距離質量控制前后雷達有效回波頻次隨高度的變化Fig.9 Frequency distribution of valid radar echoes at different heights before and after quality control in Pinghe of Fujian Province from September 2018 to August 2020

4.2 距離旁瓣回波對云底高度、云頂高度和云厚度的影響

為了進一步評估距離旁瓣對云宏觀參數探測的影響，首先分別利用質量控制前后的反射率因子資料反演出云層的云底高度(CBH)、云頂高度(CTH)和云厚度(CTK)，隨后再對比兩種反演結果的差異。CBH、CTH和CTK的反演方法借鑒王喆等(2016)的云邊界檢測法：即根據雷達探測的反射率因子回波檢測每根徑向上連續回波的底部和頂部邊界 (以-40 dBz作為入云和出云判斷條件)，并將邊界視為云底和云頂，而將兩者的差視為云厚度；考慮到實際中松散云系可能帶來的誤判，將CTK<210 m做進一步判斷，如果該薄云與上下云層間隔小于720 m，則認為它不是可靠的獨立云層，否則將其與相鄰云層合并。

質量控制前(OR)和質量控制后(QC)的CBH、CTH和CTK誤差如圖11和表2所示。旁瓣回波使得CBH被低估，CTH和CTK被高估。90%的CBH誤差分布于-1.8～-0.15 km，平均誤差為-0.53 km；90%的CTH和CTK誤差均分布于0.15～2.7 km，平均誤差分別則為0.74 km和0.73 km。誤差整體說明，距離旁瓣對云宏觀參數的影響是非常顯著的。

圖10 2018年9月至2020年8月福建平和雷達探測到的(a1,a2)Z,(b1,b2)V和(c1,c2)σV的頻次-高度分布(a1,b1,c1)質量控制前后，(a2,b2,c2)距離旁瓣Fig.10 Frequency-height distributions of radar measured (a1, a2) Z, (b1, b2) V and (c1, c2) σV in Pinghe of Fujian Province from September 2018 to August 2020,(a1, b1, c1) before and after quality control, (a2, b2, c2) Z, V and σV of range sidelobes

圖11 2018年9月至2020年8月福建平和距離旁瓣回波引起的(a)云底高度(CBH),(b)云頂高度(CTH)和(c)云厚度(CTK)的誤差分布Fig.11 Error distributions of (a) cloud base height (CBH), (b) cloud top height (CTH), and (c) cloud thickness (CTK) caused by radar range sidelobes in Pinghe of Fujian Province from September 2018 to August 2020

表2 2018年9月至2020年8月福建平和距離旁瓣引起的云宏觀參數探測誤差(單位：km)Table 2 Detection errors of cloud macrophysical parameters caused by radar range sidelobes in Pinghe of Fujian Province from September 2018 to August 2020 (unit: km)

5 結 論

采用福建省平和縣獲取的2018年9月至2020年8月連續觀測的毫米波云雷達數據，針對毫米波云雷達在業務觀測中出現的距離旁瓣回波質量問題，結合雷達回波特征，提出改進的質量控制方法，并詳細評估它們對云探測的具體影響。主要結論如下：

(1)針對福建平和站出現的兩種不同形態(即“底部截面式”和“普通式”)的距離旁瓣回波，提出了改進的質量控制方法，該方法可以有效濾除兩類距離旁瓣，且具有較好的普適性。

(2)距離旁瓣回波會顯著影響雷達對空中云雨回波的探測，但影響高度主要集中在寬脈沖模式的盲區附近，即1.5～2.28 km和3.63～7.74 km的兩個高度區間，距離旁瓣回波分別可占總回波量的10.06%～27.12%和10.00%～34.75%。距離旁瓣出現頻次還會隨高度升高而逐漸下降，因此距離旁瓣回波主要影響對中低云的探測。

(3)距離旁瓣回波的Z主要分布在-42～18 dBz，占總樣本量的9.91%；V主要分布在-5.3～0.48 m·s-1,占總樣本量的9.64%；σV分布在0～2.0 m·s-1，占總樣本量的10.72%，其主要污染對弱云的探測。

(4)距離旁瓣回波對云底高度、云頂高度和云厚度的探測也有重要影響，它使得云底高度被低估,云頂高度和云厚度被高估。引起三種云參數探測的平均誤差分別可達-0.53、0.74和0.73 km。