双基地双偏振多普勒雷达资料处理与风场反演

摘要

研究了双基地双偏振多普勒雷达资料的质量控制、预处理方法、主站和从站资料的配对方法、资料配对方法的检验以及风场反演区域的确定,并建立了一套能够进行数据质量控制和风场反演的软件,构造双基地双偏振多普勒雷达系统的风场结构.为了检验双基地双偏振多普勒雷达资料配对方法的可行性,我们选取空间变化大的径向资料,以主站和从站探测的回波强度在空间和时间的一致性、回波随距离变化的趋势来判断资料的质量和配对的效果.从回波强度来看,配对之后的主站和从站测量的回波强度按主站雷达的方位角、仰角和距离显示的回波位置、强度变化趋势一致.对此我们还做了定量的比较,选取了一个个例资料,通过强回波中心的径向上配对后的回波强度随主动雷达距离的变化,得出结论:主站和从站探测到的回波强度的上升和下降变化一致,只是从站的回波强度比主站的回波强度弱一些,这主要是因为从站雷达天线的低增益所致.结合这一个例资料的配对情况,可以认为资料配对效果较好,该系统的同步观测技术和配对方法可行.由于该双基地双偏振多普勒雷达系统只有一个主动雷达(主站)和一个被动雷达(从站),因而只能得到两个方向的径向速度,这里我们采用多普勒速度合成方法,然后再通过积分质量连续方程求解出垂直速度w,为了满足w的边界条件,我们采用伴随矩阵法求解.利用中电集团第十四所与中国科学院大气物理研究所联合研制的X波段双基地双偏振多普勒雷达系统,在北京地区开展了一系列外场观测,并对它们进行了风场反演试验,并将反演的效果与探空资料以及距该系统从站距离很近的北京市气象局S波段多普勒天气雷达的SVVP风场反演结果进行对比分析,反演的层状云降水风场走势与当时探空数据基本相符,从反演的对流性降水的风场结构可以看出:在低层,对流性降水过程的雷达强回波中心对应着较强的辐合上升气流,并且反演出来的风场与北京市气象局S波段雷达SVVP风场反演结果基本一致.该双基地双偏振多普勒雷达同步观测技术设计合理,在探测近地面层风场结构方面有一定的应用价值和潜力.鉴于从站采用低增益,探测范围小,旁瓣污染普遍存在,目前由于时间限制,雷达资料的质量控制方面还没有加入旁瓣污染的消除.考虑到主站雷达双极化的特点,将它用于旁瓣污染的消除,这还需进一步的研究和验证.