中国星载降水测量雷达首次校飞试验：雷达性能指标分析

摘要

星载降水测量雷达是风云三号(FY-3)02 批卫星观测星座中的重要仪器，该仪器的两个原理样机（Ku 频段和Ka 频段雷达）在国防科工局相关项目支持下已经研制成功。2010 年9 月～10 月，中国气象局国家卫星气象中心联合多家单位在江苏东台黄海海域成功开展了中国首次Ku/Ka 双频星载降水测量雷达机载校飞试验。校飞试验的目的是验证降水测量雷达的各项功能和性能指标，进行地面雷达与微波辐射计同步观测，利用观测数据进行星-机-地降水雷达观测比对、降水雷达数据处理和算法研究。校飞试验获得了宝贵的机载雷达实测数据和地面、海面同步观测数据，以及热带降雨测量卫星所携带降水雷达的同步观测数据。本文给出了校飞试验中获得的Ku/Ka 双频降水雷达探测结果，机下点顺轨截面、交轨截面和水平截面可以清晰地显示了降雨的垂直结构和水平结构。Ku 频段与Ka 频段雷达对相同区域的降水探测结果具有较好的一致性，降水回波分布和趋势基本相同。比较机载雷达数据与地面雷达数据是验证机载雷达探测降雨的性能的有效手段，但精确比较非常困难，二者分辨体积不匹配，扫描方式、分辨率和工作频率等均有差异，飞机姿态的变化使这一比较过程更为复杂。本文给出了具体的匹配步骤，通过重投影处理，对Ku/Ka 频段机载雷达资料与车载X 频段气象雷达获取的同步观测资料进行了点对点比较。机载Ku 频段雷达与Ka 频段雷达的降水探测结果比较一致，降水回波结构和数值基本相同；机载降水测量雷达与车载气象雷达探测到了相似的降水结构，验证了机载降水测量雷达良好的降水探测能力，能够提供降水内部的详细信息。并进一步给出了机载Ku/Ka 雷达与车载雷达时空匹配数据的定量比较结果，从统计意义上表明观测的一致性。利用试验期间获取的星载降水雷达观测数据，对星载雷达与机载雷达测量的雷达反射率因子最大值廓线进行了比较，其廓线表现出了很好的一致性：差值主要分布在0dBZ 左右2dB 之内，差异的均值仅1.04dB 。这一结果有力地验证了机载降水测量雷达探测降雨的准确性。本文最后利用校飞试验中弱降水和晴空海面实测数据，估计了Ku/Ka 频段雷达探测灵敏度和实际距离分辨率，验证了Ku/Ka 频段降水测量雷达的性能指标。