Ka/Ku雙波段云雷達探測云降水滴譜和空氣垂直運動速度的能力模擬分析

作者：鄭晨雨,劉黎平

摘要：由于湍流、雷達探測靈敏度等對單波長云雷達探測回波強度譜密度的影響,造成了云雷達探測空氣垂直運動速度和雨滴譜的誤差,而雙波長云雷達利用Mie散射造成的不同粒子后向散射大小差異來提高空氣上升速度探測精度,從而提高反演雨滴譜的能力,并且可提高訂正雨區衰減的能力。為此中國氣象科學研究院研發了Ka/Ku雙波段云雷達,并于2019年4月開始在廣東龍門進行了云降水觀測。本文針對該雙波段云雷達觀測模式和靈敏度等參數,在Gamma滴譜假設條件下,模擬分析了Ka、Ku波段功率譜及其比值與云降水參數、溫度和湍流的關系,研究了雷達靈敏度、湍流對空氣垂直速度、雨滴譜反演和衰減訂正的影響,并利用個例數據進行了風場反演試驗,討論了雙波段探測微降水動力和微物理參數的優勢。結果表明:(1)溫度只能影響兩個波段功率譜比值(Ratio)的大小,對其峰值位置基本沒有影響,而湍流對其峰值位置的影響不超過0.5 m·s^-1;(2)湍流、雷達靈敏度對單波段云雷達探測空氣垂直速度的影響比較明顯,湍流使空氣上升速度被高估,雷達最小可測回波強度隨高度的增加而增加使該參數被低估,其影響遠遠大于溫度和湍流對雙波段云雷達反演空氣垂直速度的影響;(3)對于單波段雷達來說,雷達靈敏度和湍流明顯影響雨滴譜、含水量和衰減系數的探測,湍流使得雨滴譜拓寬,低估含水量和衰減系數;而雷達靈敏度卻使反演的雨滴譜變窄,增加小粒子數濃度,并高估了含水量和衰減系數;(4)選取2019年4月15^-16日的個例進行空氣上升速度的反演,并與模擬分析的結果進行對比。結果顯示實際觀測數據反演的空氣上升速度與模擬分析結果中的趨勢較為一致。這項工作為單波段和雙波段云雷達的多普勒功率譜數據分析和云降水微物理和動力參數的反演可提供參考。

發文機構：中國氣象科學研究院災害天氣國家重點實驗室 成都信息工程大學

關鍵詞：雙波段云雷達空氣運動速度雨滴譜雷達靈敏度湍流Dual-wavelength cloud radarair vertical motionrain drop size distributionreflectivity sensitivi‐tyair turbulence

分類號： P412[天文地球—大氣科學及氣象學]