GPM/DPR与C波段双偏振雷达观测对比

论文总字数：23117字

目 录

1 前言………………………………………………………………… 4

• 1. 引言……………………………………………………………………………………… 4
  2. 介绍……………………………………………………………………………………… 4

1.2.1 GPM介绍…………………………………………………………………………5

1.2.2 NUIST 雷达介绍……………………………………………………………… 7

• 1. 国内外研究现状…………………………………………………………………………8

1. DPR与GR的数据匹配…………………………………………… 8
   1. 几何匹配法………………………………………………………………………………8
   2. 匹配区域的回波分析……………………………………………………………………9

2.2.1 资料的获取………………………………………………………………………9

2.2.2 个例分析…………………………………………………………………………10

3 DPR和NUIST-CDP雷达资料的差异统计……………………… 10

3.1 匹配效果的统计分析……………………………………………………………………10

3.2 偏振量分析………………………………………………………………………………14

3.2.1双波长以及T矩阵反演介绍……………………………………………………14

3.2.2 D₀与N₀对DPR观测的影响………………………………………………… 15

3.2.3 KDP,ZDR 分析…………………………………………………………………16

4 讨论与结论…………………………………………………………19

5 参考文献……………………………………………………………20

6 致谢………………………………………………………………… 22

GPM/DPR与C波段双偏振雷达的观测对比

董焱

，China

Abstract：2014 The GPM (Global Precipitation Measurement mission) succeeds TRMM as the core satellite for the Global Precipitation Program. GPM equipped with Dual-frequency Precipitation Radar DPR, in addition to enhance the ability to observe the rain, but also access to the distribution of drip spectrum information, which makes it with the ground double polarized weather radar joint observation possible. For this reason, the geometric matching method is used to match the observation data of DPR and C-band dual-polarization Doppler radar (NUIST-CDP). Through a precipitation case on July 8, 2015, the reflectance factors and polarization quantities of GR and DPR were analyzed. Based on the differences in phase states and shapes of different particles and under different precipitation types, we obtained the following: in conclusion:（1）In Ku channel, the distribution of precipitation and echo of DPR and GR are highly consistent, but the echo intensity detected by DPR is generally slightly larger than GR;（2）The reflectivity factor values of stratiform cloud precipitation obtained by DPR and GR have a better correlation with convective precipitation;（3）The difference between the two reflectivity factors in stratiform cloud precipitation is smaller than the difference between convective clouds;（4）DPR has a better grasp of the size of the droplets in the atmosphere.（5）The ZDR and KDP values retrieved from DPR have good consistency with respect to the ZDR and KDP values of GR.（6）The distribution of DSD raindrop spectrum parameters of DPR dual-frequency inversion is narrow, and the range of values of ZDR and KDP is small.（7）The correlation between the KDP value of the DPR inversion and the KDP value obtained from the GR is poor, and it does not have a comparative effect. It can be seen that GPM/DPR inherits the observation capability of TRMM/PR very well, but it is still not accurate enough in KDP's inversion algorithm, and it is very different from the actual observation, and there is still much room for improvement in the future.

Key words ：DPR；Reflectance factor; Raindrop spectrum distribution.

1.前言：

1.1 引言：

降水是大气物质循环的重要环节，是人类生存不可或缺的自然现象。并且中国是中尺度灾害性天气频发，如暴雨、台风、冰雹等时有发生的国家^[1]。为此，我们需要可靠的降水时空分布信息以识别判断各种灾害天气，分析降水类型、强度和移动趋势^[2]。目前我国已经完成由C波段和S波段多普勒雷达组成的天气雷达网，在气象业务中发挥着巨大的作用。由于单个雷达的探测范围有限，雷达自身存在多普勒两难问题即最大探测距离与最大不模糊速度的问题客观存在，使得雷达自身存在一定的局限性，并且各站点雷达受到如参数不一致、地形引起的波束阻碍、杂波干扰、雷达在恶劣天气即对流性很强的天气中所导致的严重误差，以及探测目标物的真实位置与雷达标定的位置误差等许多因素的影响，导致各个站台测量的观测结果不一致，雷达与雷达之间，由于参数的不一致，导致在雷达的拼图上存在较大的误差，从而在一定程度上阻碍了雷达网的同化业务。^[1]为此，许多学者都想找出一种可以对地面布网的雷达进行统一的数据的标定、参数的统一订正以及在雷达探测较远距离可以进行数据融合，从而改善雷达探测精度，为气象业务提供更好的数据资料。

如今已经存在一种方法，是对局部地区相邻的几部雷达中进行联合标定，其方法是对几部雷达之间测量范围相交的数据中取平均值为标准值，然后对其进行修改订正。这种方法的短板较多。1.多部雷达之间的相交区域有限，作为标准值的订正不能有更多的数据参与，其标定的精确度会大打折扣。2.由于我国国土范围之广，在西部西北部地区的雷达布置较少，不存在探测相交的地区将也就无法进行此方法的标定。3.可能局部地区的逆温，产生超折射等折射误差，导致数据相差较大无法进行数据标定。所以受天气现象因素的影响，其标定有局限性。4.相邻雷达进行标定后，会对剩下地区的雷达组之间产生新的误差，而这种误差会因为地域等问题无法继续标定，从而无法达到对于全国雷达网标定统一性的效果。5.地基雷达由于工作时间不同、初始数据或者硬件问题等因素导致地基雷达本身不够稳定，这种已有的方式需要在短时间内多次校订，同时又会受到天气等气象因素的影响，从而局限性较大。

卫星雷达的出现，可以进一步解决关于地基雷达数据标定等问题。1.卫星雷达的探测范围之广泛，可以有效解决由于地域和地形阻隔所带来的问题，可以和多个甚至没有探测相交区域的雷达进行联合矫正。2.由于卫星雷达所在大气层之外，在其硬件方面所受的影响较小，其探测稳定程度远远高于地基雷达，其数据更为准确。3.卫星雷达不受仰角波束充塞等效应的影响等。

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