C波段双偏振雷达衰减订正

论文总字数：18913字

目 录

摘要 III

Abstract IV

第一章 引言 1

1.1国内外研究的历史和现状 1

1.1.1国外的研究历史和现状 1

1.1.2国内的研究历史和现状 1

1.2研究目的和意义 1

第二章 双线偏振雷达简介 2

2.1双线偏振雷达的探测原理 2

2.1.1双线偏振雷达探测原理 2

2.1.2 双线偏振多普勒天气雷达的工作方式 2

2.2双偏振雷达的偏振量 2

2.2.1差分反射率因子 2

2.2.2双程差分传播相位差 3

2.2.3双程差分传播相位常数 3

2.2.4相关系数 3

2.2.5线性退偏振比 3

第三章 C波段双偏振雷达的衰减订正 3

3.1 DP方法 4

3.2 Z-PHI方法 4

3.3自约束方法(SWCW法) 5

第四章 个例分析 6

4.1个例一 6

4.1.1DP法 6

4.1.2 Z-PHI法 7

4.1.3 SWCW法 7

4.1.4对比分析 8

4.2个例二 9

4.2.1DP法 10

4.1.2 Z-PHI法 10

4.2.3 SWCW法 11

4.2.4对比分析 12

第五章 展望与总结 12

5.1结论 12

5.2问题以及展望 13

5.3创新点 13

参考文献 13

致谢 15

C波段双偏振雷达的衰减订正

张蔚然

，China

Abstract：

The radar equation assumes spherical particles, but actually the particles are not always spherical, so dual-polarization radars have been introduced. Compared with conventional Doppler weather radar, dual-polarization radar can better describe the particle size, shape, precipitation type, etc., can distinguish meteorological and non-meteorological echoes, and can better remove the anomalous spread, features and sea miscellaneous waves and other non-meteorological echoes It can also accurately estimate precipitation.

C-band dual-polarization radar has important application and reference value in improving the accuracy of rain measurement, detecting and warning hail region, and accurately identifying the phase of precipitation particles, but the attenuation encountered by C-band radar in the detection process cannot be avoided. This makes attenuation correction even more important.

In this paper, two completely different cases are selected. For the two cases, the attenuation corrections of the three currently mainstream polarimetric radar attenuation correction methods are used. In this paper, it is considered that the attenuation of S-band radar echoes is negligible, that is, S-band radar echoes are considered to be more realistic. The values of the corrected reflectivity of the three algorithms are compared with the S-band radar reflectivity.

Through the analysis of this paper, these three mainstream revision methods have obvious effects and are better than the results before revision. However, there are still some differences between the three methods. For different types of precipitation to get the best correction effect, the methods used are different. The experimental results show that the DP method has the best effect of attenuation correction for convective cloud precipitation, and the stratified cloud uses the self-constraint method (SWCW) for the best effect.

Key words：C-band dual-polarization radar，attenuation correction，DP attention correction algorithm，Z-PHI attention correction algorithm，self-constraint attention correction algorithm (SWCW)

第一章 引言

1.1国内外研究的历史和现状

1.1.1国外的研究历史和现状

雷达技术被应用与气象部门大约是从第二次时间大战后开始的，至今已有60多年历史。由于降水资料被气象部门广泛的应用，使得估测区域降水被作为天气雷达观测数据应用的一个重要方向。自19世纪50年代开始，雷达定量估测降水的研究不断深入、业务不断改进和发展，雷达气象成为一门学科。许多国家先后建立了天气雷达探测站网，将天气雷达用于强灾害天气预警^[1]。英国在1980年初进行了常规雷达业务布网。美国与1990年初进行了天气多普勒雷达业务布网（160部），美国在2013年4月底完成了对149部雷达的改装， WSR-88D被统一升级为双线偏振雷达。

双线偏振雷达探测的反射率因子和差分反射率因子早在1976年就被Seliga等人^[2]利用，他们利用降水粒子大小、形状、相态、空间取向分布等方面进行了研究，并将其与常规多普勒雷达进行比较，得出使用双线偏振雷达探测降水粒子会得到更优的效果。在1978年Hildebrand^[3]根据衰减与降水关系的经验公式，利用地面自动观测资料结合Z-I关系，得出了衰减大小。-、-（、分别是雷达反射率因子Ｚ和差分反射率因子的衰减系数）的经验公式于1990年经Bringi^[4]等人提出，现在被广泛地应用于雷达回波的衰减订正，已成为一种主流方法。Ryzhkov^[5]等人通过分析了Z-I、以及等关系得出了一种不断改变订正系数，来获得最佳订正系数的衰减订正方法。Carey^[6]等人讨论了在对C波段雷达进行衰减订正的过程中温度、粒子外形等要素造成的影响，并对Ryzhkov等人提出的方法进行了改进。在Testud^[7]等人校正算法的基础上，“自约束（SWCW）”算法被Bringi^[8]等人提出，它通过不断调整-关系中的系数，得出最佳系数，优化订正方法。

1.1.2国内的研究历史和现状

我国已在2000年初进行了天气多普勒雷达和常规雷达的业务布网（206部），并且我国已经开始计划下一代雷达的双线偏振体制，目前已有若干部雷达在进行业务探测和科学研究。我校的C波段双偏振多普勒雷达，符合国际先进水平雷达体制，用于教学科研。

刘黎平等人^[9]对双线偏振雷达测量降水和常规多普勒天气雷达测量降水的进度进行比较，与常规雷达不同的是双线偏振可测得，他们利用对云中粒子相态、尺度的进行分析，得出使用双偏振雷达测出的估测降水能够取得更好的效果^[10]。黄兴友等^[11]为了提高降雨的准确性，对雷达反射率因子进行衰减订正。他们首先对数据通过小波分析法进行了预处理,已知是被应用于衰减订正的一个有效因子,然后再将处理后的数据进行拟合以获取相对准确的。为了该方法验证衰减订正的效果,他们认为S波段近乎无衰减，将S波段雷达反射率因子作为参考,将衰减订正前后C波段双线偏振雷达反射率因子与S波段雷达反射率因子做比较。在进行了一系列的对比后得出,利用不同方案估测降雨时结果大不相同,当C波段双线偏振雷达与S波段雷达均采用Z-R关系估测降雨时,对比得出S波段雷达测量降水效果更好。而当C波段双线偏振雷达采用进行衰减订正后估测降雨时的效果则优于S波段雷达的Z-R方案。刘黎平,胡志群,吴翀^[12]对美国天气雷达WSR-88D升级为双线偏振雷达的近况做了分析讨论同时还分析了相控阵天气雷达的发展情况，同时还对这两项技术在强对流天气监测预警中的作用和前景进行了分析。描述了我国双线偏振雷达和相控阵天气雷达的现状并因地制宜的阐述了这两项新技术在我国将如何发展。为这两项技术在我国的进一步应用与发展提供了参考，指明了方向。

1.2研究目的和意义 

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