GPM/DPR对不同观测模式降水类型对比分析

论文总字数：26966字

目 录

1 引言…………………………………………………………………6

1.1 研究背景与意义…………………………………………………………………………6

1.2 国内外研究现状和进展…………………………………………………………………7

1.3 本文主要研究内容与框架………………………………………………………………7

2 GPM相关介绍………………………………………………………8

2.1 GPM计划介绍……………………………………………………………………………8

2.2 DPR及其资料介绍………………………………………………………………………10

2.3 GMI介绍…………………………………………………………………………………11

3 DPR的降水类型分类相关算法……………………………………12

3.1 物理理论基础……………………………………………………………………………12

3.2 Level 2算法介绍………………………………………………………………………12

3.3 CSF模块…………………………………………………………………………………13

3.4 DSD模块…………………………………………………………………………………15

4 DPR不同模式个例分析……………………………………………15

4.1 研究数据和方法…………………………………………………………………………15

4.2 结果对比…………………………………………………………………………………16

4.2.1 近地表雷达反射率因子（zFactorCorrectedNearSurface）对比及结果分析…16

4.2.2 降水类型（typePrecip）对比及结果分析………………………………………19

4.2.3 有无亮带（flagBB）对比及结果分析……………………………………………21

4.2.4 亮带高度（heightBB）剖面图的对比分析………………………………………22

4.2.5 雨顶高度（heightStormTop）分布的对比分析…………………………………24

4.3 本章小结…………………………………………………………………………………28

5 GMI一级产品中、高频亮温分布分析……………………………29

5.1 相应的GMI的1C产品亮温（T_c）分布……………………………………………29

5.1.1 C1降水个例的中、高频亮温分布………………………………………………29

5.1.2 C2降水个例的中、高频亮温分布………………………………………………30

5.1.3 C4降水个例的中、高频亮温分布………………………………………………30

5.2 本章小结………………………………………………………………………………31

6 总结与讨论…………………………………………………………31

6.1 主要结论…………………………………………………………………………………31

6.2 讨论………………………………………………………………………………………32

参考文献………………………………………………………………32

致谢……………………………………………………………………34

GPM/DPR对不同观测模式降水类型的对比分析

颜颖

，China

ABSTRACT: The Global Precipitation measurement（GPM）Core Observatory carrying the world’s first Dual-frequency precipitation Radar (DPR) and a GPM Microwave Imager (GMI) was successfully launched on February 27, 2014. So far, GPM has obtained abundant precipitation observation data. Firstly, we describe the DPR’s products and the current algorithms using in DPR. Then we use four precipitation cases to discuss the difference of the DPR’s four models (KuNS, KaMS, KaHS and DPR_NS) among detecting precipitation type, and discuss the difference between medium-frequency channel and high-frequency channel on the brightness temperature. The results show that DPR_NS and KuNS have an advantage of detecting heavy precipitation and bright bands, that is to say that they can detect stratiform precipitation with bright band well. KaMS’s results on detecting bright band are on average and on detecting weak precipitation are below average. Also, the effect of KaMS’s results on detecting the top height of precipitation is poor. KaHS has poor detection effect on bright band, but has good detection effect on detecting weak precipitation and can detect the top height of precipitation better. High-frequency of GMI has an advantage of detecting the precipitation with plenty ice phase particle on the top of precipitation cloud.

Key words: GPM；DPR；Bright Band；Precipitation type

1 引言

1.1 研究背景与意义

降水是指从云中降落或从大气沉降到地面的液态或固态的水汽凝结物，包括：雨、雹、雪、露、雾凇、白霜和雾降水^[1]。它是全球水和能量循坏最重要的过程之一，但也是最难精确观测的项目之一。降水的准确测量无论对农业生产、工业生产、交通运输、水资源利用和旱涝预报，还是对大气科学的研究都有十分重要的意义。虽然降水的影响是在发生当地范围内感受到的，但要了解地球水循环的作用以及与其他地球系统相互作用需要全球视野，水在整个大气中的分布以及其如何移动，在固态、液态和气态之间变化，是重新分配地球能量并影响地球天气、气候和其他环境系统行为的有力工具^[2]。

测量降水的方法有多种，既有直接的也有间接的。目前为止，降水资料主要来源于地面雨量计、地基雷达和星载的被动辐射计。地面雨量计可以测量一段时间内某地区的降水量，结果比较真实，但是测量结果只能代表降水的点分布，从点到面方法来计算该地区降水量，误差比较大，并且雨量计的测量受到风力、温度等各种外界因素的限制；地基雷达采用主动式遥感，可间接地获得较高时空分辨率的降水分布，但它覆盖面积有限，其探测能力常常受到地理位置、地物遮挡、地球曲率及杂波干扰等因素影响^[3]。近几十年来，卫星探测技术不断提高，资料处理方法也不断改进，通过卫星搭载测雨雷达是探测某一区域甚至全球降水时空分布最有效的方法^[4]，特别是搭载全球首部双频降水雷达DPR（Dual-frequency Precipitation Radar）和一个多波段微波成像仪GMI（GPM Microwave Imager）的GPM（Global Precipitation Measurement）主星于2014年2月27日在日本种子岛宇宙中心成功发射升空。GPM的任务理念是建立在热带降雨测量任务TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）成功基础上，TRMM是1997年由美国和日本联合发射的第一颗主动测雨卫星，搭载了Ku波段（13.6GHz）的有源相控阵测雨雷达PR（Precipitation Radar），用于测量从北纬约35º（如地中海）到南纬35º（如南非的南端）的热带和亚热带地区的降水^[2]。TRMM首次提供了全球范围内的降水垂直结构信息，为全球水循环和降水结构研究等提供了十分有价值的数据资料，但是由于燃料耗尽，TRMM卫星在2015年4月停止运行。与TRMM卫星上搭载的测雨雷达PR（Precipitation Radar）和微波成像仪TMI（TRMM Microwave Imager）相比，GPM主卫星搭载的仪器DPR和GMI在技术上和性能上都有了巨大的改进和提升^[5]，探测范围也更广，可更多了解高纬度地区的降水，DPR由日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）和日本国家信息和通信技术研究所（National Institute of Information and Communication Technology，NICT）联合设计，并由NEC东芝太空系统有限公司制造^[2]，其采用13.6GHz的Ku波段测雨雷达KuPR（Ku Precipitation Radar）和35.5GHz的Ka波段测雨雷达KaPR（Ka Precipitation Radar），双频测雨雷达Ka/Ku双波段的选用，可有效发挥两个波段的优势，Ka波段波长约为0.8cm，能探测到较小尺度的降水，而Ku波段波长较长约为2.2cm，穿透能力更强，衰减少，可测量中至大雨，来自Ka/Ku波段数据重叠区域的同时测量将提供有关粒径分布的新信息——即云层中雨滴谱分布以及其在整个降水系统中传播情况，可提供比TRMM卫星搭载的单Ku波段雷达更精细的回波结构，从而大大提高雷达反演降水的精度。考虑到强降水对工农业、交通运输的正常运转以及固态降水对于人们出行、农业耕作的较大影响，对于星载雷达观测不同类型降水的观测识别有重要意义。

1.2 国内外研究现状和进展

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：26966字

相关图片展示：