【摘要】：云高是云物理學研究中最基本且十分重要的參數之一。當前云高探測手段多樣,但由于探測原理的不同會造成云高觀測數據的不一致。進行探測和反演理論分析,開展不同方式的測量結果的對比驗證,系統(tǒng)地比較和分析其準確性和差異性,從原理上進行數據訂正以提高多源云高觀測數據的可比性和一致性,十分必要。本研究基于國產地基毫米波雷達、激光云高儀、無線電探空、FY-2靜止衛(wèi)星、地基紅外傳感器(IRT)等觀測設備和數據,研究并探討各儀器原理、性能和云高參數反演方法,以毫米波雷達觀測的云高為參考分別與探空、衛(wèi)星和地基紅外傳感器反演云高進行對比驗證,分析其一致性、差異性及其主要影響因素,并綜合考慮各資料特點構建云高數據集。主要研究結果如下:(1)對布設于北京南郊觀象臺Ka波段地基毫米波雷達2016年觀測的云垂直結構特征進行統(tǒng)計,平均云底高度4.39 km,平均云頂高度7.69 km,北京地區(qū)晴空占比較多,夏半年有云樣本比例比冬半年偏多,中高云樣本數高于低云樣本數,云高分布呈現春夏高、秋冬低的季節(jié)變化特征。(2)毫米波雷達與激光云高儀云底高度比較結果顯示,二者相關系數高達0.95,但激光云高儀因衰減強烈,除測量云底高度外基本不能進行云垂直結構的探測,受大氣低層氣溶膠影響,其整體上對于云底高度高于6 km的云來說檢出率較低。毫米波雷達是探測云宏觀垂直結構的有力手段。(3)用無線電探空溫濕廓線判定云垂直結構并與毫米波雷達觀測結果對比,二者云底高度差值平均小于200 m、云頂高度差值平均為1400 m,云高變化趨勢相關系數大于0.8。某些時刻與探空產生較大差異外,在云底高度以及中低云的云頂高度上可以與探空觀測取得很好的匹配效果,對于云的垂直分層上二者也有較好的一致性。(4)用FY-2 CTT產品反演云頂高度并與毫米波雷達觀測結果對比,二者云檢測一致率78.1%,云頂高度差值平均值為1.46 km,云層越厚、回波強度越大、云體越連續(xù),二者云頂高度的一致性越好,中低云的云頂高度差異明顯小于高云。針對FY-2靜止衛(wèi)星反演高層卷云云頂高度偏低的問題,提出了相應的訂正方案,訂正后的衛(wèi)星云頂高度與毫米波雷達云頂高度更加一致。(5)基于地基紅外亮溫數據反演云底高度并與毫米波雷達觀測結果對比,二者云檢測一致率81.6%,云底高度相關系數0.62、偏差為0.1 km,該結果優(yōu)于IRT云底高度原始產品。但低層薄云IRT探測的云底高度偏高,高層薄云IRT探測的云底高度偏低。(6)基于毫米波雷達、IRT、FY-2G云高觀測數據,初步構建了一個2016年北京地區(qū)1 h分辨率的云高綜合數據集。與單獨的觀測相比,該數據集將缺測率降低至1%。與毫米波雷達相比,其與“第三方云高觀測”(如探空云高)的歐氏距離更小,相關系數也有所提高。
【圖文】：

２．１．１．１系統(tǒng)參數逡逑本研宄所使用的毫米波雷達是由中國氣象局氣象探測中心和西安華騰微波有限責逡逑任公司聯合研制的Ｋａ波段３５邋ＧＨｚ全固態(tài)多普勒雷達（圖２．１）。發(fā)射功率＞５０邋Ｗ，測逡逑量高度約為１２邋ｋｍ，垂直分辨率３０邋ｍ，，時間分辨率１邋￣邋６０邋ｓ可調。毫米波雷達系統(tǒng)參數逡逑見表２．１。逡逑該雷達采用２．４邋ｍ邋口徑圓形拋物面天線，固態(tài)功率器件合成發(fā)射機，高穩(wěn)定度、低逡逑相噪頻率源，大動態(tài)接收機，數字式信號處理機，并具有發(fā)射機脈沖功率測量、接收機逡逑１３逡逑

逑灰塵、昆蟲、水汽等較為敏感（周唯一，２００８）所致。接地雜波呈現明顯的季節(jié)變化，逡逑夏季氣溫高，濕度大，昆蟲、鳥類的活動頻繁，對雷達干擾加大。另一種是類似于圖２．３ａ逡逑所呈現的“隨機噪聲”狀態(tài)的雜波，可能是由于雷達工作狀態(tài)不穩(wěn)定、信號處理過程等逡逑所致。逡逑—ｉ—－—ｉ—ｉ—ｉ—！—ｉ—Ｉ—ｉ—ｉ—ｉ—｜邋＿２0逡逑■邋－２0｜邋＇邐？邐Ｊ逡逑；邐ｊ邐Ｊ逡逑００：００邋０２：００邋０４：００邋０６：００邋０８：００邋１０：００邋１２：００邋１４：００邋１６：００邋１８：００邋２０：００邋２２：００邐邐邐逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑ｉ邋ｉ邐，邐ｉ邋，邋ｉ邐＾２0逡逑；「邐：邐Ｉ邋ＢｊＨｆｌ逡逑！邋６－邐－邐１－２０邋ＩＩ逡逑Ｉ邐ｊ３０『．一ｊ逡逑■邐．邐．邐．邐，邐，？？？，：？邋．？邐－邋ｒ邐；－邐Ｈ－４０逡逑００：００邋０２：００邋０４：００邋０６：００邋０８：００邋１０：００邋１２：００邋１４：００邋１６：００邋１８：００邋２０：００邋２２：００逡逑２０１５．０１．１９逡逑（ｃ）邐（ｄ）逡逑圖２．２毫米波雷達地物雜波對比（ａ．夏季，ｃ．冬季）及相應時刻的全天空成像儀圖（ｂ．邋２０１５年７逡逑月３日１３時，ｄ．邋２０１５年１月１９日１２時）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．２邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｌｏｕｄ邋ｒａｄａｒ邋ｃｌｕｔｔｅｒ邋ｉｎ邋（ａ）邋ｓｕｍｍｅｒ邋ａｎｄ邋（ｃ）邋ｗｉｎｔｅｒ邋
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P426.51

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本文編號：2692409