雙偏振雷達可以觀測天氣系統(tǒng)內(nèi)部降水粒子的大小、形狀、濃度等信息,可用于定量降雨估測和微物理參數(shù)反演,是短時強降水監(jiān)測和鄰近預(yù)報的重要工具。我國天氣系統(tǒng)降雨滴譜特性與其他國家地區(qū)存在顯著差異,采用不適合的雙偏振降雨估測算子會導(dǎo)致估測降雨的系統(tǒng)性偏差。本文利用長時間二維視頻滴譜儀高精度觀測,提高了華東和華南區(qū)域的雨滴譜特性認(rèn)知;構(gòu)建了適用于這兩個區(qū)域的雙偏振雷達衰減訂正和降雨參數(shù)反演模型。利用該模型改進了雙偏振數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、最優(yōu)化比差分傳播相移(KDP)估計及降雨參數(shù)反演方法,主要的研究如下:在雙偏振觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方面,本文基于差分反射率(ZDR)系統(tǒng)偏差標(biāo)定、雷達系統(tǒng)差分相位估計、衰減訂正、非氣象回波識別和剔除等,有效提高了C和s波段雷達數(shù)據(jù)精度。研究定量降雨估測時,從基于經(jīng)驗算子的反演和基于變分理論的優(yōu)化反演兩方面著手。在利用降雨率(R)和比差分傳播相移(KDP)之間的經(jīng)驗關(guān)系估測降雨時,關(guān)鍵是KDP的估計精度。研究中利用水平反射率因子(ZH)和ZDR包含的雨滴譜特性及雙偏振量的自洽性,構(gòu)建了更合理的KDP物理約束,并提出了混合(Hybrid)KDP估計方法,并應(yīng)用于C和S波段雙偏振...

【文章頁數(shù)】：176 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
術(shù)語表
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 雙偏振質(zhì)量控制
        1.2.2 定量降雨估測
        1.2.3 微物理參數(shù)和雨滴譜反演
        1.2.4 目前研究的局限
    1.3 研究內(nèi)容和意義
    1.4 研究創(chuàng)新點
2 雙偏振雷達數(shù)據(jù)及其質(zhì)量控制
    2.1 引言
    2.2 數(shù)據(jù)
        2.2.1 C波段雙偏振雷達
        2.2.2 S波段雙偏振雷達
        2.2.3 雨滴譜和雨量數(shù)據(jù)
    2.3 雙偏振雷達數(shù)據(jù)質(zhì)量控制
        2.3.1 差分反射率因子系統(tǒng)偏差標(biāo)定
        2.3.2 雷達系統(tǒng)初始差分相位的移除
        2.3.3 衰減訂正及其校驗
        2.3.4 非氣象回波識別
    2.4 小結(jié)和討論
3 基于線性規(guī)劃和物理約束的比差分傳播相移和降雨的最優(yōu)估計
    3.1 引言
    3.2 三種常規(guī)K_DP估計算法
        3.2.1 最小二乘擬合
        3.2.2 基于常規(guī)線性規(guī)劃的估計
        3.2.3 雙偏振量的自洽性
    3.3 理想試驗
        3.3.1 試驗設(shè)計
        3.3.2 降雨統(tǒng)計關(guān)系
        3.3.3 結(jié)果比較
    3.4 理想試驗中的混合K_DP估計方法
    3.5 實際個例的應(yīng)用和驗證
        3.5.1 應(yīng)用于C波段雷達
        3.5.2 應(yīng)用于S波段雷達
    3.6 小結(jié)和討論
4 基于變分分析的定量降雨估測
    4.1 引言
    4.2 變分定量降雨估測方案
        4.2.1 變分分析基礎(chǔ)
        4.2.2 利用三次B樣條距離平滑
        4.2.3 降雨率先驗估計及其誤差協(xié)方差矩陣
    4.3 理想試驗驗證變分降雨估測算法
        4.3.1 試驗設(shè)計
        4.3.2 平滑濾波的影響
        4.3.3 與線性規(guī)劃方法的比較
        4.3.4 先驗估計的作用
    4.4 基于S波段雙偏振觀測的驗證
        4.4.1 單個過程的降雨估測
        4.4.2 2016年5-6月降雨估測
    4.5 小結(jié)和討論
5 基于最優(yōu)化理論的雨滴譜反演和衰減訂正
    5.1 引言
    5.2 變分分析反演框架
        5.2.1 狀態(tài)變量和觀測算子
        5.2.2 代價函數(shù)及其梯度
        5.2.3 反演步驟
    5.3 理想模擬試驗
    5.4 實際個例的應(yīng)用
        5.4.1 應(yīng)用于C波段雷達的衰減訂正和雨滴譜反演
        5.4.2 應(yīng)用于S波段雷達定量降雨估測
    5.5 小結(jié)和討論
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
        6.1.1 雙偏振雷達數(shù)據(jù)質(zhì)量控制
        6.1.2 基于變分分析的定量降雨估測
        6.1.3 基于變分分析的衰減訂正和雨滴譜反演
    6.2 討論與展望
致謝
附錄A 降雨微物理和雨滴譜
    A.1 雨滴形狀和取向
    A.2 雨滴下落速度
    A.3 雨滴譜
    A.4 雨滴譜模型及應(yīng)用
    A.5 降雨參數(shù)
附錄B 雙偏振雷達參量
    B.1 反射率因子
    B.2 差分反射率因子
    B.3 差分傳播相移和比差分傳播相移
    B.4 協(xié)相關(guān)系數(shù)
    B.5 電磁波衰減
參考文獻
簡歷與科研成果



本文編號：3819962