本文關(guān)鍵詞：基于雷達資料的降水云微物理參數(shù)反演及垂直結(jié)構(gòu)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：基于L波段風廓線雷達(L-WPR)和C波段調(diào)頻連續(xù)波雷達(C-FMCW),利用災(zāi)害天氣國家重點實驗室(LaSW)組織開展的2011年云南騰沖、2013年安徽定遠、2014年5-6月廣東陽江和2014年7-8月西藏那曲外場觀測試驗獲取的高時空分辨率探測數(shù)據(jù),進行新型探測系統(tǒng)的定量標校方法和返回信號譜分布處理,開展降水云的精細結(jié)構(gòu)研究和雨滴譜反演研究,獲取降水云垂直結(jié)構(gòu)、降水云的融化微物理過程和融化層下的雨滴譜分布描述。算法研究包括：①計算雷達回波強度譜密度分布及回波譜參數(shù)；②垂直探測雷達的零度層亮帶識別以及降水云分類；③回波功率譜分布反演雨滴譜分布,基于反演的雨滴譜分布進行降水云中降水微物理參數(shù)計算；④雷達回波譜參數(shù)反演雨滴譜參數(shù)。分別采用三種方法使用地面雨滴譜、雨量觀測數(shù)據(jù)與雷達反演的空中雨滴譜結(jié)果進行了比較。降水云垂直結(jié)構(gòu)分析表明孟加拉灣水汽通道上游層狀降水云是主要降水云,對流降水較少；江淮地區(qū)雨季層狀降水、混合降水和對流降水系統(tǒng)中,混合降水云是主要降水云；青藏高原那曲地區(qū)主要是對流云降水,發(fā)展深厚的對流降水云高度接近對流層頂部,生命史為幾分鐘-十幾分鐘的局地弱對流云連續(xù)出現(xiàn),多層云結(jié)構(gòu)明顯。融化層回波強度變化主要受到折射指數(shù)改變、粒子下降速度變化和冰相粒子形狀改變造成散射截面變化的共同影響。零度層融化帶的分區(qū)分析表明融化層上半部表現(xiàn)為冰相粒子的融化和表層融化,下半部是粒子數(shù)濃度、粒徑、形狀、密度等變化引起了回波強度的快速減小。雨滴譜分布及變化在層狀降水云中也存在差異,對雨滴譜分布進行模型擬合,gamma模型擬合率為0.92,優(yōu)于M-P的0.83；兩種模型的平均截斷參數(shù)、斜率參數(shù)接近,隨高度增加斜率參數(shù)逐漸增大。本文較為完整地從雷達系統(tǒng)、反演算法、數(shù)據(jù)處理及分析等幾個方面開展降水云垂直結(jié)構(gòu)與降水微物理參數(shù)研究,數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象并揭示和解釋了降水云中的一些微物理過程,還需要開展更多研究并對數(shù)據(jù)進行深入分析。
【關(guān)鍵詞】：垂直探測雷達 降水云垂直結(jié)構(gòu) 雨滴譜反演 亮帶 融化微物理過程
【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】：2015
【分類號】：P412.25;P426.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 引言10-20
• 1.1 研究背景、目的和意義10
• 1.2 地基垂直探測雷達系統(tǒng)10-12
• 1.3 降水云垂直探測研究進展12-18
• 1.3.1 國內(nèi)外觀測試驗進展12-15
• 1.3.2 降水云垂直結(jié)構(gòu)研究進展15-16
• 1.3.3 融化層中微物理過程研究進展16
• 1.3.4 雨滴譜反演研究進展16-18
• 1.4 論文研究選題18-20
• 第二章 雷達系統(tǒng)及綜合觀測試驗20-35
• 2.1 風廓線雷達探測降水云原理21-24
• 2.2 新研制調(diào)頻連續(xù)波天氣雷達概況24-29
• 2.2.1 FMCW雷達探測能力及技術(shù)優(yōu)勢24-25
• 2.2.2 C-FCMW雷達探測原理及信號處理方法25-27
• 2.2.3 C-FMCW雷達系統(tǒng)構(gòu)成及研制技術(shù)難點27-29
• 2.3 開展的雷達系統(tǒng)聯(lián)合觀測試驗29-33
• 2.3.1 L-WPR雷達開展的觀測試驗30-31
• 2.3.2 C-FMCW雷達開展的觀測試驗31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 第三章 雷達系統(tǒng)定量標校技術(shù)35-53
• 3.1 風廓線雷達定量標校技術(shù)35-42
• 3.1.1 標準信號源絕對定標技術(shù)35-36
• 3.1.2 定量標校流程及實施36-39
• 3.1.3 數(shù)據(jù)比對試驗39-42
• 3.2 C-FMCW雷達標校技術(shù)42-51
• 3.2.1 定量標校技術(shù)難點42-44
• 3.2.2 定量標校流程實施44-45
• 3.2.3 譜參數(shù)計算方法45-46
• 3.2.4 空間代表性分析46-48
• 3.2.5 數(shù)據(jù)比對試驗48-51
• 3.3 本章小結(jié)51-53
• 第四章 數(shù)據(jù)處理及反演算法53-70
• 4.1 回波強度譜密度分布53-55
• 4.1.1 回波強度譜密度分布定義53-54
• 4.1.2 回波譜參數(shù)計算54-55
• 4.2 零度層亮帶識別算法55-57
• 4.2.1 零度層亮帶結(jié)構(gòu)模型55-56
• 4.2.2 零度層亮帶識別流程56-57
• 4.3 雨滴譜分布反演算法研究57-66
• 4.3.1 雷達探測信號功率譜密度分布58-59
• 4.3.2 大氣垂直運動譜分布提取59-61
• 4.3.3 靜止大氣下的降水粒子譜分布分離61-64
• 4.3.4 降水粒子下降速度譜反演雨滴譜64-65
• 4.3.5 雨滴譜分布模型的建立65-66
• 4.3.6 雨滴譜分布計算降水參數(shù)66
• 4.4 回波譜參數(shù)反演雨滴譜參數(shù)66-68
• 4.5 本章小結(jié)68-70
• 第五章 降水云體垂直結(jié)構(gòu)研究70-98
• 5.1 降水云垂直探測分類及數(shù)據(jù)處理70-72
• 5.1.1 降水云的垂直探測分類方法70-71
• 5.1.2 概率分布CFADs方法71-72
• 5.2 青藏高原東南邊緣降水云垂直結(jié)構(gòu)72-79
• 5.2.1 L-WPR雷達數(shù)據(jù)處理72-73
• 5.2.2 降水云分類73-77
• 5.2.3 降水云垂直結(jié)構(gòu)特征分析77-79
• 5.3 C-FMCW雷達探測江淮梅雨鋒降水79-90
• 5.3.1 C-FMCW雷達數(shù)據(jù)處理79-80
• 5.3.2 降水云分類處理80-87
• 5.3.3 提取三類降水云的亮帶特征87-90
• 5.4 青藏高原主體降水云垂直結(jié)構(gòu)特征90-96
• 5.4.1 設(shè)備與背景91-93
• 5.4.2 C-FMCW雷達探測降水云的典型特征93-96
• 5.5 本章小結(jié)96-98
• 第六章 層狀降水云融化微物理過程98-113
• 6.1 零度層亮帶中融化微物理過程98-99
• 6.2 垂直探測雷達探測零度層亮帶99-103
• 6.2.1 亮度層亮帶結(jié)構(gòu)99-100
• 6.2.2 零度層亮帶附近譜參數(shù)特征100-103
• 6.3 亮帶回波強度譜密度分布特征103-105
• 6.3.1 回波強度譜密度分布展寬103-104
• 6.3.2 譜密度分布中的微物理過程104-105
• 6.4 垂直指向雷達融化層的探測研究105-111
• 6.4.1 亮帶厚度與雷達回波強度105-106
• 6.4.2 亮帶中的融化微物理過程106-111
• 6.5 本章小結(jié)111-113
• 第七章 層狀降水云雨滴譜反演試驗113-139
• 7.1 L-WPR雨滴譜分布反演113-121
• 7.1.1 雷達回波譜參數(shù)分析114-115
• 7.1.2 降水云雨滴譜分布特征115-116
• 7.1.3 雨滴譜參數(shù)時空演變特征116-121
• 7.2 C-FMCW雷達雨滴譜反演121-130
• 7.2.1 雷達回波譜密度分布反演雨滴譜分布121-127
• 7.2.2 空中與地面雨滴譜聯(lián)合分析127-130
• 7.3 雷達回波譜參數(shù)估算雨滴譜參數(shù)130-137
• 7.3.1 算法檢驗130-134
• 7.3.2 個例試驗134-137
• 7.5 本章小結(jié)137-139
• 第八章 全文總結(jié)與討論139-145
• 8.1 總結(jié)139-142
• 8.2 技術(shù)難點及創(chuàng)新點142-144
• 8.3 問題和未來工作計劃144-145
• 參考文獻145-150
• 致謝150-152
• 個人簡介152-154

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