基于GPM和地基雷达的云降水微物理特性分析研究

论文摘要

基于热带测雨卫星TRMM（Tropical Rainfall Measuring Mission）的成功,美国和日本联合制定了全球降水观测（Global Precipitation Measurement）计划,该计划的主卫星GPM-CO已于2014年2月28日发射升空,目前已经在轨运行5年有余,其上搭载了全球首部星载双波长降水探测雷达（Dual-frequency Precipitation Radar,简称DPR）和多波长的微波成像仪（GPM Microwave Imager,简称GMI）,已经积累了大量的数据,并为全球降水垂直结构的研究提供了大量数据。目前国内对GPM及其产品的应用还比较少,针对GPM及其云微物理和降水反演产品与地基双偏振雷达反演产品的对比研究也较少。本文针对GPM搭载的双波长降水探测雷达、GPM产品以及降水反演算法进行了介绍;对比了DPR四种扫描模式在地表降水探测能力的不同,通过2016年7月19日和2017年7月6日北京地区有地基X波段双偏振雷达和二维雨滴谱仪（2DVD）相应观测的两次降水个例对GPMDPR探测降水能力进行了对比研究,本文对GPM的四种探测模式进行了研究,分别是Ku单频雷达扫描（KuNS）,Ka雷达匹配扫描（KaMS）,Ka雷达高灵敏度扫描（KaHS）以及双频雷达联合反演（DPRMS）,得到了以下结论:1、KaHS探测能够探测得到更多降雨强度较小的降水,主要识别降雨强度小于10mm·h-1的降水,对降雨强度小于0.4 mm·h-1的降水具有很强的识别能力;KaMS对于降雨强度小于0.4 mm·h-1的降水识别能力较差,能够识别的降水信息其降雨强度主要分布在0.4到10 mm·h-1之间,对降雨强度大于10 mm·h-1的降水识别效果同样较差;KuNS探测到的降水识别能力较强,对弱降水的识别能力要强于DPRMS和KaMS;DPRMS反演得到的降水识别能力要强于KaHS和KaMS。2、通过2017年7月6日21时5分和2016年7月19日11时56分两次降水个例的定量评估,得出地基X波段双偏振雷达与KuNS反演得到的降雨强度在0.8 mm·h-1到20 mm·h-1之间,结果对应较好,由于雷达探测精度的不同,X波段双偏振雷达得到的弱降水识别能力要强于KuNS。此外,KuNS反演得到的雨强中心与X波段双偏振雷达反演得到的雨强中心对应较好,且要强于X波段双偏振雷达反演得到的雨强中心;地基X波段双偏振雷达与KaMS反演得到的降雨强度在0.8 mm·h-1到20 mm·h-1之间,结果对应较好,KaMS反演得到的雨强略弱于X波段双偏振雷达反演得到的雨强。综上所述,KaHS对弱降水的探测能力最强,KuNS对强降水的探测能力最强,KaMS探测到的降水强度主要分布在0.4到10 mm·h-1之间,DPRMS结合了KaMS和KuNS的优势,探测能力较为理想;此外,从降水反演的角度,地基雷达估测降水与星载雷达估测降水探测到的雨强在0.8 mm·h-1到20 mm·h-1之间的探测数据对应较好,大于20 mm·h-1的探测数据对应较差,这可能是大粒子受到气流的影响发生形变,加之观测角度的不同,造成探测误差,这仍需进一步分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
•   1.1 研究的背景和意义
•   1.2 降水研究现状
•     1.2.1 TRMM PR探测降水研究进展
•     1.2.2 GPM DPR探测降水研究进展
•   1.3 研究目的及意义
• 第二章 GPM及地基观测仪器简介
•   2.1 GPM计划简介
•   2.2 DPR简介
•   2.3 地基X波段雷达及二维视频雨滴谱仪简介
•   2.4 本文数据介绍
• 第三章 GPM及地基雷达反演降水算法介绍
•   3.1 DPR的降水反演算法
•   3.2 地基雷达反演降水算法
• 第四章 星载与地基雷达探测资料对比
•   4.1 X波段雷达的衰减订正
•   4.2 卫星雷达数据匹配方法
•     4.2.1 时间匹配
•     4.2.2 空间匹配
•   4.3 反射率因子修正系数M
•   4.4 实验结果分析
•     4.4.1 地面资料验证
•     4.4.2 GPM星载雷达地表降水探测差异
•     4.4.3 GPM星载雷达与地面雷达交叉验证
•   4.5 本章小结
• 第五章 降水个例微物理特性分析
•   5.1 降水类型分类
•   5.2 微物理特性反演分析
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 论文创新点
•   6.3 存在的问题与今后的工作展望
• 参考文献
• 作者在读期间科研成果简介
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 冯启祯

导师: 姚振东,肖辉

关键词: 降水测量,波段雷达

来源: 成都信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 成都信息工程大学

分类号: P426

DOI: 10.27716/d.cnki.gcdxx.2019.000050

总页数: 51

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