利用毫米波云雷达数据反演云微物理参数和云内湍流耗散率的研究

发布时间：2021-02-12 23:12

　　云是影响天气和降水的关键因子,对云的微物理参数（有效半径、数量浓度等）和宏观参数（云高、云厚）进行探测是深入研究云物理过程和云辐射效应的基础。论文主要利用地基毫米波雷达进行云参数及云内湍流特性的探测和反演。根据云雷达回波的功率谱数据,反演出大气垂直运动速度和云微物理参数,并进一步研究和分析云内空气垂直运动与云微物理参数、反射率因子、多普勒速度、速度谱宽变化的关系,估算和分析云内湍流耗散率ε的大小和分布情况,对反演湍流耗散率的相对误差进行评估,结果分析如下:（1）粒子有效半径随着上升气流的增强而增大,云滴粒子通过碰并作用增长,粒子数浓度则呈现减小趋势;液态水含量的分布与反射率因子的分布较为吻合。随着上升气流的增强,云粒子的下沉运动相应减小,速度谱宽也有所增大。（2）云内湍流耗散率ε量级一般浮动在10-10～100m2/s3,在靠近云的顶部或者底部,湍流耗散率的数值往往较大。若是云层较薄,云内湍流耗散率可能分布较为均匀,一般卷云的湍流耗散率数值较小,云内湍流活动较弱。对于弱降水云,在降水前,云内湍流强度迅速增强,在降水过程中,云内湍流强度也一直很强,后期云内湍流会逐渐减弱。（3）多普勒速度... 

【文章来源】：南京信息工程大学江苏省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图３．２功率谱数据处理示意图??３．２．２利用空气垂直运动速度反演层状云微物理参数??

选取２０１６年８月８日２２：１３？２３：４３?（北京时）Ｋａ波段毫米波雷达探测的高层云回??波资料，反演云微物理参数，并进行研究和分析。该时段云层较厚，云顶高度大约在??８？９ｋｍ，云底高度大约在５？６ｋｍ。从图３．３中可以看出，云体的反射率因子最小在－］８ｄＢＺ，??最大在１０ｄＢＺ左右。多普勒速度范围为－２ｍ／ｓ？０．５ｍ／ｓ，主要为下沉运动，速度谱宽范围??在０．０５ｍ／ｓ？０．７ｍ／ｓ。反射率因子、多普勒速度和谱宽数值均较大，云内主要是液态小云??滴。功率谱数据用于反演空气垂直运动速度和云微物理参数。??２２：１３?２２：３１?２２：４９?２３：０７?２３：２５?２３：４３??Ｔｉｍｅ??图３．３?２０１６年８月８日２２：丨３￣２３：４３?（北京时）观测的云回波情况ａ．反射率因子；ｂ？多普??勒速度（下沉为负，上升为正，下同）；ｃ．速度谱宽??】７??

?３．３．１．１层云微物理参数和空气垂直运动速度的反演??图３．４为云层内空气垂直运动速度、粒子有效半径、液态水含量、粒子数浓度的反??演结果。图３．４?（ａ）是通过功率谱数据估算的空气垂直运动速度，云内既有上升也有下??沉运动，范围在－０．６ｍ／ｓ￣２ｍ／ｓ，在较强上升气流（＞０．８ｍ／ｓ）集中的地方，云顶高度有所??增加，云体变厚，较弱的上升气流对云顶高度变化的影响并不大，这只是比较微弱的关??系，与Ｓｈｕｐｅ等Ｗ的研究结果一致；粒子有效半径主要分布在２〇ｎｍ？９０ｐｍ。大粒子区对??应较强的回波，说明粒子大小是影响回波强度的主要因素。在云内垂直上升气流较大的??区域，往往对应粒子尺度也大，如果较强上升气流区的上部存在下沉气流，则云滴粒子??在反复抬升和降落过程中，可能逐渐增长，如在２２：１３？２２：４９时段。８ｋｍ高度处的垂直??上升气流较强


本文编号：3031573