利用雨滴谱对移动双偏振雷达进行质量控制及降水估测
发布时间：2023-01-28 10:34
基于T-Matrix对C波段双偏振雷达参数反演,本文首先拟合了江淮地区双偏振雷达ZH,ZDR,KDP等参数之间的关系,衰减系数以及滴谱结构特征。通过对数据进行分析,分析了影响双偏振雷达数据的主要参数,并且给出了对各种参数进行质量控制的方法。使用FIR迭代滤波,对ΦDP数据进行了滤波,得到KDP参数。结合江淮地区雨滴谱散射模拟的结果,提出了使用MKDP方法对ZH,ZDR进行衰减订正。另外,针对车载双偏振雷达的特点,分析了近距离遮挡物对各个双偏振参数的影响。最后,对2013年江淮地区一次梅雨过程进行了滴谱分析,使用Z-R,R-KDP,R-ZH-ZDR,R-KDP-ZDR四种方法进行了降水估测,并对误差进行了分析。论文的主要研究内容和研究成果如下：1)通过雨滴谱观测数据,使用T-Matrix方法能很好的对C波段双偏振雷达参数进行模拟。通过模拟得到的各种参数的相关性较高,并且,结合模拟结果,可以得到u-A曲线,配合观测得到的双偏振参数,可以实现滴谱Gamma分布的参数反演。2)在双偏振雷达质量控制中,采样点数M,信噪比SNR,相关系数ρHV是影响双偏振参数质量的重要因素。研究结果表明,只有SN...
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 选题的目的和意义
1.2 主要偏振参量物理意义
1.3 使用雨滴谱数据对雷达参数进行反演研究进展
1.4 雷达标定研究进展
1.5 遮挡分析研究进展
1.6 衰减订正研究进展
1.7 降水估测
1.8 论文研究的目的,内容和技术路线
1.8.1 论文研究目的
1.8.2 论文研究内容
1.8.3 论文研究的技术路线
第二章 雨滴谱参数及双偏振雷达参数反演
2.1 观测仪器介绍
2.2 主要雨滴谱参数
2.2.1 N(D)
2.2.2 D_(MAX) D_(PEAK) D_(AVG)
2.2.3 D_O
2.2.4 D_M
2.2.5 降水率R以及液态水含量W
2.3 雨滴谱分布模拟方法
2.3.1 M-P分布及Gamma分布
2.3.2 Gamma分布参数的求解
2.4 利用雨滴谱数据进行双偏振雷达观测参数
2.4.1 瑞利散射条件下,Z_H、Z_(DR)、K_(DP)定义
2.4.2 T矩阵法计算双偏振参数
2.4.2.1 反射率因子Z_H、Z_(DR)
2.4.2.2 K_(DP)
2.4.2.3 衰减因子A_(HH)、A_(DP)
2.4.3 轴比关系r的确定
2.4.4 瑞利散射与T-Matrix模拟双偏振参数的结果比较
2.5 利用雷达参数反演滴谱结构
2.6 数据分析
2.6.1 数据来源
2.6.2 数据质量控制
2.6.3 反演结果
2.6.3.1 Z_H与Z_(DR)和K_(DP)的关系
2.6.3.2 Z_H-Z_(DR),Z_H-K_(DP)曲线
2.6.3.3 江淮地区Z_H,Z_(DR)订正系数
2.6.3.4 江淮地区C波段双偏振雷达降水估测公式
2.6.3.4.1 R-K_(DP)方法
2.6.3.4.2 R-Z_H-Z_(DR)方法
2.6.3.4.3 R-K_(DP)-Z_(DR)方法
2.6.3.5 u-∧拟合
2.6.3.6 Z_(DR)-∧,∧-10log(Z_H/N_O)与∧-10log(K_(DP)/N_O)曲线
2.7 小结
第三章 双发双收模式(SHV)下影响双偏振参数的误差分析及质量控制方法
3.1 影响双偏振参数的主要原因分析
3.1.1 采样点个数M对双偏振参数的影响
3.1.1.1 采样个数M对Z_(DR)的影响
3.1.1.2 采样个数M对Φ_(DP)的影响
3.1.1.3 采样点M对ρ_(HV)的影响
3.1.2 信噪比SNR对双偏振参数的影响分析
3.1.2.1 SNR对Z_(DR)影响分析
3.1.2.2 SNR对Φ_(DP)的影响
3.1.2.3 SNR对ρ_(HV)的影响
3.1.3 ρ_(HV)附对双偏振参数的影响
3.1.3.1 ρ_(HV)对Z_(DR)的影响
3.1.3.2 ρ_(HV)对Φ_(DP)的影响
3.1.4 近距离双偏振参数异常
3.2 双偏振数据参数质量控制
3.2.1 Z_(DR)数据数据质量控制
3.2.1.1 使用出厂测试数据获取基本Z_(DR)-SNR曲线图
3.2.1.2 使用弱降水获取Z_(DR)随信噪比变化曲线图及订正曲线拟合
3.2.1.3 使用天顶扫描数据验证SNR-Z_(DR)曲线订正效果
3.2.1.4 Z_(DR)数据平滑
3.2.2 Φ_(DP)数据的质量控制
3.2.3 ρ_(HV)产品的误差订正
3.3 不同站点以及不同时期的双偏振参数变化
3.3.1 同一体扫不同角度各种双偏振参数变化
3.3.2 同一次观测过程双偏振参数的变化情况
3.3.3 同一阵地不同观测时段对双偏振参数的影响
3.3.4 不同阵地双偏振参数变化情况
3.4 小结
第四章 Φ_(DP)参数的处理以及K_(DP)的求取
4.1 引言
4.2 Φ_(DP)与K_(DP)的基本概念
4.3 影响中Φ_(DP)参数的主要原因
4.4 Φ_(DP)的模糊处理
4.5 Φ_(DP)数据可用点判断以及处理
4.6 Φ_(DP)的滤波处理
4.6.1 FIR滤波
4.6.2 不同阶数的FIR滤波效果
4.6.3 迭代滤波
4.7 Φ_(CP)滤波处理流程
4.8 K_(DP)计算
4.9 小结
第五章 双偏振雷达的衰减订正
5.1 主要订正方法
5.1.1 HB解析订正法
5.1.2 K_(DP)方法
5.2 不同雨滴分类以及衰减系数a,b的求取
5.2.1 使用雨滴谱数据对雨滴分类拟合不同类型雨滴系数a,b
5.2.2 使用雷达观测数据分类的雨滴进行匹配
5.3 数据预处理
5.4 订正算法流程
5.5 不同降水过程的雨滴分类以及订正效果分析
5.6 各种不同订正方法效果评估
5.6.1 两个雷达位置分布
5.6.2 两个雷达固定反射率偏差计算
5.6.3 不同订正方法比较
5.6.4 Z_H-Z_(DR)曲线分布图
5.7 本章小结
第六章 遮挡对双偏振雷达的影响
6.1 引言
6.2 数据与方法
6.2.1 雷达车附近的地形分布
6.2.2 附近的地物分布情况
6.2.3 观测数据选择
6.3 主要雷达参数受遮挡影响情况
6.3.1 反射率因子Z_H
6.3.2 差分反射率因子Z_(DR)
6.3.3 Φ_(DP)(K_(DP))
6.3.4 ρ_(HV)
6.4 订正方法
6.4.1 差分反射率因子Z_(DR)订正方法
6.4.2 反射率因子订正方法
6.4.3 Φ_(DP)订正方法
6.5 结论与讨论
第七章 双偏振雷达估测降水
7.1 各种双偏振系数与降水之间R的关系
7.1.1 反射率因子Z_H
7.1.2 前向差传相移D_(DP)
7.1.3 差分反射率Z_(DR)
7.2 各种估算降水方法介绍
7.2.1 R(Z)关系法
7.2.2 R(K_(DP)法
7.2.3 R(Z_(DR),Z_H)法
7.2.4 R(Z_(DR),K_(DP))方法
7.3 降水过程天气背景及滴谱结构分析
7.3.1 天气形势分析
7.3.2 雨滴谱演变特征
7.3.3 降雨微结构特征参数
7.3.4 降水粒子各尺度档对雨强的贡献
7.3.5 分雨强情况的雨滴谱分布
7.4 降水估测结果分析
7.4.1 资料选取
7.4.2 数据质量控制
7.4.3 数据评估
7.4.3.1 评估方法
7.4.3.2 R(Z)方法
7.4.3.3 R(K_(DP))方法
7.4.3.4 R(Z_(DR),Z_H)方法
7.4.3.5 R(Z_(DR),K_(DP))方法
7.4.3.6 不同时间间隔误差评估
7.5 本章小结
第八章 总结与讨论
8.1 总结
8.1.1 雨滴谱参数及双偏振参数的反演
8.1.2 双发双收模式(SHV)下影响双偏振参数的误差分析及质量控制方法
8.1.3 Φ_(DP)参数的处理以及K_(DP)的求取
8.1.4 双偏振雷达的衰减订正
8.1.5 偏振雷达遮挡分析
8.1.6 双偏振雷达估测降水
8.2 论文特色和创新点
8.3 存在的问题和未来的研究方向
参考文献
致谢
个人简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]C波段双线偏振多普勒雷达资料质量分析[J]. 杜牧云,刘黎平,胡志群,杨川. 暴雨灾害. 2011(04)
[2]影响双线偏振雷达相位探测精度的分析[J]. 曹俊武,胡志群,陈晓辉,方文贵,屈凯峰. 高原气象. 2011(03)
[3]C、X波段双线偏振多普勒雷达资料质量分析[J]. 徐坤,谢明元,刘黎平,丛芳. 成都信息工程学院学报. 2009(04)
[4]降水粒子空间取向对双线偏振雷达观测影响模拟研究[J]. 胡志群,刘黎平,肖艳姣. 应用气象学报. 2008(03)
[5]X波段双线偏振雷达不同衰减订正方法对比及其对降水估测影响研究[J]. 胡志群,刘黎平,楚荣忠,金荣花. 气象学报. 2008(02)
[6]双线偏振雷达判别降水粒子类型技术及其检验[J]. 曹俊武,刘黎平. 高原气象. 2007(01)
[7]多普勒雷达估算降水和反演风在不同初值方案下对降水预报影响的数值研究[J]. 王叶红,赵玉春,崔春光. 气象学报. 2006(04)
[8]双线偏振多普勒天气雷达识别冰雹区方法研究[J]. 曹俊武,刘黎平. 气象. 2006(06)
[9]3836C波段双线偏振多普勒雷达及其在一次降水过程中的应用研究[J]. 曹俊武,刘黎平,陈晓辉,陈刚. 应用气象学报. 2006(02)
[10]模糊逻辑法在双线偏振雷达识别降水粒子相态中的研究[J]. 曹俊武,刘黎平,葛润生. 大气科学. 2005(05)
本文编号：3732499
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 选题的目的和意义
1.2 主要偏振参量物理意义
1.3 使用雨滴谱数据对雷达参数进行反演研究进展
1.4 雷达标定研究进展
1.5 遮挡分析研究进展
1.6 衰减订正研究进展
1.7 降水估测
1.8 论文研究的目的,内容和技术路线
1.8.1 论文研究目的
1.8.2 论文研究内容
1.8.3 论文研究的技术路线
第二章 雨滴谱参数及双偏振雷达参数反演
2.1 观测仪器介绍
2.2 主要雨滴谱参数
2.2.1 N(D)
2.2.2 D_(MAX) D_(PEAK) D_(AVG)
2.2.3 D_O
2.2.4 D_M
2.2.5 降水率R以及液态水含量W
2.3 雨滴谱分布模拟方法
2.3.1 M-P分布及Gamma分布
2.3.2 Gamma分布参数的求解
2.4 利用雨滴谱数据进行双偏振雷达观测参数
2.4.1 瑞利散射条件下,Z_H、Z_(DR)、K_(DP)定义
2.4.2 T矩阵法计算双偏振参数
2.4.2.1 反射率因子Z_H、Z_(DR)
2.4.2.2 K_(DP)
2.4.2.3 衰减因子A_(HH)、A_(DP)
2.4.3 轴比关系r的确定
2.4.4 瑞利散射与T-Matrix模拟双偏振参数的结果比较
2.5 利用雷达参数反演滴谱结构
2.6 数据分析
2.6.1 数据来源
2.6.2 数据质量控制
2.6.3 反演结果
2.6.3.1 Z_H与Z_(DR)和K_(DP)的关系
2.6.3.2 Z_H-Z_(DR),Z_H-K_(DP)曲线
2.6.3.3 江淮地区Z_H,Z_(DR)订正系数
2.6.3.4 江淮地区C波段双偏振雷达降水估测公式
2.6.3.4.1 R-K_(DP)方法
2.6.3.4.2 R-Z_H-Z_(DR)方法
2.6.3.4.3 R-K_(DP)-Z_(DR)方法
2.6.3.5 u-∧拟合
2.6.3.6 Z_(DR)-∧,∧-10log(Z_H/N_O)与∧-10log(K_(DP)/N_O)曲线
2.7 小结
第三章 双发双收模式(SHV)下影响双偏振参数的误差分析及质量控制方法
3.1 影响双偏振参数的主要原因分析
3.1.1 采样点个数M对双偏振参数的影响
3.1.1.1 采样个数M对Z_(DR)的影响
3.1.1.2 采样个数M对Φ_(DP)的影响
3.1.1.3 采样点M对ρ_(HV)的影响
3.1.2 信噪比SNR对双偏振参数的影响分析
3.1.2.1 SNR对Z_(DR)影响分析
3.1.2.2 SNR对Φ_(DP)的影响
3.1.2.3 SNR对ρ_(HV)的影响
3.1.3 ρ_(HV)附对双偏振参数的影响
3.1.3.1 ρ_(HV)对Z_(DR)的影响
3.1.3.2 ρ_(HV)对Φ_(DP)的影响
3.1.4 近距离双偏振参数异常
3.2 双偏振数据参数质量控制
3.2.1 Z_(DR)数据数据质量控制
3.2.1.1 使用出厂测试数据获取基本Z_(DR)-SNR曲线图
3.2.1.2 使用弱降水获取Z_(DR)随信噪比变化曲线图及订正曲线拟合
3.2.1.3 使用天顶扫描数据验证SNR-Z_(DR)曲线订正效果
3.2.1.4 Z_(DR)数据平滑
3.2.2 Φ_(DP)数据的质量控制
3.2.3 ρ_(HV)产品的误差订正
3.3 不同站点以及不同时期的双偏振参数变化
3.3.1 同一体扫不同角度各种双偏振参数变化
3.3.2 同一次观测过程双偏振参数的变化情况
3.3.3 同一阵地不同观测时段对双偏振参数的影响
3.3.4 不同阵地双偏振参数变化情况
3.4 小结
第四章 Φ_(DP)参数的处理以及K_(DP)的求取
4.1 引言
4.2 Φ_(DP)与K_(DP)的基本概念
4.3 影响中Φ_(DP)参数的主要原因
4.4 Φ_(DP)的模糊处理
4.5 Φ_(DP)数据可用点判断以及处理
4.6 Φ_(DP)的滤波处理
4.6.1 FIR滤波
4.6.2 不同阶数的FIR滤波效果
4.6.3 迭代滤波
4.7 Φ_(CP)滤波处理流程
4.8 K_(DP)计算
4.9 小结
第五章 双偏振雷达的衰减订正
5.1 主要订正方法
5.1.1 HB解析订正法
5.1.2 K_(DP)方法
5.2 不同雨滴分类以及衰减系数a,b的求取
5.2.1 使用雨滴谱数据对雨滴分类拟合不同类型雨滴系数a,b
5.2.2 使用雷达观测数据分类的雨滴进行匹配
5.3 数据预处理
5.4 订正算法流程
5.5 不同降水过程的雨滴分类以及订正效果分析
5.6 各种不同订正方法效果评估
5.6.1 两个雷达位置分布
5.6.2 两个雷达固定反射率偏差计算
5.6.3 不同订正方法比较
5.6.4 Z_H-Z_(DR)曲线分布图
5.7 本章小结
第六章 遮挡对双偏振雷达的影响
6.1 引言
6.2 数据与方法
6.2.1 雷达车附近的地形分布
6.2.2 附近的地物分布情况
6.2.3 观测数据选择
6.3 主要雷达参数受遮挡影响情况
6.3.1 反射率因子Z_H
6.3.2 差分反射率因子Z_(DR)
6.3.3 Φ_(DP)(K_(DP))
6.3.4 ρ_(HV)
6.4 订正方法
6.4.1 差分反射率因子Z_(DR)订正方法
6.4.2 反射率因子订正方法
6.4.3 Φ_(DP)订正方法
6.5 结论与讨论
第七章 双偏振雷达估测降水
7.1 各种双偏振系数与降水之间R的关系
7.1.1 反射率因子Z_H
7.1.2 前向差传相移D_(DP)
7.1.3 差分反射率Z_(DR)
7.2 各种估算降水方法介绍
7.2.1 R(Z)关系法
7.2.2 R(K_(DP)法
7.2.3 R(Z_(DR),Z_H)法
7.2.4 R(Z_(DR),K_(DP))方法
7.3 降水过程天气背景及滴谱结构分析
7.3.1 天气形势分析
7.3.2 雨滴谱演变特征
7.3.3 降雨微结构特征参数
7.3.4 降水粒子各尺度档对雨强的贡献
7.3.5 分雨强情况的雨滴谱分布
7.4 降水估测结果分析
7.4.1 资料选取
7.4.2 数据质量控制
7.4.3 数据评估
7.4.3.1 评估方法
7.4.3.2 R(Z)方法
7.4.3.3 R(K_(DP))方法
7.4.3.4 R(Z_(DR),Z_H)方法
7.4.3.5 R(Z_(DR),K_(DP))方法
7.4.3.6 不同时间间隔误差评估
7.5 本章小结
第八章 总结与讨论
8.1 总结
8.1.1 雨滴谱参数及双偏振参数的反演
8.1.2 双发双收模式(SHV)下影响双偏振参数的误差分析及质量控制方法
8.1.3 Φ_(DP)参数的处理以及K_(DP)的求取
8.1.4 双偏振雷达的衰减订正
8.1.5 偏振雷达遮挡分析
8.1.6 双偏振雷达估测降水
8.2 论文特色和创新点
8.3 存在的问题和未来的研究方向
参考文献
致谢
个人简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]C波段双线偏振多普勒雷达资料质量分析[J]. 杜牧云,刘黎平,胡志群,杨川. 暴雨灾害. 2011(04)
[2]影响双线偏振雷达相位探测精度的分析[J]. 曹俊武,胡志群,陈晓辉,方文贵,屈凯峰. 高原气象. 2011(03)
[3]C、X波段双线偏振多普勒雷达资料质量分析[J]. 徐坤,谢明元,刘黎平,丛芳. 成都信息工程学院学报. 2009(04)
[4]降水粒子空间取向对双线偏振雷达观测影响模拟研究[J]. 胡志群,刘黎平,肖艳姣. 应用气象学报. 2008(03)
[5]X波段双线偏振雷达不同衰减订正方法对比及其对降水估测影响研究[J]. 胡志群,刘黎平,楚荣忠,金荣花. 气象学报. 2008(02)
[6]双线偏振雷达判别降水粒子类型技术及其检验[J]. 曹俊武,刘黎平. 高原气象. 2007(01)
[7]多普勒雷达估算降水和反演风在不同初值方案下对降水预报影响的数值研究[J]. 王叶红,赵玉春,崔春光. 气象学报. 2006(04)
[8]双线偏振多普勒天气雷达识别冰雹区方法研究[J]. 曹俊武,刘黎平. 气象. 2006(06)
[9]3836C波段双线偏振多普勒雷达及其在一次降水过程中的应用研究[J]. 曹俊武,刘黎平,陈晓辉,陈刚. 应用气象学报. 2006(02)
[10]模糊逻辑法在双线偏振雷达识别降水粒子相态中的研究[J]. 曹俊武,刘黎平,葛润生. 大气科学. 2005(05)
本文编号：3732499
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