CINRAD/SA天气雷达与TRMM PR探测数据的一致性对比研究

摘要

地基雷达的组网探测，能够有效地扩大对天气系统的覆盖范围，加强对中尺度灾害性天气的研究，目前已经成为天气系统监测和预警的重要手段。为了提升雷达组网中各部地基雷达之间的回波强度的一致性，本文以稳定运行多年的热带降水测量卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission，TRMM)上搭载的测雨雷达(Precipitation Radar，PR)为参照，通过对比单站地基雷达与TRMMPR的回波差异，分析单站地基雷达多年运行的稳定性和不同地基雷达之间的回波差异。基于以上的差异性分析，分别对单站地基雷达数据进行订正，从而提升单站地基雷达与TRMM PR的一致性以及地基雷达之间的一致性。
　　本文运用“几何匹配法”分别处理了南京雷达以及常州雷达与TRMM PR的反射率因子值，统计了2003-2014年南京共476个有效匹配时次、393689个有效匹配点以及2009-2014年常州共266个有效匹配时次、230175个有效匹配点。结果表明，单站地基雷达与TRMM PR探测降水具有良好的一致性，两种雷达匹配的区域集中在零度层亮带和亮度层下且匹配点的回波主要为中弱回波。在零度层亮带以下，多年运行的单站地基雷达具有一定的运行不稳定情况，回波强度随时间变化明显，存在分时间段特征。南京雷达可分为5个时间段，常州雷达可分为4个时间段，每个时段内地基雷达回波整体保持相对的稳定，而时段之间的整体的回波强度差异明显，时段之间的回波强度差异为2-3dB。
　　TRMM PR与地基雷达的回波强度差值随回波强度呈线性关系，在中低值回波时TRMMPR比地基雷达大，在高值回波时地基雷达比TRMM PR大。分别拟合TR删PR和单站地基雷达在每个时段内的反射率因子值的关系，对单站地基雷达分段的反射率因子值先后进行Mie散射效应订正和线性订正，有效地改善了单站地基雷达多年运行的稳定性。订正后时段之间的回波差异减小到0.4dB以内，全样本时次的TRMM PR和地基雷达差值的标准差从订正前的2dB下降到订正后的1.2dB。
　　利用2009-2014年TRMM同时飞过南京雷达和常州雷达上空的153个有效匹配时次。对比南京雷达与常州雷达的回波强度，发现两部地基雷达的回波强度差异明显且随时间变化，回波差异可达7dB，两部雷达的回波在CAPPI上的拼图不连续。以TRMM PR为标准，分别对两部地基雷达进行分段订正，订正后地基雷达之间的回波差异显著减小，雷达拼图的回波一致性改善。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 地基雷达与TRMM PR标定匹配进展

1．2．2 地基雷达与TRMM PR对比在中国的研究进展

1．3 本文的研究目的和研究内容

第二章 资料与匹配算法介绍

2．1 地基雷达

2．2 TRMM PR

2．3 几何匹配法

2．3．1 空间匹配

2．3．2 时间匹配

2．4 本章小结

第三章 地基雷达与TRMM PR匹配数据差异统计分析

3．1 全样本时次统计分析

3．1．1 反射率因子值廓线对比分析

3．1．2 反射率因子值大小分布

3．1．3 一致性分析

3．1．4 稳定性分析

3．2 分段样本时次统计分析

3．2．1 样本分段

3．2．2 反射率因子差分布特征

3．4 本章小结

第四章 地基雷达反射率因子订正

4．1 Mie散射效应订正

4．1．1 Mie散射理论

4．1．2 订正效果评估

4．2 线性订正

4．2．1 分段拟合

4．2．2 订正效果评估

4．3 地基雷达个例订正分析

4．4 本章小结

第五章 基于TRMM PR订正的两部地基雷达回波差异分析

5．1 南京雷达与常州雷达回波差异分析

5．2 南京雷达与常州雷达回波拼图个例

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究内容与总结

6．2 创新点

6．3 不足与展望

参考文献

作者介绍

致谢