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Ka波段云雷达晴空回波垂直结构及变化特征

陶法 官莉 张雪芬 胡树贞 杨玲 马强

陶法, 官莉, 张雪芬, 等. Ka波段云雷达晴空回波垂直结构及变化特征. 应用气象学报, 2020, 31(6): 719-728. DOI: 10.11898/1001-7313.20200607.
引用本文: 陶法, 官莉, 张雪芬, 等. Ka波段云雷达晴空回波垂直结构及变化特征. 应用气象学报, 2020, 31(6): 719-728. DOI: 10.11898/1001-7313.20200607.
Tao Fa, Guan Li, Zhang Xuefen, et al. Variation and vertical structure of clear-air echo by Ka-band cloud radar. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(6): 719-728. DOI:  10.11898/1001-7313.20200607
Citation: Tao Fa, Guan Li, Zhang Xuefen, et al. Variation and vertical structure of clear-air echo by Ka-band cloud radar. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(6): 719-728. DOI:  10.11898/1001-7313.20200607

Ka波段云雷达晴空回波垂直结构及变化特征

DOI: 10.11898/1001-7313.20200607
资助项目: 

科技部重大自然灾害监测预警与防范重点专项 2017YFC1501700

国家自然科学基金重点项目 61531019

详细信息
    通信作者:

    陶法, taofa@163.com

Variation and Vertical Structure of Clear-air Echo by Ka-band Cloud Radar

  • 摘要: 利用2017—2019年中国气象局大气探测试验基地Ka波段云雷达资料,结合地面自动气象站、激光云高仪资料,从强度、速度、线性退极化比以及晴空回波高度等方面,分析晴空回波垂直结构和变化特征。基于激光和微波对粒子半径和数密度散射的差异,区分云和晴空回波。结果表明:Ka波段云雷达探测到的晴空回波在边界层主要包含层状湍流回波和点状昆虫回波,且回波顶高在3000 m以内。晴空回波强度和高度具有明显的季节和日变化特征,冬季回波顶高较低,夏季回波顶高较高,与地面气温具有很好的相关性,每年的1,2,11,12月几乎没有晴空回波,而7月和8月回波顶平均高度最高。晴空回波反射率因子为-40~-15 dBZ,其中层状湍流回波反射率因子概率密度峰值处反射率因子为-35 dBZ,点状昆虫回波反射率因子概率密度峰值处反射率因子为-30 dBZ。晴空回波垂直移动速度为-1.5~+0.5 m·s-1,整体呈下沉运动。层状湍流回波线性退极化比较点状昆虫回波稍大,一般为-10~-5 dB,点状昆虫回波线性退极化比一般为-15~-8 dB。
  • 图  1  晴空回波识别与分类流程图

    Fig. 1  The flow chart of clear-air echo identification and classification

    图  2  2017年7月27日云雷达反射率因子叠加激光云高仪云底高度

    Fig. 2  The overlay graph of the reflectivity factor of cloud radar and cloud base height of ceilometer on 27 Jul 2017

    图  3  2017年7月27日云、层状湍流回波和点状昆虫回波识别结果

    Fig. 3  Identification of cloud, layered turbulence echo and dot-like insect echo on 27 Jul 2017

    图  4  2017—2019年晴空回波顶高度与地面气温对比 (a)逐日变化,(b)逐月变化

    Fig. 4  Comparison between echo top-height and air temperature under clear-air condition (a)diurnal variation, (b)monthly variation

    图  5  2017—2019年晴空回波雷达反射率因子和垂直速度发生频次随高度变化

    Fig. 5  Frequency of clear-air echo reflectivity and velocity varying with altitude from 2017 to 2019

    图  6  2017—2019年点状昆虫回波与层状湍流回波反射率因子概率密度

    Fig. 6  Probability density function of radar reflectivity of dot-like echo and layered turbulence echo statistics from 2017 to 2019

    图  7  2017—2019年晴空回波线性退极化比概率密度随高度分布

    Fig. 7  Distribution of probability density function for linear depolarization ratio(Ldr) of clear-air echo varying with height from 2017 to 2019

    图  8  2017—2019年点状昆虫回波(填色)和层状湍流回波(等值线)线性退极化比随反射率因子概率密度分布

    Fig. 8  Variation of linear depolarization ratio(Ldr) with reflectivity factor probability density funciton for dot-like insect echo(the shaded) and layered turbulent echo(the contour) from 2017 to 2019

    表  1  云雷达性能指标

    Table  1  Performance parameters of the cloud radar

    性能名称 云雷达参数
    工作频率 34.8 GHz±200 MHz
    重复频率 4 kHz
    脉冲宽度 1 μs, 10 μs
    天线口径 1.2 m
    天线形式 卡塞格伦
    波束宽度 0.7°
    天线扫描方式 垂直天顶
    极化方式 水平、垂直极化
    距离分辨率 30 m
    时间分辨率 0.3 s
    最大探测高度 20 km
    最小可测功率 1 km处不超过-40 dBZ
    差分反射率精度 ≤0.2 dB
    线性退极化比精度 ≤0.5 dB
    速度范围 -25~+25 m·s-1
    发射峰值功率 230 W
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-08
  • 修回日期:  2020-07-28
  • 刊出日期:  2020-10-27

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