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基于双高斯拟合的风廓线雷达反演雨滴谱

何越 何平 林晓萌

何越, 何平, 林晓萌. 基于双高斯拟合的风廓线雷达反演雨滴谱. 应用气象学报, 2014, 25(5): 570-580..
引用本文: 何越, 何平, 林晓萌. 基于双高斯拟合的风廓线雷达反演雨滴谱. 应用气象学报, 2014, 25(5): 570-580.
He Yue, He Ping, Lin Xiaomeng. Raindrop size distribution retrieval from wind profiler radar based on double-gaussian fitting. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(5): 570-580.
Citation: He Yue, He Ping, Lin Xiaomeng. Raindrop size distribution retrieval from wind profiler radar based on double-gaussian fitting. J Appl Meteor Sci, 2014, 25(5): 570-580.

基于双高斯拟合的风廓线雷达反演雨滴谱

资助项目: 

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY200906039

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY201306076

详细信息
    通信作者:

    何平, email: heping@cma.gov.cn

Raindrop Size Distribution Retrieval from Wind Profiler Radar Based on Double-Gaussian Fitting

  • 摘要: 在降水条件下,风廓线雷达返回信号是湍流信号和降水信号的叠加,其功率谱数据中通常会出现双峰结构。该文通过双高斯拟合方法区分大气湍流信号功率谱和降水信号功率谱,去除大气湍流对降水信号谱的影响,反演得到较为精确的雨滴谱分布。研究表明:在风廓线雷达估算雨滴谱的过程中,双高斯拟合可将两峰有效分离,利用处理后的降水谱反演得到的雨滴谱均呈指数分布。选取北京延庆地区2006年和2012年具有代表性的降水资料,对比反演得到的不同强度和不同类型降雨的雨滴谱资料显示,这种估算雨滴谱的方法可行且可靠,利用双高斯拟合将双峰分离,可以达到风廓线雷达数据质量控制的目的,对于风廓线雷达在更为复杂的天气条件下应用具有借鉴意义。
  • 图  1  双高斯拟合反演雨滴谱流程图

    Fig. 1  The flow chart of raindrop size distribution retrivals

    图  2  双峰分离及处理

    Fig. 2  The separation and treatment of double peaks

    图  3  风廓线雷达垂直波束在2006年8月25日20:45 (a) 和2012年7月21日11:05 (b) 探测的25个距离库的功率谱密度分布

    Fig. 3  The density of return signal power at 25 different heights detected by the wind profile radar vertical sounding at 2045 BT 25 Aug 2006 (a) and 1105 BT 21 Jul 2012 (b)

    图  4  2006年8月25日20:45 2670 m高度 (a) 和2012年7月21日11:05 1590 m高度 (b) 雨滴谱分布

    Fig. 4  The raindrop size distribution from wind profile radar at the height of 2670 m

    图  5  2006年8月25日21:42 (a) 和2012年4月24日03:00 (b) 北京地区雷达回波图

    Fig. 5  The radar echoes of Beijing Region at 2142 BT 25 Aug 2006 (a) and 0300 BT 24 Apr 2012 (b)

    图  6  风廓线雷达垂直波束在2006年8月25日21:42 (a) 和2012年4月24日03:00 (b) 探测的25个距离库的功率谱密度分布

    Fig. 6  The density of return signal power at 25 different heights detected by the wind profile radar vertical sounding at 2142 BT 25 Aug 2006 (a) and 0300 BT 24 Apr 2012 (b)

    图  7  2006年8月25日1350 m高度功率谱分布和双高斯拟合结果 (a) 以及雨滴谱分布 (b)

    Fig. 7  The density of return signal power and the result of double-Gauss fitting (a) and raindrop size distribution (b) at the height of 1350 m on 25 Aug 2006

    图  8  2012年4月24日1230 m高度功率谱分布和双高斯拟合结果 (a) 以及雨滴谱分布 (b)

    Fig. 8  The density of return signal power and the result of double-Gauss fitting (a) and raindrop size distribution (b) at the height of 1230 m on 24 Apr 2012

    图  9  2006年8月25日21:00 25个库双高斯拟合相关系数分布

    Fig. 9  The distribution of 25 coefficients of determination at 2100 BT 25 Aug 2006

    图  10  各个高度上λ (a) 和N0 (b) 的分布

    Fig. 10  Distributions of λ (a) and N0 (b) at different heights

    表  1  雷达参数

    Table  1  Parameters of radar

    参数 探测模式
    波长/mm 674 674
    采样频率/MHz 40 40
    脉冲宽度/μs 0.8 4
    噪声系数/dB 2 2
    谱变换数 256 512
    谱平均数 6 12
    相干积分次数 200 50
    距离库长/m 120 240
    Nyquist速度/(m·s-1) ±16.7 ±33.3
    最小速度间隔/(m·s-1) 0.13 0.13
    天线增益/dB 29 29
    发射功率/kW 7.7 7.7
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-02-28
  • 修回日期:  2014-06-13
  • 刊出日期:  2014-09-30

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