ISSN 1004-4965

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太赫兹频段雷达探测的冰云微物理参数反演算法模拟研究

丁霞 黄兴友 王海涛

丁霞, 黄兴友, 王海涛. 太赫兹频段雷达探测的冰云微物理参数反演算法模拟研究[J]. 热带气象学报, 2019, 35(1): 63-72. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.006
引用本文: 丁霞, 黄兴友, 王海涛. 太赫兹频段雷达探测的冰云微物理参数反演算法模拟研究[J]. 热带气象学报, 2019, 35(1): 63-72. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.006
Xia DING, Xing-you HUANG, Hai-tao WANG. SIMULATION RESEARCH OF ICE CLOUD MICROPHYSICAL PARAMETERS RETRIEVAL WITH THZ-BAND RADAR MEASUREMENT[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2019, 35(1): 63-72. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.006
Citation: Xia DING, Xing-you HUANG, Hai-tao WANG. SIMULATION RESEARCH OF ICE CLOUD MICROPHYSICAL PARAMETERS RETRIEVAL WITH THZ-BAND RADAR MEASUREMENT[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2019, 35(1): 63-72. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.006

太赫兹频段雷达探测的冰云微物理参数反演算法模拟研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.006
基金项目: 

国家自然科学基金 41475034

上海市自然科学基金 16ZR1434900

上海市自然科学基金 17ZR1428700

上海市科学技术委员会工程技术研究中心建设立项 15DZ2250800

详细信息
    通讯作者:

    丁霞,女,湖北省人,工程师,博士,主要从事雷达数据处理和反演研究。E-mail: miragedx@sina.com

  • 中图分类号: P412.25

SIMULATION RESEARCH OF ICE CLOUD MICROPHYSICAL PARAMETERS RETRIEVAL WITH THZ-BAND RADAR MEASUREMENT

  • 摘要: 在假设冰云粒子呈球形以及粒子谱服从对数正态分布的条件下,利用离散偶极子近似法(DDA),计算出太赫兹频段(220 GHz)冰云粒子的雷达反射率因子,及其与瑞利假设下雷达反射率因子的比值。忽略衰减和多次散射的影响,根据太赫兹波段冰云的雷达反射率因子,基于最优估计理论反演冰云的微物理参数,并验证该算法的可靠性。反演结果表明,当冰云粒子大小在设定的尺度范围内时,有效粒子半径(re)的反演误差小于4%,粒子谱宽(σ)的误差小于2.5%、粒子数密度(NT)的误差小于1%,冰水含量(IWC)的误差小于5%。还分析了当NTσ为定值时,反演结果随粒子尺寸的变化情况,当冰云粒子尺寸在模拟计算设定的范围内时,re的反演误差小于0.04%,σ的反演误差小于0.02%,NT的反演误差小于0.50%,IWC的反演误差小于0.08%,如果冰云粒子大小超出模拟计算设置的范围,反演误差随着re增加而增大。该结果证明了基于最优估计理论反演得到的冰云微物理参数与模拟设定值有良好的一致性,说明该方法可应用于太赫兹频段云雷达的冰云观测及云微物理参数的反演和研究。

     

  • 图  1  雷达反射率因子(a)、实际雷达反射率因子和瑞利假设下雷达反射率因子的比值(b)

    图  2  云粒子分布

    图  3  基于最优估计理论的冰云微物理参数反演流程

    图  4  粒子有效半径re反演结果

    实线为反演值,虚线为真值。

    图  5  粒子谱分布宽度σ反演结果

    实线为反演值,虚线为真值。

    图  6  粒子数密度NT反演结果

    实线为反演值,虚线为真值。

    图  7  冰水含量IWC反演结果

    实线为反演值,虚线为真值。

    图  8  单个冰云粒子的雷达反射率因子

    表  1  太赫兹云雷达反射率因子及其粒子谱参数信息个例

    个例 ZdB/dBz re/μm IWC/(g/m3) Dg/μm σ NT/m-3
    Case1 -16.23 37.29 0.025 50 0.4 200 000
    Case2 15.63 149.18 1.578 200 0.4 200 000
    Case3 -26.23 37.29 0.002 50 0.4 20 000
    Case4 5.63 149.18 0.158 200 0.4 20 000
    Case5 -2.35 123.83 0.021 50 0.8 20 000
    Case6 20.81 495.30 1.230 200 0.8 20 000
    下载: 导出CSV

    表  2  云粒子反演结果及误差

    个例 re/μm 误差/% IWC/%C/(g/m3) 误差/% σ 误差/% NT/m-3 误差/%
    Case1 37.42 0.35 0.025 0 0.40 0 198 325.68 0.84
    Case2 148.89 0.19 1.545 4.55 0.41 2.50 200 045.21 0.02
    Case3 37.42 0.35 0.002 0 0.40 0 19 832.56 0.84
    Case4 148.89 0.19 0.155 1.12 0.41 2.50 20 004.52 0.02
    Case5 118.89 3.98 0.019 2.34 0.79 1.25 19 821.60 0.89
    Case6 451.68 8.81 1.127 42.2 0.78 2.50 19 931.80 0.34
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-12
  • 修回日期:  2018-08-18
  • 刊出日期:  2019-02-01

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