广州X波段双偏振相控阵天气雷达数据质量初步分析及应用

张羽; 吴少峰; 李浩文; 胡东明; 黄辉; 傅佩玲; 田聪聪

doi:10.16032/j.issn.1004-4965.2022.003

广州X波段双偏振相控阵天气雷达数据质量初步分析及应用

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2022.003

1.
广州市气象台，广东广州 511430
2.
广东省气象台，广东广州 510641
3.
广东纳睿雷达科技股份有限公司，广东珠海 519000

基金项目:

广东省重点领域研发计划 2020B1111200001

国家自然科学基金项目 41705020

广州市科技计划项目 202103000030

广东省气象局科技项目 GRMC2020Z08

雷达应用及强对流短临预警技术创新团队 GRMCTD202002

详细信息

通讯作者:
吴少峰，男，广东省人，高级工程师，从事大气探测技术及应用开发。E-mail：156724187@qq.com

中图分类号: P413
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出版历程
- 收稿日期: 2020-10-21
- 修回日期: 2021-11-18
- 网络出版日期: 2022-04-12
- 刊出日期: 2022-02-20

DATA QUALITY ANALYSIS AND APPLICATION OF GUANGZHOU X-BAND DUALPOLARIZATION PHASED ARRAY RADARS

1.
Guangzhou Meteorological Observatory, Guangzhou 511430, China
2.
Guangdong Meteorological Observatory, Guangzhou 510641, China
3.
Guangdong Naruida Technology Co., Ltd., Zhuhai 519000, China

摘要

摘要: 为提高X波段双偏振相控阵雷达(XPAR-D)数据质量，采用自适应约束订正方法对反射率因子Z_H、差分反射率因子Z_DR进行质量控制；利用广州S波段双偏振雷达(CINRAD/SAD)和地面二维雨滴谱观测对XPAR-D雷达的数据质量进行分析，结果表明XPAR-D雷达与CINRAD/SAD雷达的回波强度基本一致，由于XPAR-D雷达灵敏度较低，导致对弱回波的探测能力低于CINRAD/SAD雷达。将XPAR-D雷达测量的反射率因子Z_H与雨滴谱仪反演的Z_H对比，两者相变化趋势基本一致；XPAR-D雷达差分反射率Z_DR、差分相移率K_DP与Z_H的一致性较好，其中K_DP约是CINRAD/SAD雷达的3.3倍；XPAR-D雷达偏振参量能有效反映融化层的偏振特征；一次局地性强降水的观测结果表明相控阵雷达能够精细监测降水的触发、演变过程以及不同降水强度的微物理特征。
- X波段双偏振相控阵雷达 /
- 数据质量 /
- 差分反射率Z_DR /
- 差分相移率K_DP /
Abstract: To improve the data quality of X-band dual-polarization phased array radar (XPAR-D), the constrained adaptive bias correction method is used to correct Z_H and Z_DR attenuation. Using Guangzhou Sband dual-polarization radar (CINRAD / SAD) data and ground two-dimensional raindrop spectrum observational data, the present study analyzes the data quality of XPAR-D. The results show that the echo intensity of XPAR-D and CINRAD/SAD are basically the same, but due to the low sensitivity of XPAR-D, its ability to detect weak echo is lower than that of CINRAD/SAD. The Z_H measured by the XPAR-D is compared with the Z_H retrieved by raindrop spectrometer, and it is shown that the phase change trends of the two are basically the same. The Z_DR, K_DP and Z_H of XPAR-D are in good agreement, among which the K_DP is about three times that of CINRAD/SAD. XPAR-D polarization parameters can effectively reflect the polarization characteristics of the melting layer. The observation of a local heavy precipitation shows that XPAR-D can closely monitor the triggering and evolution of precipitation and the microphysical characteristics of different precipitation intensity.
- X-band dual-polarization phased array radar /
- raindrop size distribution /
- data quality /
- Z_DR /
- K_DP

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图 1 衰减订正前后的Z_H和Z_DR图

a. 未经订正的Z_H；b. 未经订正的Z_DR；c. 订正后的Z_H；d. 订正后的Z_DR；e. 同时刻的K_DP。

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图 2 XPAR-D与CINRAD/SAD回波强度对比

a. XPAR-D原始Z_H；b. XPAR-D订正后的Z_H；c. CINRAD/SAD Z_H；d. 灵敏度对比；e. 回波强度散点图对比。

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图 3 XPAR-D雷达与CINRAD/SAD雷达的Z_H平均偏差变化

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图 4 雨滴谱与相控阵雷达测量值Z_H对比

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图 5 XPAR-D与CINRAD/SAD Z_DR对比

a. XPAR-D的Z_DR；b. CINRAD/SAD的Z_DR；c. XPAR-D的Z_H-Z_DR散点图。

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图 6 XPAR-D与CINRAD/SAD的K_DP对比分析

a. XPAR-D的K_DP；b. CINRAD/SAD的K_DP；c. Φ_DP距离廓线及滤波前后对比；d. K_DP与Z_H敏感性对比。

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图 7 2020年8月12日15:30分13.5 °仰角识别零度层亮带

a. Z_H；b. Z_DR；c. CC。

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图 8 2020年7月22日11:24—11:35新单体快速触发时XPAR-D雷达4.5 °仰角Z_H演变

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图 9 2020年7月22日12:04—12:15对流单体快速合并时XPAR-D雷达4.5 °仰角Z_H演变

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图 10 2020年7月22日11:57降水回波的Z_H(a)、Z_DR(b)和K_DP(c)对比

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表 1 X波段相控阵雷达主要性能参数

项目	参数指标
天线形式	一维电子扫描相控阵体制
扫描策略	水平机械扫描，垂直相控阵扫描
天线尺寸	长1.3 m，宽0.7 m
工作频率	9.3~9.5 GHz
天线增益	≥36 dB
波束宽度	水平3.6°，垂直1.8°
极化方式	水平垂直双极化
极化隔离度	≥30 dB
脉冲宽度	20 μs(未压缩)，0.2 μs(压缩)
峰值功率	256 W
探测距离	≥42 km
距离分辨率	30 m
脉冲重复频率	≤4 kHz

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