1、雙偏振天氣雷達探測原理分析作者：臺琪榮 來源：科技視界2014年第17期臺琪榮(民航云南空管分局氣象臺設備室，云南昆明650200)【摘要】雙偏振天氣雷達是進行天氣預報的重要設備保障，它根據不同的降水粒子對不 同極化電磁波的散射特性的差異來區分不同的降水，從而達到對降水類型的識別和分類。本文 對雙偏振天氣雷達的探測原理進行了分析。【關鍵詞】雙偏振；探測原理；目標識別【Abstract】Dual-polarization weather radar is an important equipment protection for weather forecasting, it is based

2、on the different precipitation particles scattering of electromagnetic waves of different polarization differences to distinguish the different rainfall,so as to achieve the identification and classification of precipitation type.this paper analysis of dual-polarization weather radar detection princ

3、iple.【Key words】Dual-polarization; Detection principle; Target identification0引言隨著天氣預報在航空安全保障中的作用越來越重要，航空客戶對提供的天氣預報準確性要 求也越來越高。常規天氣雷達只能測量氣象目標的距離和強度，多普勒天氣雷達通過測量降水 粒子的反射率、速度和譜寬的分布，實現對降雨的預報和探測，但不能區分各種降雨類型。雙 偏振天氣雷達利用極化技術和降水粒子回波的極化特性，通過發射水平和垂直極化電磁波，接 收與發射共極化的回波，測量雷達的反射率因子ZH、反射率差ZDR、傳播相移差和相關系數 PHV(0 )等參數，

4、估算出降水粒子的形狀，尺寸和指向角的分布情況，進行降水的分類和識別。本文對雙偏振天氣雷達的探測原理和方法進行了分析。1雙偏振天氣雷達的探測參數在雙偏振天氣雷達中，發射的是水平和垂直極化的電磁波，接收與發射共極化的回波信號。 目標矩陣為S，入射矩陣為Ei，散射矩陣為Er，1.1水平反射率與常規天氣雷達一樣，雙偏振天氣雷達也通過測量回波的水平反射率來識別降水粒子，雷 達水平反射率ZH的定義如下：其中，入為雷達發射的電磁波的波長，D為降水粒子的等效直徑，IKI2為粒子的介電常 數，N (D)為滴譜分布關系。1.2水平和垂直反射率差降水粒子對于水平和垂直極化電磁波的后向散射截面不同，因而水平和垂直反射

5、率之間存 在差異，不同的降水粒子的反射率差不同，通過測量反射率差，可以進行降水粒子的識別。反 射率差ZDR的定義如下：其中，ZH、ZV為水平和垂直極化下的反射率因子，oH(D)、oV(D)分別是雷達的后向散射 截面積，Dmax、Dmin分別為最大和最小的粒子的直徑。對于雪團和冰雹，測得的ZDR大于0或小于0。在冰雪中隨機取向的冰雹子，在下落過程 中具有相關對稱的不規則的抖動，粒子的這種各向異性的最終結果是引起ZDR接近于0。1.3特殊傳播常數差電磁波在穿過降水媒介時傳播常數發生了變化，在水平和垂直極化方式下，傳播常數是有 差異，特殊傳播常數差為：其中，kO為自由空間傳播常數，N(D)為滴譜分布

6、，Re()表示取復數的實部。1.4歸一化零延時相關系數歸一化零延時相關系數PHV(0)定義為：其中，H為水平極化下的回波信號，V為垂直極化下的回波信號。分子表示兩信號求相關， 分母中|H|2、|V|2分別表示水平和垂直回波的功率。2極化參數的應用如前所述，雙偏振天氣雷達測量的幾個參數中，任何一個都可以進行降水分析，但單憑某 一個參數是不能進行準確識別的。用ZH進行降水識別是常規天氣雷達測量的手段，它的判斷是粗糙的，存在許多難以解決的 交錯的問題，且不能區分大暴雨和冰雹；用反射率差來進行降水識別，不能區分小雨和各向異 性的降水粒子。ZDR結合ZH可以提高識別能力，但ZH、ZDR的測量受雨中衰減的

7、影響比較嚴重，而且ZDR 對含水量大的降水的變化的敏感性，使它在估算混合相態降水時有一定的局限性。KDP在識別時，由于含有對粒子指向角因素的測量，對各向同性和各向異性的粒子的識別 更為有效，它與降雨率之間存在的近似線性的關系又使得它在測量中能很快測出降水中雨的含 量，滴譜分布等，它在估算時與衰減無關，對滴譜的變化不如ZDR靈敏。因此，ZDR和KDP對 不同的降雨型的估算效果不同，可用兩種特性加以區別。相關系數與粒子的指向角、形狀有關，混合相態下冰雹的含水量的反應較為明顯，它在估 算混合態降水，如亮帶的測量中具有非常的意義。四參數相結合對降水類型進行分析和判斷， 則能準確地識別降水類型。見表1:

8、*1嘩水穴聲與惆桶芳放蕪尊議PMI125a血鶉123-60fl.5-40-10了平罷0-a_5沁K25fl-5II !沁95iil /as-aw450沁旳ms4D-55-05-2M3牠血時55-JO-as-|r|苗卓直混5洼55-70-i-i0-10通過各參數測量結果，參照上表對降水類型進行識別。由于降水粒子具有某種經驗分布的關系，經降水識別以后，我們可以計算其降水率，粒子 的下降速度和滴譜分布指數等。3結論從以上討論可以看出，雙偏振天氣雷達通過測量以上幾個極化參數來達到對降水粒子的識 別，從而能較準確地進行天氣預報，為航空氣象提供大氣探測服務。【參考文獻】V.N.Bringi.偏振多普勒天氣雷達原理和應用M.氣象出版社,2010-4-1.董振賢，李妙英.雙偏振多普勒天氣雷達的偏振參量及其應用J.解放軍理工大學學 報：自然科學版,2004,6,5(3):98-103.SELIGA, BRINGI V N. Potential use of radar diff