变温条件下多相态降雨粒子的宽频带电磁特性高效仿真研究

Advanced radar technology has long been sought in the development of an observing system for large-scale, real-time, accurate measurements of precipitation. The study of the electromagnetic properties of rainfall particles has an important value for precipitation radar design. As the impact of changes of temperature, rainfall patterns and other factors is not consideration, the existing precipitation microscopic model is still not perfect. There will be theoretical research and simulation analysis of multiband/wideband electromagnetic scattering properties of precipitation particles under variable temperature conditions in this project. Establish accurate models of the three-dimensional complex precipitation particles in solid, liquid and solid-liquid mixed state, respectively; use sparse-matrix/canonical grid (SM/CG) method to efficiently calculate the scattering characteristics of precipitation particles(reduce the complexity and memory requirements of the model); study two-dimensional adaptive interpolation strategy, analysis wideband scattering characteristics of rainfall particles under variable temperature conditions;study and analyze the influence of rainfall types for rainfall particle electromagnetic characteristics. This project will further give help to provide theoretical basis and analysis methods for improving the accuracy of rainfall radar observations and rainfall type electromagnetic characteristics distinguish.

降雨雷达通过发射电磁波远距离测量降水过程，具有大范围、实时、准确的特点，是降水测量中最具吸引力的研究方向，而降雨粒子电磁特性的研究对降雨雷达的设计具有重要价值。现有降雨微观模型尚不够完善，对温度、降雨类型等因素的影响考虑不足。本项目拟对降水粒子在变温条件下的多波段、宽频带电磁特性进行理论分析和仿真研究。分别建立固态、液态及固液混合态等多相态下的三维复杂降水粒子群精确模型；采用稀疏矩阵/规则网格方法降低模型计算复杂度和内存需求，实现对降雨粒子群的高效电磁仿真；研究二维自适应插值策略，分析在变温条件下降雨粒子宽频带电磁特性；研究比较不同降雨类型的电磁特性。课题研究将为提高降雨雷达观测精度和降雨类型的电磁特性分辨提供理论依据和分析方法。

降雨雷达通过发射电磁波远距离测量降水过程，具有大范围、实时、准确的特点，是降水测量中最具吸引力的研究方向，而降雨粒子电磁特性的研究对降雨雷达的设计具有重要价值。现有降雨微观模型尚不够完善，对相态、降雨类型等因素的影响考虑不足。本项目主要研究了三维降雨粒子的电磁特征快速分析方法，同时对新一代降雨模型进行了初步探索。主要工作和研究成果总结如下：.(1)建立三维降雨粒子精确模型。将温度、降雨粒子数量、大小分布、形状等信息作为建模参数对降雨粒子进行建模。研究了传输矩阵方法的基本原理及降雨粒子模型，采用传输矩阵方法对多类型降水粒子的散射特性进行了详细分析。.(2)提出了一种基于稀疏矩阵/规则网格方法的S-B自适应插值方法。该方法是一种利用表格的递归方法，在使用过程中既不需要求解矩阵的逆，同时也避免了奇异性问题，因此具有良好的稳定性。在此基础上，研究二维自适应插值策略，分析在角度变化时的降雨粒子宽波段电磁特性，提出了一种二维混合自适应插值技术，用于频率-角度域降雨粒子群RCS高效仿真。仿真结果说明，此方法能够在保证计算结果准确的前提下，大量节省计算所需的时间。.(3) 围绕降雨粒子特征提取及分析，研究了降雨测量中多普勒信息和极化信息的物理意义。针对新型降雨多普勒极化模型进行了研究，并特别就风场扰动下对降雨多普勒极化模型的影响进行了详细分析。.本研究将为提高降雨雷达观测精度和降雨类型的电磁特性分辨提供理论依据和分析方法。