基于X波段双偏振雷达参量的强对流云雨滴谱参数反演与验证研究

It has a very important practical value and scientifical significance to obtain accurate information of raindrop size distributions (DSD) and rainfall distributions of severe convective clouds over large spatial and temporal scales for understanding the rainfall formation processes of the clouds. For now, however, there is always a lack of reliable DSD data observed in the severe convective clouds. In this proposal, the effect of rain on the backscatter of dual-polarimetric radar’s electromagnetic wave transport and the rain attenuation will be studied by simulation. On this basis, the methods of attenuation correction of radar reflectivity and differential reflectivity of severe convective clouds for X-band dual-polarimetric radar, the retrieval methods of DSD parameters and rainwater content of severe convective clouds using X-band polarization radar variables will be developed. It will reveal the characteristics of DSD’s structures and their evolution processes of severe convective clouds. This project would provide effective techniques to retrieve raindrop size distribution and rainfall information in a large spatial and temporal scales. Moreover, it plays an important role in validating numerical simulations of severe convective clouds, improving parameterization schemes, and instructing scientific experiment of weather modification on severe convective clouds.

准确地获得大时空尺度的强对流云降雨滴谱分布和降雨量分布对理解云的降水形成过程具有非常重要的科学意义和应用价值。但目前非常缺乏可靠的强对流云中降雨滴谱观测数据。本项目通过模拟研究降雨对双偏振雷达电磁波的后向散射特性和雨衰减特性影响的基础上，研究强对流云的X 波段双偏振雷达回波强度和差分反射率的雨衰减订正优化技术，发展X波段偏振参量联合反演强对流云中雨滴谱参数和雨水含量的实用方法，揭示典型强对流云降雨滴谱结构特征和演变过程。此项研究为准确地遥感获得大范围强对流云降雨滴谱分布和准确的降雨信息提供技术手段，对检验强对流云数值模拟微物理结果、改善微物理参数化方案、指导强对流云人工影响科学试验都有重要作用。

准确地获得大时空尺度的强对流云降雨滴谱分布和降雨量分布对理解云的降水形成过程具有非常重要的科学意义和应用价值。但目前非常缺乏可靠的强对流云中雨滴谱观测数据。.本项目围绕建立强对流云雨滴谱参数和雨水含量的X波段双偏振参量联合反演的适用方法这个重要的科学目标，利用X波段双偏振雷达探测数据、雨滴谱仪等观测数据，通过降雨粒子的散射模拟，并与雷达观测对比，综合研究了降雨对不同波段双偏振雷达电磁波的后向散射特性和雨衰减特性的影响，拟合得出适用于华北地区雨水衰减与偏振参量的统计关系，在此基础上，研究提出了强对流云的X波段双偏振雷达回波强度和差分反射率的雨衰减订正优化技术--滑动自适应衰减订正方法（SSCC方法），建立了综合识别非气象回波和降水粒子相态类型的X波段双偏振参量模糊逻辑识别方法和基于统计原型的浅薄混合相云冰相粒子类型X波段双偏振偏振参量贝叶斯识别新方法，尤其是，创造性地提出了X波段双偏振参量联合反演强对流云中雨滴谱参数和雨水含量的实用技术方法--逆映射表方法（IMT方法），并揭示了华北典型强对流云降雨滴谱结构特征和演变过程。.本项目自2015年8月获得国家自然科学基金批准立项以后，围绕项目的科学目标，开展了大量的X波段双偏振雷达、雨滴谱仪的综合观测和粒子散射数值模拟，进行了雨滴谱参数反演的理论分析与验证研究。经过项目组全体科技人员4年多共同努力，本项目已在国内外刊物上发表高质量论文17篇，其中SCI（SCIE，EI）论文10篇，获得软件著作权4项，培养博士后1名，毕业博士生1名、硕士生4名，有一名项目科研骨干晋升为副研究员。项目圆满完成了预定研究计划，实现了预期目标。.项目研究成果可为双偏振天气雷达更加准确地遥感获得区域范围强对流云降雨滴谱分布和降雨信息提供重要的科技手段，对检验强对流云数值模拟微物理结构的能力、改进微物理参数化方案、指导强对流云人工影响科学试验均有重要的促进作用。