雨衰减预报理论和方法

雨衰减是影响Ku上频段的无线电系统性能的最重要因素之一，雨衰减的预测是Ku以上频段无线电系统可靠性设计的依据，因此，提高雨衰减的预测精度对微波、毫米波系统的发展具有重要意义。本项目旨在通过建立地面和地空链路雨衰减预报的物理模型，从理论上分析和解决现有雨衰减预报模式及其依据的物理模型无法预测和解释的两个重要的雨衰减实验观测现象，即：1）由大量雨衰减数据得到的路径调整因子大于1，特别是短距离链路的路径调整因子远大于1，2）在地空链路中雨衰减随仰角的增加（降雨路径减小）非单调减小。在此基础上，利用基于国际电信联盟的全球雨衰减数据库数据，建立具有更好物理基础，适合全球的地面和地空的雨减预报模型，提高雨衰减预报精度。

雨衰减是影响Ku以上频段的无线电系统性能的最重要因素之一，因此，雨衰减的预测是这些频段无线电系统可靠性设计的依据。通过四年的课题研究，课题组按照计划执行了课题研究内容，建立了具有理论基础的雨衰减预报模型，取得了多项研究成果，部分成果修订了ITU-R建议书，形成国际标准，同时在国际和国内核心期刊发表论文多篇。.针对已有雨衰减理论模型无法解释路径调整因子大于1，特别是短距离链路路径调整因子远大于1的物理现象，我们建立了基于指数雨胞分布的雨衰减理论模型，在理论研究的基础上，提出了替代传统雨衰减路径调整因子的降雨率调整因子新概念，并据此建立了全概率的地空和地面视距雨衰减预报模式，经国际电联检验，在与同类模式的比较中取得了最好的精度。此外，我们研究的基于传统0.01%时间概率转换形式的地面视距链路雨衰减预报模型中的路径调整因子列入修订的ITU-R P.530-14建议书中，形成国际电联标准。.通过对DBSG3试验数据库中数据利用90%的置信度进行了统计分析，其次利用Burgueno等的相关文献进行最大权年数的旁证，提出单条数据最大权年数不超过10年的建议，在2015年修订的地空传播预测方法指导指南(fascicle)中被采纳。.基于我国第一个Ku/Ka频段雨衰减观测网络，课题组获取了我国13个站点持续4年的雨衰减及降雨率观测数据，为雨衰减的持续研究提供了支持。基于观测数据，在国内首次开展了基于实测数据的雨衰减动态特性研究工作，建立了海口地区的衰落斜率改进模型，同时建立了海口地区的不同衰减门限和持续期间隔的年衰落时间经验预报模型。以我国65个台站十年的降雨率数据为基础，提出了一种基于年平均降雨量预测0.01%时间概率降雨率的模型。.利用降雨衰减的统计分布进行雨衰减的仿真和模拟，仿真得到了降雨衰减的时间序列、降雨在空间的分布状况模拟方法。研究降雨衰减的频谱特点、最大降雨衰减以及降雨衰减动态特性；利用这些信息并结合降雨衰减的统计分布就可以仿真降雨衰减的时间序列；利用观测点的降雨衰减统计分布和有雨概率信息就可以模拟出降雨在空间上的分布。.开展了雨衰实时估计方法和短期预报研究。利用海口站Ka频段地空链路的观测数据研究了利用灰色系统理论进行雨衰减实时估计的方法，取得了较好的预报效果。选取WRF模式进行雨衰减的区域数值预报研究，初步的验证表明，预报结果和实测雨衰减趋势一致。