班-雷達(dá)氣象學(xué)

1、雷達(dá)氣象方程的應(yīng)用黃興友南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院2015.9.28雷達(dá)氣象方程雨滴大小和Rayleigh散射：雷達(dá)氣象方程是建立在Rayleigh散射的基礎(chǔ)上，如果雨滴偏大，則不一定滿足小粒子的條件，后向散射截面不能用Rayleigh散射下的散射函數(shù)計(jì)算，應(yīng)該用復(fù)雜的Mie散射理論。Rayleigh的后向散射效率高于大粒子的Mie散射效率，所以大雨滴的回波會(huì)被弱化。適于主流氣象雷達(dá)探測(cè)的水凝物尺度（半徑）（可用Rayleigh散射近似計(jì)算）雨滴: 0.01 0.5 cm (所有強(qiáng)度的降雨)雪花: 0.01 3 cm (大多數(shù)降雪的雪花)冰雹: 0.5 2.0 cm (中等尺度以下的冰雹 )

2、l = 10 cm雷達(dá)氣象方程適于主流氣象雷達(dá)探測(cè)的水凝物尺度（半徑）（可用Rayleigh散射近似計(jì)算）Raindrops: 0.01 0.5 cm (all rain)Snowflakes: 0.01 1 cm (small snowflakes)Hailstones: 0.5 0.75 cm (small hail)l = 5 cml = 3 cmRaindrops: 0.01 0.5 cm (all rain)Ice crystals: 0.01 0.5 cm (single crystals)Graupel: 0.1 - 0.5 cm (graupel)l = 0.8 cmRaind

3、rops: 0.01 0.15 cm (cloud，drizzle)Ice crystals: 0.01 0.15 cm (single crystals)雷達(dá)氣象方程不適于使用Rayleigh散射的水凝物情況（hydrometeor）(大粒子情況)l = 10 cml = 5 cml = 3 cml = 0.8 cmHailstones: 2.0 cm (large hail)Snowflakes 1 cm (large snowflakes)Hailstones: 0.75 cm (moderate to large hail)Raindrops: 0.01 0.5 cm (all rai

4、n)Snowflakes 0.5 cm Hail and large graupelDrops 100 micronsAll ice particles except small crystals雷達(dá)氣象方程顯然， S波段雷達(dá)可以較準(zhǔn)確地探測(cè)降雨、降雪和大多數(shù)冰雹，但C波段和X波段的準(zhǔn)確探測(cè)區(qū)間有限。雖然不能用Rayleigh散射公式進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，但雷達(dá)能夠探測(cè)到這些“大粒子”的回波功率Pr,如果利用雷達(dá)氣象方程，可以求出“反射率因子Z”，但這是在Mie散射情況下的Z，應(yīng)該與Rayleigh散射下的Z有所區(qū)別。這個(gè)Z稱為等效雷達(dá)反射率因子，用Ze表示。引入Ze的好處在于可以使用Rayleigh

5、散射情況下的雷達(dá)氣象方程計(jì)算大粒子的“等效雷達(dá)反射率因子”。通過雷達(dá)回波功率和雷達(dá)氣象方程得到的可能是Z，也可能是Ze.如果用Ka波段雷達(dá)(0.86毫米波長(zhǎng))探測(cè)暴雨,得到的是Ze而不是Z。Ze與Z（單位體積內(nèi)所有粒子直徑的六次方之和）不等，Ze Z。雷達(dá)氣象方程加入充塞系數(shù)訂正的雷達(dá)氣象方程但f通常是未知的，因此很難訂正阻擋和降水空間分布導(dǎo)致訂正充塞系數(shù)的必要性 局部充塞系數(shù)小于1的回波情況下圖： 2014-7-24， 13:41:49仰角0.5度，雷達(dá)站址：南京信息工程大學(xué)上圖： 2014-7-24， 00：03:26仰角0.5度，雷達(dá)站址：南京信息工程大學(xué)阻擋對(duì)雷達(dá)回波的影響雷達(dá)方程的應(yīng)

6、用回波成因解釋回波亮帶零度層亮帶成因（Bright-Band）降水的分層結(jié)構(gòu): 高層低溫雪花; 低層溫度高于零度,雪花融化降雨 中間層溫度在零度附近,雪花開始融化外表水膜復(fù)折射指數(shù)項(xiàng)增大:0.180.93,Z增大,約5倍(7dB)零度層以下,完全融化,雪花小雨滴Z減小零度層以下的雨滴降落速度比上層的雪花降落快,單位體積中的雨滴數(shù)量沒有降落緩慢的零度層及上層雪花的數(shù)量多 Z減小零度層下雪花融化可能破裂成為多個(gè)小雨滴, Z減小所以,在零度層以下的融化層,回波最強(qiáng),高于上下層的回波,形成PPI圖象上的環(huán)狀(弧形)亮帶. RHI上呈現(xiàn)近似水平的強(qiáng)回波帶零度層亮帶個(gè)例零度層亮帶降雪回波中是否會(huì)出現(xiàn)零度層

7、亮帶？出現(xiàn)零度層亮帶回波的降水天氣，未來的天氣變化趨勢(shì)會(huì)怎樣 ？在PPI圖像上，為什么零度層亮帶通常呈圓環(huán)狀 ？RHI圖像上，零度層亮帶的高度是在“零度”的高度以上嗎？在出現(xiàn)零度層亮帶的PPI圖像上，能否準(zhǔn)確地分辨出降雨區(qū)和降雪區(qū)？零度層亮帶二次回波（Second-Trip Echo）二次回波二次回波如何減少二次回波 ?二次回波有什么特點(diǎn)？旁瓣回波（Side-Lobe Echo）RHI的旁瓣回波PPI的旁瓣回波天線旁瓣旁瓣回波成因示意圖雷達(dá)站附近的旁瓣回波哪些情況下可能出現(xiàn)旁瓣回波？能否消除旁瓣回波？大冰雹的多次散射回波（TBSS）認(rèn)識(shí) Three-Body Scattering Spike(

8、TBSS)回波大冰雹的多次散射回波Three-Body Scattering Spike(TBSS)成因示意圖大冰雹的TBSS根據(jù)TBSS的形成原理，TBSS回波的尾巴指向與雷達(dá)站有什么聯(lián)系？TBSS回波的長(zhǎng)度與哪些因素有關(guān) ？是否所有包含大冰雹的雷暴回波圖上都出現(xiàn)TBSS ? 回波判別（是否TBSS？）不同波長(zhǎng)雷達(dá)的回波差異左：Ka波段雷達(dá)下：X波段雷達(dá)晴空回波（Clear-Air Echo）晴空的“散射”介質(zhì)昆蟲、飛鳥 產(chǎn)生零散的回波 回波高度有限，PPI上、近距離出現(xiàn)；在RHI 可能看不到回波湍流氣團(tuán) 湍流氣團(tuán)的Bragg散射。 晴空回波湍流氣團(tuán)的雷達(dá)反射率,是雷達(dá)波長(zhǎng)是大氣折射率結(jié)構(gòu)常

9、數(shù) 是常數(shù)，L0 是湍流外尺度，M是水平折射率的垂直梯度。晴空回波用于研究大氣湍流耗散率等問題晴空回波應(yīng)該那種VCP模式觀測(cè)？能否辨別湍流或生物回波？晴空回波鳥回波分辨回波的差異其它非氣象回波地物回波同波長(zhǎng)干擾回波地面同頻點(diǎn)源信號(hào)太陽回波煙塵回波海浪回波公路車輛回波鳥、蝙蝠回波地物回波地面點(diǎn)信號(hào)源-電磁輻射太陽回波煙塵回波雷達(dá)二次產(chǎn)品區(qū)域拼圖反射率因子Zmax拼圖CAPPIVCSEtopVIL后續(xù)POH, POSH, Rainfall,TVS,MesoCyclone,VAD雷達(dá)回波的解讀基本原則產(chǎn)品的顯示方式 PPI/RHI/VCS/THI ?產(chǎn)品內(nèi)容 基數(shù)據(jù)(Z,V,W)/二次產(chǎn)品 ?雷達(dá)站位置/資料時(shí)間角度(PPI-仰角)/(RHI/VCS-方位角)探測(cè)范圍(半徑)雷達(dá)波長(zhǎng)參數(shù)(影響到回波強(qiáng)度和徑向速度問題)注意顏色和數(shù)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系先關(guān)注強(qiáng)回波/大風(fēng)速等區(qū)域雷達(dá)回波的解讀回波的描述時(shí)間/位置/回波特性/演變趨勢(shì)回波特性回波類型天氣類型(雨/雪/冰雹)回波大體形狀和結(jié)構(gòu)(松散/密實(shí)