雷达在冰雹方面的运用

1冰雹粒子的偏振参数特性

对冰雹的发作和构成雹块大小的预测是雷达气候学家们关注的一个重要问题,冰雹粒子的一些物理特性有助于应用偏振雷达的参数将其从其它降水粒子中辨别开来,但是由于冰雹粒子在降落过程中的空间取向还没有彻底的研讨分明,因而要精确丈量出其尺寸大小还是很艰难的。大多数冰雹粒子都有一定的偏心率,如83%的冰雹粒子其偏心率在0.6和1之间,15%的冰雹粒子其偏心率在0.4和0.6之间,而不到2%的冰雹粒子偏心率小于0.4,绝大局部的空中降雹雹块其偏心率在0.8左右。目前,大多数双线偏振多普勒雷达能得到的雷达偏振参数包括雷达程度反射率因子(ZH)、差分反射率因子(ZDR)(两种极化下反射率分贝差)、差分传播相移(KDP)(差分是指相移差对间隔的微分)、零滞后相互关系数(ρHV)等,其中ZH为目的对程度极化电磁波的回波反射率因子(反射率因子是与雷达常数无关的目的散射特征量),它与降水粒子的数目和尺寸大小有关;ZDR为差分反射率因子,它与粒子外形关系亲密,主要表征降水粒子的空间取向和长短轴之比;KDP是差分传播相移,表征不同偏振重量在传播途径上,因传播系数不同惹起的相位的变化;ρHV反映了程度偏振和垂直偏振回波功率之间的相关系数。由于冰雹粒子的外形和空间取向是一个复杂的问题,且在其下落过程中的运动方式比拟复杂,常伴有翻转运动。因而,冰雹粒子产生的ZDR随其外形、大小、空间取向以及下落运动等不同会产生较大的差别。

2应用双线偏振雷达丈量参数辨认冰雹的常用办法

2.1程度反射率因子ZH法

Mason提出ZH超越55dBz能够作为冰雹呈现的指标。事实上,当在0℃层以上呈现的ZH大于45dBz时就能够以为呈现冰雹。依据这一结果,能够采用参量YZ来辨认冰雹区:YZ=ZH3+10logHmax(1)其中ZH3定义为0℃层以上3km以上最大回波强度(dBz),Hmax为最大回波强度所在高度(km)。YZ>60时就以为有冰雹区存在。

2.2指标系数HDR法

K·Aydin和T·A·Seliga等人发现纯液态水的ZDR值通常是大于0,变化范围在0~4dB之间,与程度反射率因子ZH成正相关。而与四周雨区较大的ZDR相比,冰雹的ZDR值普通在0dB左右,同时ZH为一个高值区。依据这一结果,他们提出用参量HDR=ZH(dBz)-f(ZDR)来判别冰雹区,当HDR>0时,就以为有冰雹区存在,其中f(ZDR)取值见下式:

2.3差分传播相移系数Kdr法

几个缘由使得KDP对冰相粒子不敏感:首先,冰相粒子的介电常数要小于液态水,关于大尺寸的湿冰雹(D>20mm)来说,粒子的外覆水膜很薄,仅仅是边缘局部的介电常数增大。其次,冰雹的密度要低于其它的降水粒子。最后,冰雹在下落过程中呈现的翻转使得其表现了粒子的各向同性的性质,因而,关于纯冰雹来说,其KDP值近似为0。依据上述剖析,定义系数Kdr:

Kdr=10[0.125(ZH-49)]-KDP-20＆#8195;＆#8195;＆#8195;＆#8195;＆#8195;＆#8195;＆#8195;＆#8195;＆#8195;＆#8195;＆#8194;(3)

2.4含糊逻辑辨认法

为了获得更好的效果,在综合剖析上述办法的根底上,树立了应用含糊逻辑法来辨认冰雹的辨认形式。形式中输入变量为ZH、ZDR、KDP和ρHV,输出结果为干冰雹(DH)、小的湿冰雹(SWH)、大的湿冰雹(LWH)、巨型湿冰雹(GWH)以及冰水混合物(H+R)五类冰雹粒子。应用含糊逻辑法辨认冰雹粒子的相态,首先要结构从属函数,然后应用从属函数来对雷达丈量参数停止含糊化。含糊化以后,停止IF-THEN规则推断,然后采用集成的办法停止集成。最后一步是退含糊,行将集成的结果转化成单一的降水粒子类型。在构建从属函数时,选用不对称的T函数作为从属函数根本的根本方式,该函数外形由4个参数决议:左起始点值X1,左区间点值X2,右区间点值X3,右完毕点值X4,是一个关于区间[X2,X3]取值的函数式(4)。

3结语

基于含糊逻辑法应用双线偏振雷达观测材料树立的辨认形式,能够比拟有效地辨认混合降水区中冰雹的位置,其辨认的结果比拟契合实践的天气过程,但是还需求更多材料来做进一步的研讨和考证。该办法比拟简单,在实践的业务运转中,能够依据给出的冰雹位置指导人工影响天气作业。