双高斯拟合的风廓线雷达降水时的风场反演_何越

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1、第14卷第23期2014年8月科学技术与工程Vol.14No.23Aug．20141671—1815(2014)23-0146-07ScienceTechnologyandEngineering2014Sci.Tech.Engrg.双高斯拟合的风廓线雷达降水时的风场反演1211何越何平董德保窦炜明12(安徽省大气探测技术保障中心，合肥230031;中国气象局气象探测中心，北京100081)摘要风廓线雷达在降水天气下探测到的返回信号主要包括大气湍流信号和降水粒子信号，其功率谱数据在结构上通常表现为双峰结构，并且在一定程度上可以看成是双高斯形式的。利用北京延庆CFL-08型边界层风廓线雷达

2、在降水条件下获得的探测数据，采用双高斯拟合的方式将湍流谱和降水谱分开，并通过分离之后的湍流谱对不同强度的降水过程进行了垂直速度场和水平风场的反演。反演结果表明，利用双高斯拟合可以有效地将湍流谱和降水谱区分开，反演得到的垂直速度场、水平风场较处理之前更加精确。关键词风廓线雷达双高斯拟合风场反演中图法分类号P415.2;文献标志码A在自然条件下，风是所有气象要素中变化最频子的下落末速度与雷达后向散射的关系;Ｒajo-［6］繁的一个。风的这种快速脉动变化，反映了大气中padhyaya等利用UHF和VHF风廓线雷达联合观分布着各种尺度的湍流运动。微观上看，由于受大测，讨论了空气垂直速度对降雨率和

3、雨滴半径的影［7］气运动、地面摩擦及太阳和地面辐射等因素的共同响，并与雨量计进行了对比。K.S.Gage等使用影响，使得一个地区的气流在大趋势上是指向一个915MHz风廓线雷达谱矩估计值对热带降水云系统方向的，但是局部不断受到微气团组成的旋祸的影的不同特征进行了分析。［8］响，使得风向风速在不断发生变化。大气中湍流在国内何平等利用降水个例，通过对SNＲ、垂影响着局部风场的同时，也在随风移动，这也是风廓直速度、降水前后雷达的探测高度等方面进行研究，［1］线雷达能够在晴空天气条件下测风的原因。表明风廓线雷达在降水研究中有着巨大潜力;杨馨［9］风廓线雷达主要设计用来探测大气风场，但它蕊利用UH

4、F风廓线雷达谱矩估计值，对不同类型［10］的动态范围很大，在探测到弱的湍流散射信号的同的降水进行了讨论;黄伟等通过连续方程，利用时，还可以探测到降水粒子的散射信号。在晴空天风廓线雷达五个波束的数据算出大气垂直运动速气下，风廓线雷达回波为湍流散射;在降水天气下，度，然后根据垂直指向波束测出的功率谱反演出雨［11］风廓线雷达探测到的功率谱密度数据中包含了大气滴谱;王晓蕾等考虑了气流与降水谱的双峰问湍流、降水粒子等多种回波信号［2］，功率谱密度、垂题，并用简便方法将其区分然后反演出雨滴谱。直径向速度、信噪比、谱宽比晴空天气下都有明显的现通过北京的几个降水特例，首先利用双高斯增大。实际上，普遍认

5、为降水天气下，降水粒子相对拟合将双峰识别，然后对风场进行反演，并对结果进于晴空湍流来说，是较强的散射目标，雷达能接收到行了对比分析。研究表明，通过该方法能够有效去信噪比更高的信号，并且在结构形式上表现为双峰除降水对风场的影响，能够在一定程度上对风廓线结构。雷达谱数据进行质量控制。对降水天气条件下风廓线雷达的探测研究，国1双高斯拟合原理和方法外从20世纪80年代末开始了比较多的相关研究。［3］1.1双高斯拟合条件最早Ｒalph等就指出风廓线雷达在探测风场的同［4］对流层风廓线雷达的回波信号产生机制主要为时，也能用来测量降水。Wuertz等通过对几个典湍流散射。在晴空条件下，假设雷达脉冲体积

6、内为型降水天气和晴空天气的研究，给出了UHF风廓线均匀各向同性湍流，在研究湍流脉动量的统计性质雷达降水以及晴空天气下数据的特征。ChuYH［5］时，根据中心极限定理，由于不同尺度的湍块相互之等利用VHF风廓线雷达研究了在降水条件下，粒间存在随机相对运动，并且其散射特性可以看成是2014年3月20日收到相互统计独立，所以湍流脉动量可以看成是正态分［12］第一作者简介:何越，男。硕士。E-mail:648453959@qq．com。布，因此忽略杂波的干扰，大气湍流回波信号概率分布可以看成是正态分布。在湍流速度为高斯分23期何越，等:双高斯拟合的风廓线雷达降水时的风场反演147布的大气中，直径

7、为D的降水粒子存在随机的相对运动，使降水回波信号呈现出涨落特性，粒子的速度［13］概率分布WD(v)为21(vS－vD)WD(v)=exp[－2](1)σ(D)槡2π2σ(D)式(1)中，vD为直径为D的粒子的平均运动速度，vS2为它的瞬时速度，σ(D)是该粒子的速度方差。从式(1)可以看出，粒子的速度概率分布明显成高斯分布形式，所以大气湍流和降水粒子的回波信号概［14，15］率分布都可以看成是高斯型的。1.2双高斯拟合过程图1双峰