2、天气雷达极化测量中的水凝物特性及雨滴谱分析

天气雷达极化测量中的水凝物特性及雨滴谱分析

1. 天气雷达极化测量概述

天气雷达极化测量在气象领域具有重要意义。特定差分相位（KDP）作为 ϕDP 的距离导数，因与降雨率近似线性相关，且不受部分波束阻塞和功率校准误差影响，受到广泛关注。基于模拟和对模拟或观测雨滴谱分布（DSD）的研究，开发了许多极化雷达降雨估计器，实现了更准确的定量降水估计（QPE）。

模糊逻辑技术在雷达回波分类中的成功应用，进一步推动了极化雷达数据（PRD）在云和降水微物理研究中的应用。一系列涉及 S 波段极化雷达的实地项目开展，其数据和结果证明了多参数 PRD 在气象服务中的价值，也凸显了国家 NEXRAD 雷达网络进行双极化升级的必要性。

为改进模型微物理参数化和天气预报，可从 PRD 中反演 DSD。更严谨的方法是通过数据同化将 PRD 与数值天气预报（NWP）模型结合，以反演微物理状态并改进定量降水预报（QPF）。NWP 模型模拟还能真实生成强风暴的极化雷达特征，雷达极化测量的最大潜力在于准确反演模型状态和微物理参数，从而改善天气预报。

2. 水凝物的特性

2.1 物理和统计特性

水凝物包括云中或降水形式的悬浮水或冰粒子，以及水 - 冰混合物。云是由水汽凝结形成的水（液态、冰态或两者皆有）粒子集合。云粒子由云/冰核形成，通过水汽/液态水的凝结/沉积生长，进一步通过碰撞 - 合并、聚集或吸积等过程可能产生降雨、降雪或冰雹等降水形式。雷达回波的极化特性取决于传播路径和分辨率体积内水凝物的物理特性，如大小、成分、密度、形状和取向。

水凝物和云粒子的物理和统计特性可通过搭载粒子探测器的仪器飞机或地面雨滴谱仪进行原位观测确定。