8、天气雷达极化相关知识解析

天气雷达极化相关知识解析

1. 融化冰雹的散射特性

融化的冰雹可视为水包冰的两层粒子。在低频情况下，依据麦克斯韦 - 加尼特公式，以水为背景时，水包冰粒子等效于水 - 冰混合的有效粒子。从图 3.20 来看，左列展示了极化方向与长轴和短轴对齐时的后向散射幅度大小。湿雪和干雪的散射幅度存在显著差异，湿雪和干雪的幅度几乎相差一个数量级。对于干雪，长轴和短轴极化方向的差异非常小。为更好地呈现极化差异，右列给出了散射幅度大小平方的分贝比，明显可见湿雪的两种极化比远大于干雪。

冰雹的散射特性更为复杂，两种极化之间的差异更大，但湿雹和干雹的差异较小。直径大于 2 厘米的冰雹，共振效应十分明显，可能导致长轴极化的后向散射小于短轴极化。在较高频率（C 波段和 X 波段）下，这些差异更为显著。

2. 其他散射计算的数值方法

除了 T 矩阵方法，还开发了其他用于散射计算的数值方法，具体如下：
- 物理光学（Born 和 Wolf 1999）
- 矩量法（Harrington 1968）
- 离散偶极近似（Goodman 等 1991；Purcell 和 Pennypacker 1973）

这些数值方法可用于计算不规则形状物体（如地形、植被和生物物体）的波散射。

3. 任意取向的散射

散射幅度 $s_a$ 和 $s_b$ 代表了椭球体长轴和短轴极化方向的波散射。然而，自然水凝物的取向是随机的，其长轴和短轴不一定与雷达极化基方向（通常为水平和垂直）对齐。雨滴下落时其长轴大多水平对齐，而冰雹下落时会翻滚，取向随机，因此需要任意取向的散射幅度。一般而言，此类散射配置问题需通过电磁边界条件求解