一种用脉冲雷达确定降水概率和水汽凝结体的反射因子的方法，其中脉冲雷达的工作波长为被所述水汽凝结体衰减的波长，所述雷达是双极化雷达，它传送两串与每个极化通道相应的各种测距门的衰减反射因子［Ｚ↓［Ｈａ］（ｒ）、Ｚ↓［Ｖａ］（ｒ）］的测量值，所述方法的特征在于它包括下列步骤： Ａ）在雷达的每个测距门内，在测得的单极化反射因子的基础上用反射因子与降水概率的关系式和单极化衰减系数与降水概率的关系式来确定降水概率（Ｒ↓［ｓ］）的第一估计值； Ｂ）在所述降水概率的第一估计值的基础上求得未衰减差分反射因子（Ｚ↓［ＤＲｓ］）的估计值； Ｃ）从所述未衰减差分反射因子（Ｚ↓［ＤＲｓ］）的估计值和衰减后的差分反射因子的雷达测量值（Ｚ↓［ＤＲａ］）推导出差分极化衰减估计值（Ａ↓［ＤＰ］）；和 Ｄ）通过反复调节反射因子与降水概率关系式中的一个参数（α，β）来设法使步骤Ａ中估计出的单极化雷达的降水概率的积分［Ｉ↓［１］（ｒ，Ｒ）］与由所述差分极化衰减的估计值（Ａ↓［ＤＰ］）推导出的降水概率的积分［Ｉ↓［２］（ｒ，Ｒ）］相等，以便能求出衰减反射因子的校准值［Ｚ↓［Ｈｓ］（ｒ）］和降水概率［Ｒ↓［ｓ］（ｒ）］。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用脉冲雷达确定降水概率与水汽凝结体的反射因子的方法以及一种使用该方法的双极化气象雷达，其中，脉冲雷达的工作波长是被水汽凝结体衰减的波长。在气象领域，特别是为了短期气象预报，需要观测降雨量和其它水汽凝结体。为此目的，许多年来人们一直在考虑用雷达来定量地确定降水概率，因为降水概率是这些现象的特征参量。通常采用的方法是基于用雷达射束来测量雨粒或水汽凝结体的反射率。然而，对大多数方法来说，水汽凝结体产生的散射会造成测量偏差，因此需要以衰减尽可能小的波长工作，即以相对长一些的波长工作。这增加了工作难度并增大了设备成本。还提出另一个更具吸引力的方法双波长衰减和单极化。这种方法的优点是不受雷达校准(calibration)的限制。不过，这种方法要获得需要的精度有一定的技术难度。这是因为在使两个波长的射束一致和使测量同步中会迂到一些问题。现已进行的所有研究结果表明，用较短波长的雷达比较好，它使得可能选择体积更为紧凑、价格更加便宜的设备。不过，这会带来校准衰减问题，这些问题是非常棘手的，特别是当降雨量很大时，这些问题很难解决。本专利技术涉及能够克服这些问题的方法，尽管采用会对穿过由水汽凝结体(雨、冰雹、云)构成的吸收介质的反射路径的电磁波产生相对较大衰减的短波长。本专利技术基于利用双极化雷达测量两个极化分量H和V的反射率同时对衰减给采用的不同测量方法所测得的值造成的影响进行校准。因此本专利技术提供一种用脉冲雷达来确定降水概率和水汽凝结体的反射因子的方法，其中，脉冲雷达的工作波长为被所述水汽凝结体衰减的波长，所述雷达是双极化雷达，它传送两串与各个极化通道相应的各种测距门的衰减反射因子的测量值，所述方法的特征在于它包括下列步骤A)在雷达的每个测距门内，在测得的单极化反射因子的基础上用反射因子与降水概率的关系式和单极化衰减系数与降水概率的关系式来确定降水概率(Rs)的第一估计值；B)在所述降水概率的第一估计值的基础上求得未衰减差分反射因子(ZDRs)的估计值；C)从所述未衰减差分反射因子(ZDRs)的估计值和衰减后的差分反射因子的雷达测量值(ZDRa)推导出差分极化衰减估计值(ADP)；和D)通过反复调节反射因子与降水概率关系式中的一个参数(α，β)来设法使步骤A中估计出的单极化雷达的降水概率的积分与由所述差分极化衰减的估计值(ADP)推导出的降水概率的积分相等，以便能求出衰减反射因子的校准值和降水概率。本专利技术的显著优点在于它不受雷达校准的限制和不受由可能未探测到的云造成的衰减的限制，因为它是以差分测量为基础的。本专利技术的另一个方面提供了一种以被水汽凝结体衰减的波长工作的双极化气象雷达，它用于确定降水概率和反射因子，所述雷达包括-双极化天线(1)，它与提取与两个垂直的极化通道H和V相对应的模式的装置相关；-用于向所述天线的两个通道发送脉冲的发射器；-至少一个用于对两个垂直的极化通道的输出信号进行处理的接收通道；所述雷达的特征在于它具有用来实现上述方法的数字信号处理设备。借助于下列说明和附图可以更清楚地理解本专利技术的特征和优点，在附图中附图说明图1是按照本专利技术的气象雷达的示意图；和图2是用于实现本专利技术方法的数字信号处理设备的方框图。图1示出了双极化气象雷达的示意图。该雷达具有一对包括照明反射器(未示出)双极化初始源1的双极化天线。该双极化源与具有两个极化通道H和V的模式(正交模式)提取器2相关。脉冲发射器(b)向双极化源提供重复频率与所要求的范围相匹配的(例如，对150km范围来说，Fr=1KHz)脉冲。发射功率通过混合接头分布到天线的两个通道以便获得定向得与水平面成45°的极化，或者通过3dB耦合器5分布到天线的两个通道中以便获得圆极化。为了发射和接收两个相互垂直的极化的信号并根据它们的幅值对它们进行处理，可以事先将这两种发射模式设定为等效模式。圆极化波的第二个优点是天线反射波与发射器的发射波之间的比值是固定的。提供了两个相同的接收通道，它们对由两个功率循环器3和4所抽取的信号进行处理。在传统的方法中，每个通道包括限制器7与8、放大器9与10、混合器11与12、中频放大器15与16、对数放大器17与18和模／数编码器19与20，其中混合器11、12用于使频率改变成中频，对数放大器17、18用于获得大的动态范围。经编码的信号被传送到根据本专利技术的数字信号处理设备21(该设备将在后面详细说明)，然后数字信号处理设备输出校准后的反射因子Z和降水概率R信号作为其输出。混合器11和12还接收来自本地振荡器13的信号，本地振荡器13受自动频率控制电路14的控制。在某些要求获得有关水汽凝结体性质的补充信息的气象应用场合，用另外的多普勒接收通道来测量被接收信号的相位更加有用。这些通道包括矢量解调电路22和25，一方面矢量解调电路的后面接有两个模／数编码器23、24，另一方面矢量解调电路25的后面接有两个模／数编码器26、27，用于输出正交编码的信号IH、QH(通道H)和Iv、Qv(通道V)。本专利技术方法的基本原理如下在单极化的基础上，例如H通道，距离为r处的雨粒(或其它水汽凝结体)的衰减反射因子ZHa(r)与衰减系数之间的关系式可用下式表示ZHa(r)=ZO(r)-2ΔrΣi=1n-1ai------(1)]]>此处Zo(r)为未衰减的反射因子，Δr为测距门的宽度，ai为第i个测距门的衰减系数，它以每单位长度dB为单位，Zha(r)和Zo(r)以dBZ为单位，也就是说等于10logZ(mm6m-3)，其中r=nΔr。衰减系数与降水概率R的关系用已知等式表示α=kHRγH(2)此处KH和γH是极化通道H的参数，它们与温度和降水粒子分布(DSD)的关系不大，对应每个波长都可计算KH和γH。组合等式(1)和(2)可得出ZO(r)=ZHa(r)+2ΔrkHI1(r,R)------(3)]]>及I1(r,R)=Σi=1n-1RiγH------(4)]]>I1表示所选择的H极化通道的雷达射束方向上的降水概率的积分，也就是说，I1表示测距门n之前的n-1个测距门的累计衰减。现在，已知雨粒反射因子Z与降水概率R之间的关系为Z=αRβ……………(5)此处α和β是参数。因此等式(4)可以用另一种等效形式表示I1(r,R)=α-γ/βΣi=1n-1Ziγ/β------(4′)]]>参数α和β主要取决于DSD。在用迭带法测得的n个Za(r)值的基础上利用等式(3)和(5)中的四个参数K、γ、α和β的近似值可以计算出校准的估计值Z’(r)，其中，迭带法是P．H．Hildebrand于1978年在“Iterative correction for attenuation of 5 cm radar in rain”J．Appl．Meteor，17，第508-514页中提出的。正如该文章中所述的那样，DSD和温度的假定误差能大大减小这些衰减估计值，但这些减小量与由雷达校准误差所造成的减小量相本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：亨利·索瓦若，达尼埃尔·贝甘，雷吉斯·德维纳，
申请(专利权)人：汤姆森无线电报总公司，
类型：发明
国别省市：
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