MaXPol雷達(dá)及在人影探測業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

姚振東 佘勇 杜雨洺 李建 王爍 蘇德斌

（成都信息工程大學(xué)，中國氣象局大氣探測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610023）

0 引言

2013年7月，世界氣象組織（WMO）人工影響天氣研究專家委員會主席報(bào)告指出，全球42個(gè)國家開展人工影響天氣的云播種計(jì)劃[1]，這些工作在人工影響天氣工作及科研方面產(chǎn)生了積極影響。2018年，WMO關(guān)于全球增雨活動的報(bào)告，提出了各種氣象雷達(dá)在人工增雨工作中的重要作用，并給出了有關(guān)測量參數(shù)的使用方法[2]，是人工影響天氣的作業(yè)決策和效果評估的重要依據(jù)。事實(shí)上，自20世紀(jì)80年代使用多普勒天氣雷達(dá)開始，相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者及專家對雷達(dá)測量降水和多普勒速度的性能與業(yè)務(wù)運(yùn)行方法進(jìn)行了研究和歸納[3]。到1983年，從NCAR的CP-2改造雷達(dá)首次獲得了雙偏振觀測數(shù)據(jù)以來[4]，Bringi博士和V. Chandrasekar博士對雙偏振天氣雷達(dá)的電磁波探測機(jī)理、數(shù)據(jù)處理以及應(yīng)用等問題一些研究進(jìn)行了綜合論述[5]。隨后的三十多年，對雙偏振天氣雷達(dá)在大氣觀測中的應(yīng)用，雙偏振雷達(dá)的研制與多普勒天氣雷達(dá)的雙偏振升級，以及雙偏振天氣雷達(dá)的標(biāo)定與數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等開展了大量研究工作，并且取得了豐碩的研究成果，同時(shí)對雙偏振天氣雷達(dá)的生產(chǎn)和應(yīng)用起到了更好、更有效的促進(jìn)作用，使得該領(lǐng)域顯示出十分繁榮的景象。2019年，在Radar Polarimetry for Weather Observations一書中[6]，作者對雙偏振天氣雷達(dá)在天氣系統(tǒng)觀測的宏微觀特征量度進(jìn)行了全面總結(jié)。綜上，雙偏振雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)降水目標(biāo)分類（HCA），定量測量降水（QPE），水凝物微物理特征檢測（如雨滴譜Raindrop Size Distributions，雪粒子譜Snow Size Distributions），云和降水中液/固態(tài)含水量測定（LWC/IWC），中尺度強(qiáng)對流（MCSs）信標(biāo)指示（如龍卷、超級單體），非氣象目標(biāo)信標(biāo)指示（如蟲/鳥生物信標(biāo)、煙柱－森林火災(zāi)信標(biāo)、沙塵信標(biāo)、火山灰信標(biāo)等）?？紤]到在一定信噪比條件下，相位與幅度無關(guān)的特點(diǎn)，差分傳播相移率成為降水衰減補(bǔ)償與部分波束遮擋補(bǔ)償?shù)囊罁?jù)；利用雙偏振觀測參數(shù)可方便地識別與處理地雜波與海雜波。

人工影響天氣工作很大程度上是對云的觀測結(jié)果進(jìn)行推斷后開展的。因此，云雷達(dá)也是人影工作中重要的觀測設(shè)備。云雷達(dá)采用Ka波段或W波段工作，有垂直指向與掃描兩種觀測方式。在測量參數(shù)上，目前，云雷達(dá)一般采用多普勒參數(shù)測量（ZVW）模式，并行收發(fā)（STSR）的雙偏振參數(shù)（Zdr，ρHV，KDP）測量模式，以及單發(fā)雙收的雙偏振參數(shù)（ρHV，LDR）測量模式三種。云雷達(dá)也具有HCA、LWC/IWC、融化層識別等功能。雙偏振掃描云雷達(dá)幾乎全部采用“天線—收發(fā)—處理”一體化結(jié)構(gòu)，即收發(fā)與處理部件全部安裝在天線上，實(shí)現(xiàn)免旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)運(yùn)行，最大程度地減少系統(tǒng)本身帶來的誤差。同時(shí)，在一定程度上，云可以近似看作大氣運(yùn)動的示蹤物，由此可以測量大氣垂直氣流速度。

由于大氣運(yùn)動對人工影響天氣作業(yè)（特別是煙爐催化模式）效果具有決定性的影響作用，因此用來測量大氣運(yùn)動的風(fēng)廓線雷達(dá)仍然是人影工作中重要的觀測設(shè)備。但是，我國目前使用的風(fēng)廓線雷達(dá)，仍然存在一些需要解決的問題，如動態(tài)范圍不足，根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)需要至少105 dB的動態(tài)范圍，以克服菲涅爾鏡式反射以及降水回波等原因可能導(dǎo)致的接收機(jī)飽和問題，這要從硬件設(shè)計(jì)上考慮解決方法；抑制各種雜波干擾，包括射頻干擾、地物污染、昆蟲與飛鳥這類間歇雜波等，小波雜波濾波法是優(yōu)先解決方案[7]。智能峰值檢測算法可在時(shí)頻域處理以及不同波束回波中找到大氣回波[8-10]，極大地緩解觀測的無回波區(qū)。這樣，數(shù)據(jù)質(zhì)量得到良好的控制。配合電聲探測系統(tǒng)（RASS），直接得到的風(fēng)廓線與虛溫廓線。通過信號處理算法，可分離強(qiáng)降水回波資料，擴(kuò)展雷達(dá)輸出產(chǎn)品。

雙波長雙偏振多普勒雷達(dá)（D3R），可以觀測到更多的參數(shù)，其雙波長比已經(jīng)用于水凝物的相態(tài)識別中[11]。甚至可以利用不同水汽含量的大氣對不同波長的衰減程度差異來觀測反演大氣濕度[12]。

篇幅原因，本文不再涉及這些內(nèi)容。

隨著天氣雷達(dá)研究及應(yīng)用的深入，近年來，國際上生產(chǎn)天氣雷達(dá)的公司，如位于美國的EEC公司、Prosensing公司，德國的Gematronik公司等，已將原定幾乎全面轉(zhuǎn)向全固態(tài)雷達(dá)的發(fā)展方向，重新設(shè)定成固態(tài)雷達(dá)增強(qiáng)發(fā)射功率、磁控管雷達(dá)接收相參雙偏振配置的格局。還有一些公司，如美國的Baron公司、Ridgeline公司，德國的Gamic公司以及意大利的ELDES公司等，致力于研制、生產(chǎn)磁控管雙偏振多普勒天氣雷達(dá)。由于這種雷達(dá)采用天線、收發(fā)系統(tǒng)與信號處理器等一體化的結(jié)構(gòu)，避免了由于天線運(yùn)動而引起的饋線性能變化，實(shí)現(xiàn)了低成本的雙偏振雷達(dá)中，雙通道幅相平衡問題，顯現(xiàn)出高性價(jià)比的優(yōu)勢。

美國、加拿大、德國、意大利、韓國等發(fā)達(dá)國家，以及巴西、印度這類發(fā)展中國家，將X波段長壽磁控管雙偏振多普勒天氣雷達(dá)作為氣象業(yè)務(wù)雷達(dá)網(wǎng)的補(bǔ)充（補(bǔ)盲雷達(dá)），或用于氣象災(zāi)害監(jiān)測與跟蹤、火山灰與沙塵暴等的監(jiān)測與跟蹤、甚至森林火災(zāi)的監(jiān)測與跟蹤等工作中[13-17]。表1給出了當(dāng)前一些典型天氣雷達(dá)的特點(diǎn)。

表1 天氣雷達(dá)類別、用途與特征Table 1 Weather radar classification, application and characteristics list

事實(shí)上，MaXPol雷達(dá)在內(nèi)陸地區(qū)試用，其性能已基本滿足要求。但如果在沿海，并遇到像臺風(fēng)這樣的強(qiáng)降水天氣過程，其發(fā)射功率顯得有些力不從心，觀測距離會降低至30 km左右。這種情況，就需要像德國的Gematronik公司和美國的EEC和Baron公司那樣，將發(fā)射功率提高到200～300 kW的水平才能表現(xiàn)出較好的性能。

鑒于探測物理量優(yōu)先和數(shù)據(jù)質(zhì)量優(yōu)先的原則，本文主要討論在WXR-MD-10多普勒天氣雷達(dá)[18]基礎(chǔ)上，參考目前全球力推的X波段長壽磁控管雙偏振多普勒天氣雷達(dá)設(shè)計(jì)理念所研發(fā)的MaXPol雷達(dá)[19]的結(jié)構(gòu)、性能與直接觀測結(jié)果及其價(jià)格優(yōu)勢。

1 MaXPol雷達(dá)簡介

1.1 原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

MaXPol雷達(dá)在參考國外先進(jìn)的X波段雷達(dá)，如美國Prosensing公司的XPol，Baron公司的Gen3，ARC公司的X波段雷達(dá)和Redgline公司的RXM-25（由WMO認(rèn)可，全球唯一的標(biāo)準(zhǔn)雙波長雙偏振多普勒天氣雷達(dá)CHILL的X波段原型的獨(dú)立脫離設(shè)計(jì)而成）等雷達(dá)，以及德國Gamic公司的GMWR-50DP，Gamatronic公司

的METEOR 60DX，意大利ELDES公司的WR-25XP等雷達(dá)的實(shí)用化和基于高數(shù)據(jù)質(zhì)量要求的設(shè)計(jì)理念，沿用其磁控管雷達(dá)收發(fā)單元靈巧，可置于天線俯仰平臺上的設(shè)計(jì)方法，避免系統(tǒng)因觀測需要，發(fā)生方位俯仰轉(zhuǎn)動，從而引起旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)及其他長距離微波傳輸饋線（波導(dǎo)）系統(tǒng)的參數(shù)變化而導(dǎo)致的系統(tǒng)測量誤差；使用接收相參脈沖雷達(dá)制式，通過先進(jìn)而可靠的數(shù)字信號處理技術(shù)，獲得良好的相參接收效果；采用結(jié)構(gòu)簡單的同發(fā)同收（STSR）水平（H）/垂直（V）雙線偏振工作模式，以獲得高質(zhì)量多普勒參數(shù)（Z，V，W）和雙偏振參數(shù)（Zdr，ρHV，φDP或KDP）的測量結(jié)果。

MaXPol為英文Magnetron X Band Dual-Linear Polarization Weather Surveillance Radar的縮寫，意為磁控管X波段雙偏振多普勒天氣雷達(dá)。其原理和結(jié)構(gòu)示意如圖1。該雷達(dá)按照功能分成了3大部分：天線及支撐平臺部分是雷達(dá)的核心，雷達(dá)控制室部分是必須的輔助部分，運(yùn)行（作業(yè)指揮）中心是應(yīng)用場景。雷達(dá)控制室的計(jì)算機(jī)主要用途是檢查和監(jiān)控，可以省略；如果空間有限，或雷達(dá)控制室與運(yùn)行中心相隔很近，二者是可以合二為一的。

圖1 MaXPol雷達(dá)原理（a）與結(jié)構(gòu)圖（b）Fig. 1 Block scheme and structural scheme for MaXPol

雷達(dá)工作流程描述如下。

發(fā)射過程：數(shù)字信號處理器產(chǎn)生參差頻率的觸發(fā)脈沖，并控制磁控管發(fā)射機(jī)工作于所需脈寬，形成50 kW大功率微波輸出。該輸出經(jīng)過3 dB功率分配后形成兩路各25 kW的功率微波信號，通過定向耦合器和環(huán)流器，由天線發(fā)射出去，實(shí)現(xiàn)水平與垂直偏振探測。同時(shí)，兩個(gè)發(fā)射通道通過各種的正反向定向耦合器，采集發(fā)射與接收功率，數(shù)字化后被用來檢測發(fā)射功率與駐波比，以評估兩個(gè)發(fā)射通道的各自性能與平衡度，同時(shí)提供發(fā)射樣本的中頻信號。

頻率跟蹤：通過對發(fā)射中頻樣本進(jìn)行瞬時(shí)測頻，控制頻綜（FS）產(chǎn)生一個(gè)與磁控管頻率（f0）多出1個(gè)中頻頻率（IF）的穩(wěn)定本振信號（fL），即fL=f0+IF。

接收過程：雷達(dá)天線接收到的水平（H）和垂直（V）偏振回波信號，經(jīng)各自的環(huán)流器和限幅器后進(jìn)入微波中頻模塊。在這里，回波信號首先被兩個(gè)高增益低噪聲放大器放大到合適的電平，再被兩個(gè)單邊帶混頻器下變頻為H和V偏振中頻信號。

數(shù)字下變頻：上述中頻信號被數(shù)字中頻接收機(jī)（IFD），以采樣頻率fs直接數(shù)字化為數(shù)字中頻信號，然后被使用頻率為IF的復(fù)本振信號的數(shù)字下變頻器（DDC），下變頻為復(fù)基帶信號Ih/Qh和Iv/Qv。發(fā)射中頻樣本也被數(shù)字下變頻為IT/QT。由于是數(shù)字信號處理，DDC在信號處理器（DSP）中實(shí)現(xiàn)。

數(shù)字式接收相參處理：復(fù)基帶信號（IT+jQT）包含了磁控管工作的頻率漂移和隨機(jī)初相；利用它，與回波信號（Ih+jQh）和（Iv+jQv）進(jìn)行一種專門的特殊處理，可消除磁控管不穩(wěn)定造成的影響，獲得全相參系統(tǒng)類似的相參性能，輸出相參復(fù)基帶信號。

信噪比提高：使用相參積累技術(shù)，獲得處理增益，提高信噪比。發(fā)射脈寬為τ（其帶寬BW=，可獲得10×log10）的信噪比改善，既提高了靈敏度，又?jǐn)U展了動態(tài)范圍。

接收性能最優(yōu)化：利用瞬時(shí)噪聲功率檢測技術(shù)，來自動選擇系統(tǒng)工作在不同時(shí)間、方位、仰角以及太空中噪聲的狀態(tài)下的處理閾值，隨時(shí)獲得最佳信噪比。

地物雜波處理：可選擇使用時(shí)域?yàn)V波、或頻域高斯模型自適應(yīng)濾波（GMAP，只考慮幅度信息）、或雜波環(huán)境分析自適應(yīng)濾波處理（ CLutter Environment ANalysis using Adaptive Processing filter，CLEAN-AP算法，同時(shí)考慮幅度與相位），獲得最佳地物、超折射雜波處理效果。信息提?。翰捎脮r(shí)域相關(guān)矩估計(jì)算法和頻域譜分析算法，提取多普勒信息（Z，V，W）；在時(shí)域上對雙通道復(fù)基帶信號（IH+jQH）和（IV+jQV）進(jìn)行幅度和相位的處理，獲得雙偏振參數(shù)（Zdr，ρHV，φDP或KDP）。

1.2 性能指標(biāo)

吸收并本土化國外發(fā)達(dá)國家先進(jìn)的雷達(dá)標(biāo)定方法，以硬件參數(shù)測量為基礎(chǔ)，以小雨法、太陽與地物結(jié)合法、標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)反射法等[20-21]，來對雷達(dá)進(jìn)行標(biāo)定，效果完全堪用。

收發(fā)機(jī)性能可通過儀表進(jìn)行測量，這也是我國每年CINRAD雷達(dá)巡檢需要完成的工作。但是，由于條件限制，天線的指標(biāo)往往只能靠廠家測定。由于天線旁瓣電平、H/V的平衡和隔離度直接決定了雙偏振雷達(dá)的性能[22]，使用中檢查天線性能是很必要的。地物雜波測量結(jié)果比對法是一種簡單可行的方案。

2019年3月25日中國氣象局觀測司發(fā)布了《X波段雙線偏振多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)功能規(guī)格需求書（第一版）》，該書雖然沒有完全參照WMO的相關(guān)指標(biāo)要求，但是給出了雷達(dá)設(shè)備應(yīng)達(dá)到的基本條件。

圖2給出了在測量量程范圍內(nèi)，MaXPol雷達(dá)的設(shè)計(jì)性能。實(shí)際觀測中，驗(yàn)證了雷達(dá)測量性能的裕量。

圖2 MaXPol雷達(dá)測量范圍內(nèi)的性能Fig. 2 SNR (means Sensitivity) of MaxPol in measurement range

1.3 距離模糊識別能力

MaXPol雷達(dá)可選用3∶2、4∶3和5∶4的參差脈沖重復(fù)頻率，在75 km距離檔，不模糊速度達(dá)到55.7 m·s-1，在150 km距離檔，不模糊速度也能達(dá)到約28 m·s-1。因此，在測量距離擋位，速度模糊問題基本不會出現(xiàn)。

圖3a給出了75 km距離檔的距離模糊實(shí)例。實(shí)際目標(biāo)在150 km距離檔清晰可見。在75 km距離檔觀測時(shí)，由于參差重復(fù)頻率的關(guān)系，在兩個(gè)距離上顯示該目標(biāo)。2∶3參差重頻的周期分別是516.6 μs和774.9 μs，其模糊距離分別為77.5 km和116.2 km。133至144.5 km距離的目標(biāo)，模糊位置是133-77.5=55.5（km）至144.5-77.5=67 （km）；以及133-116.2=16.8（km）至144.5-116.2 = 28.3（km）。

圖3b為150 km檔的距離模糊實(shí)例，由于距離已經(jīng)超過150 km，不再加以分析。

圖3 MaXPol雷達(dá)具有距離模糊識別能力Fig. 3 The MaXPol radar is with the ability of identifying range folding

1.4 差分相移模糊處理

差分傳播相移模糊是因?yàn)樵趶较颍姶挪▊鞑ミ^程中，垂直偏振與水平偏振的累計(jì)相移差超過了±180°而引起折疊。由于全球業(yè)務(wù)雷達(dá)多屬S波段，長的波長不太容易引起差分相移的折疊。因此不太容易見到這方面的描述。

MaXPol是X波段雷達(dá)，這種雷達(dá)比起S波段來，同樣含水量的降水，引起的差分傳播相移要大3倍。因此，X波段雙偏振雷達(dá)是比較容易出現(xiàn)差分傳播相移模糊的。圖4是MaXPol雷達(dá)出現(xiàn)差分傳播相移模糊的兩個(gè)實(shí)例。

圖4 MaXPol雷達(dá)在2020年測量中出現(xiàn)的差分相移模糊實(shí)例Fig. 4 Folding examples of differential phase in radar measurements by MaXPol in 2020

因?yàn)椴罘謧鞑ハ嘁坡实墓烙?jì)是以差分傳播相移為基礎(chǔ)的，一旦出現(xiàn)模糊，將引起其差分傳播相移率的極大誤差。根據(jù)天氣系統(tǒng)存在連續(xù)性的本質(zhì)，采用連續(xù)性原理，可以實(shí)現(xiàn)差分傳播相移模糊的檢測與校正。這是以360°為周期的解模糊處理，是一種比較簡單的判斷和運(yùn)算。

2 MaXPol雷達(dá)對人影典型作業(yè)天氣中的觀測

2.1 三個(gè)偏振參數(shù)表達(dá)的物理含義

差分反射率Zdr表示目標(biāo)粒子在統(tǒng)計(jì)意義上的形狀,與降水粒子的尺寸和軸比有關(guān)。它是區(qū)別冰晶、雪花、霰、雨滴、冰雹、蟲/鳥、煙囪以及風(fēng)電支撐桿等目標(biāo)的重要參數(shù)之一，也是粒子譜和含水量等計(jì)算的重要參數(shù)之一。

共極化0階相關(guān)系數(shù)ρHV是一個(gè)被H/V各自幅度歸一化后的互功率。歸一化的結(jié)果就是這個(gè)參數(shù)在規(guī)則目標(biāo)形狀時(shí)，取值趨于1。因此，在單一降水目標(biāo)情況下，該參數(shù)接近于1；在混合目標(biāo)情況下，則明顯降低。非球形、變姿態(tài)的目標(biāo)，該參數(shù)的測量會變得很低。

這個(gè)參數(shù)表示目標(biāo)粒子在兩個(gè)偏振方向上的統(tǒng)計(jì)意義的相關(guān)性。它是區(qū)別單一類型與混合類型降水的重要標(biāo)志；也是龍卷、沙塵暴、火場煙柱（舌）等的專門識別標(biāo)志。在粒子分類中作用重大。

差分傳播相移（率）是雙偏振雷達(dá)定量測量降水考慮的最重要參數(shù)。由于在一定信噪比條件下，相位與幅度無關(guān)的特性，從理論上考慮，這個(gè)參數(shù)與降水率成正比，是最合適的含水量測量的依據(jù)。由于信噪比降低，會引起這個(gè)參數(shù)的退化，弱回波的情況將使該參數(shù)變得惡化。

差分傳播相移的估計(jì)稍為復(fù)雜，如圖5所示，說明了差分傳播相移的成因。由于降水系統(tǒng)中所有雨滴的形狀在水平垂直兩個(gè)方向上的差異，其介電常數(shù)也有差異，水平垂直偏振電磁波傳播速度隨著發(fā)射變化，引起各自移相φh和φv的差異。

圖5 差分傳播相移（率）的測量考慮Fig. 5 The measurement of (specific) differential phase shifts

2.2 降雨觀測及原始回波分析

首臺MaXPol雷達(dá)于2019年9月2日完成了威寧縣氣象局（人工影響天氣辦公室，海拔高度約2200 m）落戶安裝。在稍后的2019年9月10日15：32（北京時(shí)）的觀測中，獲得了圖6的觀測結(jié)果。該次觀測未使用距離訂正，使用3∶2脈沖重復(fù)頻率。從圖6a可見，如果考慮距離訂正因素，全部降水區(qū)域反射率因子應(yīng)該在40 dBz左右。西方出現(xiàn)空白區(qū)域，是因?yàn)樵摲较虬惭b有一臺WXR-MD-10多普勒雷達(dá)造成遮擋的緣故。從圖6b可見，在強(qiáng)信噪比處（反射率因子回波圖可知），相關(guān)系數(shù)接近于1，說明本次降水屬于單純降雨過程。在低信噪比位置，相關(guān)系數(shù)被退化到0.7以下[23]。從圖6c可見，降水過程自東南向西北方移動。其中，在東南向15 km左右位置，出現(xiàn)了速度模糊的情況，其原因是該圖的顯示是未使用速度退模糊算法，而僅使用516.6 s的周期估計(jì)速度的緣故（模糊速度約15.5 m·s-1）。從圖6d可見，降水過程雨滴較大，在西南方約50 km處，出現(xiàn)大雨滴的情況。從圖6e可見，降水過程中，含水量比較均勻，因?yàn)椴罘謧鞑ハ嘁频淖兓剩碖DP）比較均勻。

圖6 大面積降雨觀測結(jié)果（a—e）Fig. 6 Observations of rainfall in large range (a-e)

另一次強(qiáng)降水實(shí)例為2020年6月17日的一次降水過程。觀測時(shí)間21：33，方位129.2°，使用距離訂正的RHI。距離約25 km處，雷達(dá)RHI回波在離地面2 km高度回波區(qū)域出現(xiàn)55 dBz較強(qiáng)降水回波，在同樣位置上，相關(guān)系數(shù)接近于1，表明該區(qū)域?yàn)閱我唤邓ㄓ辏罘址瓷渎蔤dr數(shù)值極大（約4.5 dB），表明降水粒徑很大，差分傳播相移隨距離方向變化明顯，表明其含水量較高。這些特征符合強(qiáng)降水標(biāo)志。35～42 km更遠(yuǎn)距離處的第2個(gè)回波，由于電磁波受到第1個(gè)回波區(qū)降水的衰減影響，其強(qiáng)度已經(jīng)降低。其差分反射率也同樣受到影響。通過差分相移（率）可以補(bǔ)償這些衰減[24]，通過編制程序來實(shí)現(xiàn)。

2.3 降雪觀測及原始回波分析

2020年3月10日，MaXPol在威寧首次觀測到降雪。時(shí)間00：06，仰角3.7°，PPI觀測結(jié)果如圖7所示。降雪回波不強(qiáng)，最強(qiáng)約35 dBz，多數(shù)在25 dBz左右；相關(guān)系數(shù)ρHV在高信噪比（強(qiáng)回波）區(qū)時(shí)接近于1，低信噪比（弱回波位置）被退化降低；差分反射率和差分傳播相移較為均勻。圈起部分出現(xiàn)差分反射率增大和相關(guān)系數(shù)減少的情況，說明降雪過程在該處伴隨降雨且雨滴較大。

圖7 降雪過程的觀測結(jié)果Fig. 7 Presentation of dual-polarization variables in snowfall

3 結(jié)論

通過雙偏振多普勒天氣雷達(dá)的基本物理量及雙偏振信息，如反射率因子Zh、差分反射率Zdr、相關(guān)系數(shù)ρHV、差分傳播相移φDP，能夠得到降水粒子的大小、形狀和相態(tài)等微物理信息，能夠有效地進(jìn)行強(qiáng)對流天氣的監(jiān)測及預(yù)警，有助于人工影響作業(yè)時(shí)間及位置的判斷，提高人工影響天氣作業(yè)質(zhì)量。

MaXPol通過一年多的試運(yùn)行，顯示出了較好的雙偏振觀測能力，其分辨力、靈敏度以及穩(wěn)定性得到了考驗(yàn)；雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)可靠，但定性分析回波不能滿足實(shí)時(shí)人影作業(yè)指揮要求，基于軟件的識別與定量計(jì)算是提高效率和實(shí)時(shí)應(yīng)用的關(guān)鍵；轉(zhuǎn)化理論模型為軟件實(shí)現(xiàn)算法是智能處理的核心工作。

致謝：本文撰寫得到了貴州省威寧縣氣象局（人影辦）、成都亙波雷達(dá)科技有限公司提供的觀測數(shù)據(jù)與雷達(dá)結(jié)構(gòu)的幫助，作者在此一并表示感謝。