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天气雷达晴空回波特征分析及其应用初步研究

作　者: 耿建军
导　师: 顾松山；陈钟荣
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 大气物理学与大气环境
关键词: 新一代天气雷达晴空回波湍流耗散率谱宽强对流
分类号: TN959.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 163次
引　用: 5次
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内容摘要

目前,在新一代多普勒天气雷达已投入业务使用的气象台站中,气象工作者对雷达回波的强度和多普勒速度信息进行了大量的研究,但对于谱宽这一多普勒雷达特有信息的研究还不多见。本文试图利用在强对流天气过程发生前晴空回波中的谱宽信息,从中提取出对恶劣天气预报预警有用的信息因子,期望对提前短时天气预报时间的研究有所帮助。第一章首先介绍了国内外天气雷达的发展、本文研究工作的意义和国内外的进展情况。第二章对天气雷达晴空回波及其成因进行分析,认为高灵敏度脉冲多普勒天气雷达观测到的边界层大气中的非降水、非鸟类、非昆虫等原因产生的晴空雷达回波是由于电磁波投射到折射率随机分布不均匀的湍流介质上产生散射造成的,随之介绍了湍流及其指标特征量,根据湍流能谱理论,引入柯尔莫戈洛夫的相似性假设,对湍流惯性平衡区进行初步分析,得出雷诺数越大,则湍能耗散尺度越小,湍能串级输送越强,湍能耗散率亦越大的结论。第三章对新一代天气雷达多普勒信息(速度和谱宽数据)的提取方法进行说明并通过推演电磁波折射率有起伏大气的反射率以-1/3次幂的规律随波长变化的关系式,验证新一代天气雷达探测晴空回波的能力。第四章分析引起多普勒天气雷达探测到的谱宽展宽的因素,并得出谱宽数据与表征湍流强度的湍流耗散率的关系,为下文的计算提供理论依据。第五章利用广州新一代天气雷达(CINRAD/SA)于2004年8月11日下午强对流天气现象发生前观测到的晴空回波谱宽资料,经过数据质量控制和预处理,估算不同探测仰角高度的湍流耗散率,发现这次强对流天气过程发生前,低层的湍流耗散率明显增强;突出地揭示了这次强对流天气过程的前兆特征。第六章总结全文并对今后的工作进行展望。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-14
  1.1 国内外天气雷达发展及基数据应用简述  10-11
  1.2 本文研究工作的意义、国内外进展以及文章结构  11-14
第二章晴空回波和湍流  14-22
  2.1 雷达回波的分类  14
  2.2 天气雷达晴空(大气)回波的定义及其成因分析  14-15
  2.3 天气雷达晴空回波的成因分析，  15-16
  2.4 湍流  16-22
    2.4.1 湍流概念  16-18
    2.4.2 各向同性湍流及湍流惯性平衡区的分析  18-22
第三章多普勒信息的提取方法及天气雷达探测晴空回波的能力  22-40
  3.1 多普勒效应  22
  3.2 多普勒信息的提取方法  22-24
  3.3 功率谱及平均径向速度和径向速度方差  24-31
    3.3.1 功率谱  24-25
    3.3.2 平均径向速度和径向速度方差  25-26
    3.2.3 提取速度和谱宽参数的简化方法——脉冲对(PPP)处理法  26-31
  3.4 多普勒天气雷达探测晴空大气的能力  31-38
    3.4.1 电磁波在湍流介质中的传播方程  31-37
    3.4.2 湍流介质反射率表达式  37-38
  3.5 小结  38-40
第四章影响多普勒回波谱宽宽度的因素  40-46
第五章一次造成重大灾害强天气过程前雷达谱宽数据中湍流特征量的提取及分析  46-59
  5.1 新一代天气雷达基数据简介  46-52
    5.1.1 基数据处理的重要性  46
    5.1.2 基数据的结构及其特点  46-47
    5.1.3 雷达回波数据格式的变化  47-49
    5.1.4 CINRAD SA／SB雷达数据结构及其C++语言描述  49-52
  5.2 CINRAD／SA雷达基数据读取方法及质量控制  52-55
    5.2.1 基数据资料的读取存储  52
    5.2.2 基数据资料的质量控制  52-55
  5.4 利用一次强对流天气个例进行湍流特征量的提取分析  55-58
    5.4.1 天气背景  55-56
    5.4.2 数据处理及分析  56-58
  5.5 小结及不足  58-59
第六章结论  59-60
  6.1 本文的主要结论  59
  6.2 本研究的特色和创新之处  59
  6.3 本研究值得改进之处  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
论文附图  64-75

天气雷达晴空回波特征分析及其应用初步研究

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