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基于地基毫米波雷达的云微物理特性反演新方法

毫米波云雷达；,云水含量,有效半径,光学厚度,反演方法

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.12 青藏高原地气相互作用及对天气气候的影响

云是地-气系统中最常见也是最为重要的组成部分之一，特别是具有复杂下垫面的青藏高原上空的云，其通过反射和吸收太阳短波辐射、吸收和发射地球长波辐射以及伴随的潜热吸收和释放，影响着附近区域甚至全球的气候变化。云的辐射效应主要取决于其微物理特性，主要包括云水含量、云光学厚度、云水路径及云滴有效半径等，其中云水含量作为决定云基本特征的重要因素，对量化云的辐射效应及参与水循环的云水资源起主导作用，然而气候模式中仍然无法对其准确地模拟表征，因此，针对遥感仪器探测数据开展算法反演获取高原云的微物理特性至关重要，对于改进云在模式中的表征，减小气候变化敏感性及准确预测未来气候变化具有重要意义。

以主动遥感为探测方式的毫米波雷达具有波长短、云层穿透性强、时空分辨率高等优势，是探究云物理特性的有效工具，然而目前基于毫米波雷达反演云微物理特性的方法存在诸多的局限性，如依赖于粒子谱假设、对云中大粒子敏感、需要雷达绝对校准等，为此，本研究中针对液态水云，利用云水含量与雷达回波信号吸收衰减量之间的内在联系，基于辐射传输理论和雷达探测原理，通过构建能合理描述云水含量、雷达反射率因子和整层云内衰减协调自适应的物理方案，提出一种云水含量反演新方法，并在此基础上结合云水含量、云滴有效粒径、云光学厚度及雷达反射率因子等物理量之间的相互联系，提出云滴有效半径和云光学厚度反演新方法，实现云微物理特性的反演无需云滴谱分布假设、包含雷达绝对校准、且不受云中大粒子和云层类型的干扰。

在算法准确性评估方面，我们首先将算法应用于地基毫米波雷达，并将反演得到的云水含量及云滴有效半径分与飞机原位探测数据所提供的产品相比较，结果显示新方法相较于传统经验公式方法以及联合微波辐射计反演方法更接近于飞机探测数据，反演误差相较于现有经验公式法降低约 38%以上，且有效地解决了液态水云中存在大粒径粒子、反射率较大时反演结果严重高估的问题，新方法可为未来基于青藏高原典型致灾气象过程综合观测平台的多波段雷达开展云特性反演提供有效的技术支撑。