李 熠

四川省绵阳市气象局 四川 绵阳 621000

1、双偏振多普勒雷达的概述

随着现代化的快速发展，多普勒雷达在各行各业中发挥着十分重要的作用，尤其是在人工影响天气等方面，是当前预防灾害性天气的有效手段。双偏振多普勒雷达是以多普勒效应为前提，利用测定信号个发射信号高频率间出现的差异得到所需要得到的信息。通过双偏振多普勒雷达能够对散射体相对于雷达移动的速度进行测量，在相关的基础前提下，能够将大气风场、气流垂直速度分布与湍流情况等反演出来。

偏振主要是指电磁波在进行传播时电场振动的方向。电场在垂直方向上的振动为垂直偏振波，水平方向的偏振为水平偏振波。双偏振多普勒雷达的发射方式主要有两种，即为交替发射或同时发射。双偏振雷达回波反射率Z的大小通常是由扫描体积中粒子的分布、大小以及相态与定向数据信息所决定的。一般情况下，因为雨滴的长轴与地面扁椭球状呈平行状态，所以利用偏振雷达所观测到的水平反射率ZH相对于垂直反射率要大一点，即雨滴的差分反射ZDR不小于0dB。强对流雷暴云存在的高度以及云动力结构对水成物粒子的产生是较为复杂的。根据以往大量的实验数据表示，冰雹与降水间存在着较大的区别，将降雨云与强雷暴云的回波反射率相对比，冰雹的数值要比降水的回波反射率高，发生这种现象可能是由于空气动力对降雨云中水滴增长尺度产生的影响，从而对其下落方式与变形程度产生限制，可以明显看出，尺度与雨滴长轴以及短轴的比率有着较为紧密的关系。通过偏差雷达测量的ZH回波强度与差分反射率ZDR对各项异性以及各项同性形成的降水粒子都存在着一定的贡献作用，就算全都是各项同性的扁椭球状的冰雹，差分反射率ZDR的雨滴也会存在不同，原因是低密度冰雹的介电常数通常相对较小。以上这些偏振的特征都是由长期以来的实验观测与理论模式计算并得到证实的。

2、双偏振多普勒天气雷达的工作原理及特点

双偏振多普勒天气雷达的工作原理与单偏振的较为相似，其通过向空中间歇性发射脉冲式电磁波，电磁波通过类似直径路径进行传播，当其在传播过程中遇到气象目标之后，脉冲电磁波会被朝着周围发生散射，其中有一些散射会向雷达方向返回，也就是后向散射回波会被雷达天线接收，雷达从回波信号当中提取出有效参数，进而实现对天气目标物的测量。双偏振系统具有自身的优点即为发射水平与垂直两种极化方式电磁波，这两种不同极化状态的电磁波在遇到不同降水粒子进行散射，在后向散射回波当中包括各种粒子产生的不同的反射率、极化差分反射率等有关系数不同，雷达结合回波的有效信息，通过对双偏振参数的估算，将降水状态、指向、尺寸以及降水类型等进行反演。探测降水雷达针对反射波长长度分为X波段（波长为3厘米）、C波段（波长为5厘米）与S波段（波长为10厘米），X波段雷达比较适合探测小雨，C波段对中雨的探测较为适宜，S波段的雷达则更为适合探测暴雨以及冰雹。

多普勒天气雷达能够测量的基本参数有3个：除了可以像常规雷达一样能够测量雷达反射率因子，即回波强度之外，还能够测量在雷达取样体积内的平均多普勒速度与谱宽。在雷达探测的过程中，显示器上的回波类型较多，为了便于分析与应用，大致可以分为气象回波与非气象回波。气象回波主要是由大气中云、降水中各种水汽凝结物形成。非气象回波则是由飞机、地物等非气象目标物或者由于雷达性能不稳定形成的。同时气象回波有可以分为降水回波以及非降水回波，怎样才能够正确的对各种雷达回波做到分析与判断，这对于大气科学、国防与航空航天等领域都有着十分重要的意义。

3、双偏振多普勒雷达的应用

3.1 雷电探测中的应用

云中粒子形成是由于冰相粒子与强烈上升的气流所产生的作用。由于粒子带的电荷存在的差异，是电场产生的主要原因。因为电力场的作用，正负粒子间会形成有序排列，特别是一些带电的冰晶粒子， 通过电场的作用会形成有序或是接近垂直排序，这些排序会在一定程度上将电场强度提高。而当电场强度到一定高度时，就会造成闪电。利用偏振雷达能够轻易地判断云内非球形粒子在垂直与水平方向上的优势取向能力。由此可以看出，偏振雷达不但可以用作雷电的研究，还可以对闪电进行预测，同时在电力以及森林防灾中也起着十分重要的作用。

3.2 在人工影响天气方面的应用

在使用偏振雷达时，特别是短波段云偏振雷达，有着明显的固定性特征，在对云的发展中的相关微物理变化过程中起着极为重要的作用。根据双偏振雷达能够轻而易举的对云内平面性与柱状冰晶、毛毛雨低、冰雹以及雨滴等不同形态的水成物粒子进行区分，特别是利用波段偏振雷达能够观测云发展前期的粒子形状与密度的变化情况，同时也可以对初始冰晶的出现进行观测，快速判断过冷冰晶等物理过程出现的实际与在云中的实际位置。根据有关研究表示，在人工影响天气过程中对双偏振雷达进行应用，特别是作业时机、位置以及效果检验方面都有着极为重要的作用。