刘黎平 张扬 丁晗

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京 100081

1 引言

认识云降水微物理和动力参数垂直变化对云物理研究、数值模式云降水物理方案建立和模拟效果分析、人工影响天气、云气候效应等有重要意义。垂直指向的云雷达是实现这一目标的重要手段。但云雷达观测的回波强度（Z）是雨滴谱以后向散射能力为权重的积分结果，径向速度（Vr）是粒子下落速度和空气垂直运动速度的合成量，虽然回波强度谱密度（SZ）数据给出了不同径向速度的回波功率的分布，但湍流等影响也不可忽略，如何从这些数据中提取出云降水微物理和动力参数，并提高反演精度一直是气象雷达的重要发展方向。最早分析云内上升速度的方法是基于Z和粒子下落速度Vt的统计关系（Z-Vt关系），从雷达探测的径向速度中消除粒子下落速度的影响，从而得到空气上升速度（Hauser and Amayenc, 1981），在一定滴谱假设和忽略上升速度、湍流等影响情况下，可以利用Z、Vr和速度谱宽（Ws）反演雨滴谱参数（Frisch et al., 1995），但这些基于Z、Vr和Ws的方法有诸多假设条件，包括假定雨滴谱（DSD）、Vt与Z的关系等，存在较多不确定性和误差。

利用单波段SZ数据可以反演空气垂直运动速度（Vair）和DSD。垂直指向云雷达除了观测到Z、Vr、Ws和退偏振因子（LDR）外，还可以通过快速傅里叶变换（FFT）信号处理方法，得到SZ数据。由于雷达探测的体积内存在大小、相态和下落速度不同的降水粒子，雷达探测的后向散射能量对应不同的速度，SZ就是表示回波功率随径向速度变化的函数，它给出了不同下落速度降水粒子对应的回波能量。……