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雙偏振雷達 與 雨滴譜儀 分析之不同氣候類型下的雨滴粒徑分布 2003, Journal of Atmospheric Sciences, Vol. 60, 354-365 V. N. Bringi, V. Chandrasekar, and J. Hubbert E. Gorgucci W. L. Randeu and M. Schoenhuber 報告者：童崇旗 雨滴粒徑研究 的 背景知識 雨滴軸長比： 雨滴次長軸b與主長軸a的比值 雨滴下落時三種型態的震盪： (a) 軸對稱型震盪 → 雙向散射 (b) 橫軸型震盪 → 單向散射 (c) 綜合型震盪 於雙偏振雷達的觀測上； (a)型的傾向軸恆與垂直向偏振 電磁波平行，(b)、(c)兩型則有傾 角上的變異。 水管測試(water hose test)實驗 粒徑約介於2 - 3.75 mm間的雨滴與前人之研究成果呈現的一致性甚佳。 較大粒徑的雨滴出現較前人研究成果為高的軸長比偏移。 水管測試雨模式 與 雙偏振雷達參數 平均軸長比 r 和雨滴粒徑D間為近似線 性關係：r = 1 – βD，其中斜率β會隨著 綜合型震盪效應的影響而變化。 比相差Kdp可依下式求出： 其中λ為波長(m)，W為雨水含量(g/m3)， D為質量權重的平均粒徑(mm)，C為無因 次常數(約3.75)，σeff為有效傾角標準差。 把 定義為有效斜率參數 βeff，如此可將綜合震盪效應考慮進去。 ※ 雨滴譜參數介紹 各種氣候類型下之雨滴譜採樣 利用連續取得的五組樣本，計算其降雨率的標準差以區別降雨型態：R ≤ 1.5 mm/h → 層狀，R 1.5 mm/h → 對流。 雨滴譜儀資料 南中國海季風實驗(SCSMEX)期間的一個層狀降水個案之採樣樣本與常態化的gamma方程呈現一致性！ 兩個轉折點的特性使得此法於μ的估計上較其他方法為勇健(robust)。 雨滴譜儀資料(續) 四個發生在1、2號氣候類型的點由於儀器(RD-69)的截斷效應而有所偏差，使μ 的估計偏低。 此圖顯示，平均而言，降雨分布應非指數型(μ=0)；不管在何種氣候類型下，gamma型皆較能忠實呈現真實降雨的雨滴粒徑分布特性。 就儀器而言，二維錄影式雨滴譜儀較優於RD-69式雨滴譜儀(除了在強風下對小雨滴的觀測方面)。 ※ 儀器觀測原理 雷達分析 根據Gorgucci et al.(2001, 2002)所提出的方法，可利用雷達參數Zh，Zdr，Kdp求出雨滴譜參數βeff，D0，Nw；其中由於β只有在較大雨時才能求出(門檻：Zh ≥ 35 dBZ, Zdr ≥ 0.2 dB, Kdp ≥ 0.3 ?/km)，故當降雨較小的情況下，則使用另一間接的方法(Bringi et al. 2002)。 雷達分析(續) 雷達反演和雨滴譜儀估算之降雨率間一致性良好。 在高降雨率處，雨滴的破碎與合併達成平衡。 雷達、雨滴譜儀資料整合統計 總結 由雙偏振雷達觀測參數Zh、Zdr和Kdp估算雨滴粒徑分布參數βeff、D0和Nw的方法已確立。在這之中，有效斜率參數βeff 概念的帶入是一大進展。 採用直接推估過程(Zh、Zdr和Kdp)或間接推估過程(Zh和Zdr)取決於各雷達參數的勇健與否(robust)。 不論在何種氣候類型下，由雷達反演和由雨滴譜估算出的 Nw和D0皆顯示良好的一致性。層狀性降雨類型中，兩者呈現線性逆相關，其兩端各顯示不同的微物理過程；對流性降雨類型中則呈現兩群簇，分別代表海洋性、大陸性兩種對流降雨類型。 由二維錄影式雨滴譜儀觀測取得之樣本的統計結果可知，不論在何種氣候類型下，gamma型DSD為較佳的雨滴粒徑分布函數。 目前建立的這套由雷達參數估算DSD參數的方法於DSD形狀參數μ的校驗上較為困難，將是未來需進一步研究的課題。 報告結束， 謝 謝 ！ 雨滴譜儀種類 與 觀測原理 * * 5-mm drop (a) (a) 靜止形狀 (b) (b) (c) (c) (c) (c) 軸長比的變異性小，標準差僅0.157，顯示雨滴平衡震盪時的振幅偏小。 Andsager et al. 1999 Beard Chuang 1987 βeff 的概念被提出後，開始有人發展由雷達觀測參數Zh，Zdr和Kdp估算βeff 、Dm 和Nw 的方法。(Gorgucci et al. 2001, 2002) Gamma DSD (Ulbrich Atlas, 1984) 第x矩量 第4矩量 第6矩量 第3矩量 D0 : 中值體積直徑 N0 : 截距參數 m : DSD