雷达是无线电目标探测和测距的缩写,通过发射和接收电磁波来探测和定位目标。电磁波是横波,具有不同的偏振状态,偏振 (或极化)是指雷达探测电磁波在传播时其电场的振动方向,在水平方向振动的称为水平偏振波,在垂直方向上振动的称为垂直偏振波。
新一代天气雷达中单偏振雷达是水平偏振雷达,而技术升级的双偏振雷达是具有偏振分集功能的雷达,即可分别或同时用水平偏振和垂直偏振进行探测,并将探测结果进行比较,得到偏振参量。
单偏振多普勒雷达只是发射单一偏振波,通常是水平偏振波,能探测到反射率因子(以下简称“强度”)、多普勒速度两个数据参量,根据多普勒速度的方差又可以得到谱宽,在灾害性天气监测、预警及短临天气预报方面发挥了非常关键的作用。但其目前仍存在很多不足,例如雷达资料质量如地物回波、晴空湍流回波、林火回波、海浪回波和生物回波等非气象目标的识别问题,单偏资料估测降水精度问题等,更是没办法识别云内降水粒子的相态,不能分辨产生回波的是水滴、雪花、冰粒还是混合粒子,导致无法进一步分析云物理过程。
出现上述问题的主要原因是,多普勒雷达设计的时候假设气象粒子都是球形的,采用水平偏振单一偏振波探测,得到的只是和粒子水平尺度相关的强度信息。而大量研究发现,由于空气浮力作用,大气中降水水相态粒子不是球形的,而是扁平状的,如果雷达能水平和垂直方向测量,就能分辨它们,从而更好地识别降水。
双偏振雷达是新一代天气雷达的一次重要技术升级,它除了强度、多普勒速度、谱宽以外,多了相关系数、差分反射率、差分传播相位移、差分传播相位移率等探测参数,根据这些参数可生产更多产品,能更好地区分降水与非降水以及降水相态,识别冰雹、融化层,更精确地估测强降水。
当然双偏振技术更加复杂,雷达维护更加困难,还有很多存在的问题需要通过不断试验、实践逐步解决。
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