近年来，越来越多的多普勒天气雷达已或正升级为双偏振多普勒天气雷达(简称双偏振雷达)，并被广泛用于降水微物理过程或特征研究中。双偏振雷达能够交替发射和接收两种偏振波，因此，它除了可获取传统天气雷达的水平反射率因子Z_H、径向速度V和谱宽W外，还可以探测到差分反射率因子Z_DR、差分传播相移Φ_DP或差分传播相移率K_DP、相关系数ρ_hv等参量。其中，Z_DR是水平反射率因子和垂直反射率因子之比，其值越大代表粒子越大且越偏平，反之粒子越小且越接近球形(图1);K_DP可以反映液态水含量大小，其值越大代表含水量越高。

图1. 小、中和大雨滴对应的粒子直径和差分反射率因子示意图

使用双偏振参量进行反演可进一步获取粒子的尺寸大小、形状和雨滴谱分布等更为精细的降水信息，如约束伽马(C-G gamma)雨滴谱反演模型。由于传统的C-G gamma反演模型需要用到滴谱分布中的形状-斜率(μ-Λ)关系式，且不同降水气候区(如我国华南和华东)或不同降水类型(梅雨和台风降雨)的μ-Λ关系式各有不同。这导致使用本地双偏振雷达反演雨滴谱前，必须先从本地降水(甚至不同降水类型)的雨滴谱观测中获得μ-Λ关系式。但是，同一个降水事件不同阶段的降水类型(如台风不同雨带降水之间)都有可能不同，若始终采用固定的μ-Λ关系式进行雨滴谱反演，势必会产生一定的反演误差。

其实，完全可以将华东和华南(或台风不同雨带)的降水雨滴谱资料放在一起，并将降水分为以小型、中型和大型雨滴为主的三种降水类型(图1)，并相应获得三种不同的μ-Λ关系及对应的差分-水平反射率(Z_DR–Z_H)关系式，并将它们应用于双偏振雷达的降水雨滴谱反演。如图2所示，大雨滴为主的降水类型不论μ-Λ还是Z_DR–Z_H散点(红色点或拟合线)都位于图形左上角，而小雨滴为主的降水类型分布在右下角，其实，这种分布特点是由粒子越大越扁平形状的属性决定的。具体反演:当双偏振雷达监测到以大雨滴为主的降水类型时(图1a红线)，可根据偏振雷达输出的Z_DR–Z_H关系式(图1b红线)，调用匹配的μ-Λ关系式(图1c红线)用于降水微物理量的反演。

近期我们将该方法应用于台风“利奇马”(2019)眼墙(大雨滴为主)、内雨带(中雨滴为主)和外雨带(小雨滴为主)三种不同雨带降水的滴谱反演中，其检验结果证实这种依据双偏振雷达观测量灵活选用最佳μ-Λ关系式的雨滴谱反演方法相比传统预先设定单一且固定的μ-Λ关系式反演方法具有更多的优势。上述工作以“Dual-polarization radar retrieval during Typhoon Lekima (2019): Seeking the best-fitting shape–slope relationship depending on the differential–horizontal reflectivity relationship” 为题发表在《Atmospheric Research》，论文第一作者为中国气象局上海台风研究所张帅博士，通讯作者为鲍旭炜研究员，合作作者包括复旦大学吴立广教授和温州市气象局袁慧珍硕士。

图2. (a)为μ-Λ (mm^–1)散点分布图，红(蓝)点分别代表μ位于大(小)于75%(25%)的采样点;(b)为根据(a)中的红色(代表大雨滴为主降水类型)和蓝色(代表小雨滴为主降水类型)采样点计算的Z_H(dBZ)与Z_DR(dB)的关系式;(c)同(a)，红(蓝)线分别表示使用位于图两条曲线以上(下)点获得的μ-Λ关系式，黑色曲线(代表中雨滴为主降水类型)表示使用位于(b)中两条曲线之间的采样点获得的μ-Λ关系式

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169809521005342

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