改进的机载和星载多普勒雷达雨强及雨滴尺寸反演方法

摘要： 卫星雷达遥感监测降雨对于量化全球水循环、大气能量收支以及众多云和降水微物理过程至关重要；然而，雷达对降雨率的估算对雨滴粒径分布的假设条件较为敏感。即将发射的EarthCARE卫星将搭载94GHz多普勒雷达与激光雷达、辐射计等仪器，为提升全球雨滴粒径分布反演能力提供新机遇。本文通过专为EarthCARE雷达-激光雷达协同设计的变分反演算法CAPTIVATE，展示了利用机载94GHz多普勒雷达同时反演降雨率和雨滴粒径分布参数的能力。针对2007年东太平洋"热带成分、云与气候耦合"（TC4）野外实验中观测的多种降雨类型，我们探究了多普勒速度与路径积分衰减（PIA）对反演结果的贡献，并通过与同机搭载的另一部衰减较弱的多普勒雷达独立测量数据进行对比验证。反演获得的雨滴数浓度在融冰产生的弱降雨与液态云产生的暖雨之间跨越五个数量级。多普勒速度可用于陆地降雨率估算，在陆地弱降雨廓线中可实现降雨率和雨滴数浓度的联合反演；在中等强度暖雨条件下，无需多普勒速度亦可反演雨滴数浓度。这些结果表明，借助多普勒雷达的EarthCARE降雨反演将显著提升全球对云-降水相互作用机制的认知水平。