Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 沙尘天气毫米波雷达特性及反演研究 | |
| 马宇灿 | |
| 出版年 | 2020 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 学位授予单位 | 西安电子科技大学 |
| 中文摘要 | 目前全世界大约四分之一的土地已经沙漠化,而中国是土地沙漠化最严重的国家之一。沙尘天气对毫米波的传输衰减将成为重要的研究课题。为了研究沙尘天气对毫米波传输的影响,需先研究沙尘天气中电磁波的衰减以及对沙尘天气类型的反演。本文主要研究成果如下:1、基于不同形状沙尘粒子模型,利用DDA方法计算分析单个沙尘粒子的散射特性。由于沙尘粒子在空间中是随机不均匀分布,且沙尘粒子形状大小各不相同,因此,本文利用DDA方法计算不同形状沙尘粒子在不同入射角下的消光截面和后向散射截面,并将计算结果分别取平均值与等效球Mie理论的计算结果进行对比。对比发现,当沙尘粒子近似为球形时,DDA方法的计算结果与等效球Mie理论的计算结果相一致;随着沙尘粒子形状的变化,DDA方法与Mie理论的计算结果出现偏差。2、基于DDA方法计算出的单个沙尘粒子的消光截面以及不同沙尘天气条件下粒子的尺寸分布函数,分别计算了浮尘天气、扬尘天气以及不同沙漠区域的沙尘暴天气下毫米波段电磁波(3.9GHz、26GHz、38GHz、60GHz和100GHz)的单位距离衰减(特征衰减)情况。并将计算结果与Ahmed经验公式、Elabdin经验公式进行对比。对比发现,将沙尘粒子等效为球形粒子时,利用Mie理论、DDA方法的计算结果与经验公式的计算结果一致;在此基础上利用DDA方法计算分析不同轴比椭球形沙尘粒子和簇团状沙尘粒子的特征衰减情况。同一种沙尘天气下,随着电磁波频率的增加特征衰减越大;同一频段下,随着沙尘天气能见度的增加电磁波的特征衰减越小。通过不同沙尘天气下电磁波特征衰减的计算结果发现,电磁波在浮尘天气和扬尘天气中衰减较小,在沙尘暴天气中衰减较大,在工程中不可忽略。3、基于DDA方法计算的单个沙尘粒子的后向散射截面以及气象雷达方程,计算分析了不同沙尘天气下毫米波段雷达波的回波功率。计算结果发现,浮尘天气和扬尘天气下,雷达波的回波功率较小,沙尘暴天气下的雷达回波功率较大。同一种天气下,雷达回波功率随着雷达波传播距离的增加而减小,随着沙尘天气能见度的增加,雷达回波功率越小。计算发现,同一种沙尘环境中,当传播距离较近时,高频雷达波的回波功率较大,传播距离较远时,低频雷达波的回波功率较大。4、基于对不同类型沙尘天气下电磁波的特征衰减、雷达回波情况的研究以及沙尘天气形成时的风速、沙尘能见度,提出利用衰减-模糊逻辑算法、雷达-模糊逻辑算法以及机器学习中的支持向量机对沙尘天气类型进行预测。通过对不同反演方法的对比发现,支持向量机在实测数据的基础上对数据进行训练,可准确预测沙尘天气类型。建立了沙尘天气中雷达观测数据与天气预报中沙尘天气等级之间的统计关系,为沙尘天气预报员定量应用沙尘数值产品提供了支持。 |
| 中文关键词 | 沙尘天气 ; 毫米波 ; 传输特性 ; 雷达 ; 反演 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | P412.25;TN958 |
| 来源机构 | 西安电子科技大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/355421 |
| 作者单位 | 西安电子科技大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马宇灿. 沙尘天气毫米波雷达特性及反演研究[D]. 西安电子科技大学,2020. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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