單雷達風場反演—【移動坐標法】的特性分析與應用

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羅英祥(Yi-Xian Lo) 查詢紙本館藏

畢業系所

大氣物理研究所

論文名稱

單雷達風場反演—【移動坐標法】的特性分析與應用

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摘要(中)

本研究主要的目的在於測試一種建立在移動參考坐標上的單雷達風場反演技術，以深入了解其應用在真實雷達資料時的表現和特性。在此反演法中，首先利用回波觀測資料找出一組最佳化的平移速度，而在以此速度移動的坐標系統上，回波被保守的程度最大。再來將所有的觀測資料內插到這個新的移動坐標上，並假設風場在密集的天線掃描時間間隔內為近似於恆定，則可以建構出反演三維風場的價值函數，其中用以規範待反演風場的弱勢約束條件有：(1).回波保守；(2).徑向風與笛卡爾風場之間的幾何關係；(3).質量保守；(4).弱水平及垂直渦度；(5).水平風平均值近似VAD風剖面；(6).高階空間平滑函數。使用變分技術極小化這個價值函數後，便可以求出完整的風場分布。
選取1987年TAMEX實驗期間IOP#2個案與IOP#13個案，使用其中CP-4和TOGA兩座都卜勒雷達的觀測資料對此反演法進行測試與驗證，並為了進一步了解此反演法之特性，分別探討雷達位置、掃描策略以及不同的天氣系統等可能影響反演優劣的因素，最後分析反演結果的連續性。將其結果歸納如下︰(1).經由測試結果顯示，在反演過程中加入移動坐標及加入VAD產品和高階空間平滑函數確實有助於提升反演的準確度；(2).反演結果會因雷達位置而有所不同，如果相對於分析區域，雷達因所在的位置使得未知的切向風分量小（大）於觀測得到的徑向風分量，反演結果會呈現較優（劣）的表現。對於雷達操作人員而言，在不知道真實風場分布的情形下，是可以根據反演的結果來判斷未知的分量大或小於已知的分量，以決定是否要相信反演所得到的結果；(3).若是天氣系統在雷達掃描中的風場變化沒有很急遽，可以允許較長的掃描時間間隔；(4).解決IOP#13個案中強對流系統位於雙雷達基線區的問題；(5).反演結果具有連續性，可以看到系統隨時間的移動。

關鍵字(中)

★ 單雷達風場反演
★ 移動坐標

關鍵字(英)

論文目次

第一章前言 1
1.1 研究動機 1
1.2 論文回顧 1
1.3 研究方向 4
第二章反演方法 6
2.1 使用移動坐標的概念 6
2.2 移動坐標的移速 7
2.3 內插資料到移動坐標 8
2.4 擾動速度 9
2.4.1 ZG—96 10
2.4.2 改良後的反演方法 11
2.5 權重函數 17
第三章資料來源與個案概述 19
3.1 資料來源 19
3.2 個案概述 20
3.2.1 IOP#2個案 20
3.2.2 IOP#13個案 21
3.3 分析範圍與時間 22
第四章結果分析 23
4.1 反演方法的測試 23
4.1.1 移動坐標測試 24
4.1.2 約束條件測試 26
4.2 影響反演優劣的因素 27
4.2.1 雷達位置的影響 27
4.2.2 掃描策略的影響 34
4.2.3 天氣系統的不同 35
4.3 連續性 36
第五章結論與展望 38
附錄A 雷達原始資料處理流程 41
附錄B 雙都卜勒三維風場合成 44
參考文獻 46
附表與附圖 48

參考文獻

中文參考資料
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指導教授

廖宇慶(Yu-Chieng Liou)

審核日期

2000-6-22

推文