粒子沉降机制下 EarthCARE 云剖面雷达多普勒速度测量的评估

摘要 欧洲空间局与日本宇宙航空研究开发机构（ESA–JAXA）联合开展的地球云、气溶胶与辐射探测器（EarthCARE）任务计划于 2016 年发射，其搭载了太空中首个具备多普勒功能的大气云剖面雷达（CPR）。本文探讨了 CPR 多普勒速度测量在卷云和大尺度降水区域中的不确定性。这些机制的特征是弱垂直运动和相对水平均匀的条件，因此代表了获取高质量 CPR 多普勒测量的最佳条件。利用来自地基雷达的大量雷达反射率观测数据集，检查了相关水平尺度上云场的均匀性。此外，还描述了一种将地基雷达观测数据作为输入并输出 CPR 多普勒测量模拟的 CPR 仪器模型。该模拟器准确考虑了波束几何构型、非均匀波束填充和信号积分效应，并应用于卷云和层状降水的代表性案例。将模拟的 CPR 多普勒速度与地基雷达得出的速度进行了比较。通过简单的条件规则以及对 CPR 多普勒测量的平滑度要求，实现了 CPR 多普勒速度的退折叠（unfolding）。研究发现，即使在这些最佳条件下，应用非均匀波束填充多普勒速度偏差校正算法对于减小 CPR 多普勒偏差也是必要的。最后，分析表明，至少需要 5000 m 的沿轨积分才能将 CPR 多普勒测量的不确定性降低到 0.5 m s−1 以下，从而能够探测融化层并表征雨层和冰层的多普勒速度。