Устранение неоднозначности решения обратной задачи по восстановлению интенсивности дождя с помощью двухчастотного радиолокационного зондирования

Abstract

С использованием численного моделирования проанализирована зависимость эффективной поверхности рассеяния дождевых капель от их диаметра для различных значений используемых длин волн. Показано, что в коротковолновом участке СВЧ-диапазона (λ < 3,2 см) она имеет немонотонный характер, обусловленный резонансным рассеянием электромагнитных волн на каплях дождя. Использование комбинаций рабочих длин волн λ₁ = 3,2 см, λ₂ = 10 см, а также λ₁ = 5,5 см, λ₂ = 10 см не позволяет применить двухчастотный метод дистанционного зондирования для восстановления микроструктурных параметров осадков, так как зависимость дифференциальной эффективной поверхности рассеяния от размеров частиц практически отсутствует. Получена система неравенств, позволяющая решить проблему неоднозначности при восстановлении интенсивности дождя по данным двухчастотного зондирования при использовании меньшей длины волны λ₁ = 8 мм. Показано, что использование длинноволнового участка СВЧ-диапазона приводит к уменьшению значения радиолокационной отражаемости мелкокапельной части осадков, требует существенного повышения энергетического потенциала метеорологической радиолокационной станции и ужесточает требования к точности проведения измерений.

З використанням числового моделювання проаналізовано залежність ефективної площі розсіювання дощових крапель від їх діаметра для різних значень використовуваних довжин хвиль. Показано, що в короткохвильовій частині діапазону НВЧ (λ < 3,2 см) вона має немонотонний характер, зумовлений резонансним розсіюванням електромагнітних хвиль на краплях дощу. Використання комбінацій робочих довжин хвиль λ₁ = 3,2 см, λ₂ = 10 см, а також λ₁ = 5,5 см, λ₂ = 10 см не дозволяє застосувати двочастотний метод дистанційного зондування для відновлення мікроструктурних параметрів опадів, тому що залежність диференційної ефективної площі розсіювання від розмірів частинок практично відсутня. Отримано систему нерівностей, яка дозволяє вирішити проблему неоднозначності при відновленні інтенсивності дощу за даними двочастотного зондування при використанні меншої довжини хвилі λ₁ = 8 мм. Показано, що використання довгохвильової смуги НВЧ-діапазону призводить до зменшення значення радіолокаційної відбиваності дрібнокрапельної частини опадів, а також потребує суттєвого підвищення енергетичного потенціалу метеорологічної радіолокаційної станції та робить більш жорсткими вимоги до точності проведення вимірювань.

We analyzed the radar cross section dependence of raindrops on their diameter for different wavelengths by using numerical simulation. It is shown that in the short microwave range (λ < 3.2 cm), the dependence has nonmonotonic character due to resonant scattering of electromagnetic waves by raindrops. Using combination of operating wavelengths λ ₁ = 3.2 cm, λ ₂ = 10 cm, and λ ₁ = 5.5 cm, λ ₂ = 10 cm does not allow to use a doublefrequency method of remote sensing for recovery of microstructural parameters of precipitation, because the dependence of the differential radar cross section on size of particle is practically absent. We obtained the system of inequalities, which allows to solve the problem of ambiguity when recovering rain intensity according to the double-frequency sensing by using shorter wavelength λ₁ = 8 mm. It is shown that the use of the long-wavelength range of microwave band leads to decrease of the radar reflectivity value for small raindrops and it requires a significant increasing of energy potential of weather radar and tightens the requirements for the accuracy of the measurement.