JP2000502794A - 二偏波レーダを使用する降水率を決定する方法およびそれを利用する気象レーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本方法は、レーダの二つの偏波チャネルＨとＶで受信された信号から、まず単一の偏波から、レーダビームに沿って距離ｉ 次に、降水率の積分の第１の推定値（Ｉ₁）、最後に減衰反射係数（Ｚ_Ha（ｒ））から非減衰示差反射係数（Ｚ_DRS（ｒ））決定する。更に、偏波のＨのみにプロセスパラメータ（α）が繰り返し調整されるように、減衰示差反射係数（Ｚ_DRS（ｒ）の測定された値が決定され（３０、４０−４２）、積分値（Ｉ₂）降水率からとＨ第１の推定値（Ｉ₁）との比較から導き出される。αが調整されると、非減衰示差反射係数の補正値と、降水率の補正値とが求められる（３８、４７）。本発明は、気象レーダに適用される。

Description

【発明の詳細な説明】 二偏波レーダを使用する降水率を測定する方法および それを利用する気象レーダ 本発明は、降水率および大気水象によって減衰された波長で作動するパルスレ ーダを使用して大気水象の反射率を測定する方法およびこの方法を実施する二偏 波気象レーダに関する。 気象学では、特に短期予報の目的で降水量および他の大気水象を観測する必要 がある。この目的のために、これらの現象に特有なパラメータである降水率を定 量的に測定するレーダを使用することに対する検討が何年間もなされている。こ れを行うために、レーダビームで照射されるとき、雨あるいは大気水象の反射率 を測定することに基づいた方法が使用されている。しかしながら、これらの方法 の大部分に関しては、大気水象による減衰は測定を偏らせ、したがって、できる だけ減衰が小さく、比較的長い波長で作動する必要がある。このことは実用的な 難点および高いコストをもたらす。 他のより魅力的な方法、すなわち、２つの波長および単一の偏波のための減衰 の方法が提案されている。これは、レーダの 較正とは無関係である利点を有する。しかしながら、この方法は、所要な精度の 測定値を得る際にある種の技術的な困難をもたらす。これは、２つの波長のビー ムを一致させる際および同時測定の際に問題点が見られるためである。 実施されている全ての研究は、より短い波長でレーダを使用する利点を実証し 、よりコンパクトで、より費用のかからない装置を選択するのを可能にした。し かしながら、これは、特に大量の降水がある場合、解決するのが非常に困難であ る減衰を補正する問題を引き起こす。 本発明は、大気水象（雨、あられ、雲）が作る吸湿性媒体を通るリターン経路 の電磁波の比較的大きい減衰をもたらす短い波長の使用にもかかわらずこれらの 欠点を解決する方法に関するものである。 本発明は、２つの偏波成分ＨおよびＶの反射率を測定し、一方で得られる値へ の減衰の影響を行われる示差測定によって補正する二偏波レーダの使用に基づい ている。 したがって、本発明は、大気水象によって減衰される波長で作動するパルスレ ーダを使用して、大気水象の降水率および反射率を測定する方法を提供し、前記 レーダは、偏波の各々によ るいろいろな距離ゲートに対する減衰反射率（Ｚ_Ha（ｒ），Ｚ_Va（ｒ））の対の 一連の測定値を供給する二偏波レーダであり、前記方法は、 Ａ）レーダの各距離ゲートにおいて、反射率を降水率と、および単一の偏波に 対する減衰率を降水率と連結する式の組合せによって、単一の偏波に対して測定 された反射率に基づいて降水率（Ｒ_s）の第１の推定を決定するステップ、 Ｂ）前記第１の降水率の推定に基づいて、非減衰の示差反射率（Ｚ_DRs）の推 定値を得るステップ、 Ｃ）前記非減衰の示差反射率（Ｚ_DRs）の推定値および減衰示差反射率（Ｚ_DRa ）のレーダ測定値から、示差偏波減衰（Ａ_DP）の推定値を導くステップ、及び Ｄ）非減衰の反射率（Ｚ_Hs（ｒ））および降水率（Ｒ_s（ｒ））の補正値を抽 出することができるように、反射率を降水率を連結する式のパラメータ（α，β ）の中の１つを反復調整によって、レーダの単一の偏波に対するステップＡで推 定された降水率の積分（Ｉ₁（ｒ，Ｒ））と前記示差偏波減衰（Ａ_DP）から導か れた降水率の積分（Ｉ₂（ｒ，Ｒ））とを等しくしようと試みるステップ、 を備えていることを特徴とする。 この方法の最大の利点は、この方法が示差測定に基づいているためにレーダの 較正および考えられる未検出の雲による減衰とは無関係であるということである 。 本発明の他の態様は、降水率及び反射率を決定するために、大気水象によって 減衰される波長のパルスで作動する二偏波気象レーダを提供し、前記レーダが、 モードを抽出する手段に結合する二偏波アンテナ（１）と、 前記アンテナの２つのチャネルにパルスを送る送信機と、 ２つの直交偏波チャネルによって出力される信号を処理する少なくとも１つの 受信チャネルとを有し、 前記レーダは、前述の方法を利用するために設計されたディジタル信号処理装 置を有することを特徴としている。 本発明は、下記の説明および添付図面によって、より明らかに理解され、他の 特徴および利点は、明らかになる。 図１は、本発明による気象レーダの図である。 図２は、本発明による方法を利用するディジタル信号処理のブロック図である 。 図１は、対の偏波気象レーダの図を表している。このレーダは、反射器（図示 せず）を照明する二偏波主発生源１を備える二偏波アンテナを有する。この発生 源は、２つの偏波チャネル ている。この主発生源は、所望の距離（例えば、１５０ｋｍの距離に対してＦ_r ＝１ｋＨｚ）に一致する反復周波数を有するパルスを送出するパルス送信機（６ ）によって供給される。送信電力は、水平に対して４５°に向けられた偏波を得 るためにマジックＴを介して、すなわち円形偏波を得るために３ｄＢの結合器５ によってアンテナの２つのチャネルに分配される。この目的は、直交偏波を有す る２つの信号を送受信し、その振幅に基づいてこの２つの信号を処理することに あるため、これらの２つの送信モードは同等である。円形偏波は、アンテナによ って送信機に反射された定在波比によって二次的な利点を有する。 ２つの電力サーキュレータ３および４によって得られる信号を処理する２つの 同一受信チャネルが備えられている。従来のように各チャネルは、リミッタ７、 ８と、増幅器９、１０と、中間周波数に変えるミキサ１１、１２と、中間周波数 増幅器１ ５、１６、そのとき大きなダイナミックレンジを得る対数増幅器１７、１８と、 アナログ／ディジタルコーダ１９、２０とを備えている。符号化信号は、下記に 詳述され、この符号化信号が補正された後その出力として反射率Ｚおよび降水率 Ｒを供給する、本発明によるディジタル処理装置２１に送られる。ミキサ１１お よび１２は、さらに、自動周波数制御回路１４によって制御されるローカル発振 器１３から信号を受信する。 大気水象の特徴に関する補助的な情報を得ることが望ましいある種の気象上の 応用では、付加的ドップラー受信チャネルを使用して受信信号の位相を測定する ことは有利である。これら は２つのアナログ／ディジタルコーダ２３、２４、および他方は２つのアナログ ／ディジタルコーダ２６、２８が続くベクトル復調回路２２、２５を備えている 。 本発明による方法の原理は下記のとおりである。単一の偏波、 水象）の中で測定された減衰反射率Ｚ_Ha（ｒ）を減衰率に関係付ける式は下記の ように記述することができる。 ここで、Ｚ_O（ｒ）は非減衰反射率であり、△ｒは距離ゲートの幅であり、ａ_iは 階数ｉの距離ゲートに属する減衰率であり、単位長当たりｄＢで表され、ここで 、Ｚ_Ha（ｒ）およびＺ_O（ｒ）は、ｄＢＺで、つまり、ｍｍ⁶ｍ^-3の１０・ｌｏｇ Ｚで表され、かつここで、ｒ＝ｎ△ｒである。 減衰率は、下記の既知の式によって降水率Ｒと連結される。 a=k_HR^γH （２） ここで、ｋ_Hおよびγ_Hは、温度および粒径分布（ＤＳＤ）に するパラメータである。 式（１）および（２）を結合すると、下記の式となる。 Z_o(r)=Z_Ha(r)+2△rk_HI₁(r,R) （３） ここで、 である。 降水率の積分を表す。つまり、Ｉ₁は、ゲートｎの前のｎ−１の距離ゲートの累 積減衰を表している。 ところで、雨による反射率Ｚと降水率Ｒとの間に既知の関係がある。すなわち 、 Ｚ=αR^β （５） ここで、αおよびβはパラメータである。したがって、式（４）は下記の等式で 記述できる。 パラメータαおよびβはＤＳＤに強く依存する。式（３）お よび（５）の４つのパラメータｋ、γ、αおよびβに対する近似値を使用するこ とによって、補正された推定値Ｚ′（ｒ）は、「雨の中で５ｃｍのレーダの減衰 の反復的補正（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ａｔｔｅ ｎｕａｔｉｏｎ ｏｆ ５ｃｍ ｒａｄａｒ ｉｎ ｒａｉｎ）」 （Ｊ．Ａｐ ｐｌ．Ｍｅｔｅｏｒ．，１７，５０８〜５１４ページ）において、１９７８年に Ｐ．Ｈ．Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄによって提案された反復方法を使用することによ って、ｎ個の一連の測定値Ｚ_a（ｒ）に基づいて計算することができる。この論 文で示されるように、推定されるＤＳＤの誤差および温度は、これらの減衰推定 値をひどく劣化させるが、これらの劣化は、レーダを較正する際の誤差から生じ る劣化と比較して小さい。レーダ較正誤差によって影響が及ぼされるパラメータ はＺをＲに関係付ける式のパラメータであるので、Ｉ₁（ｒ，Ｒ）に関する本質 的な不確実性はパラメータαおよびβに関する不確実性から生じる。 したがって、これらの不確実性を解決するために、レーダの両方の偏波を使用 する示差測定が使用される。示差反射率Ｚ_DRは下記の式によって定義される。 Z_DR=Z_H−Z_V （６） ここで、ＺはｄＢＺで表され、ここで、添え字ＨおよびＶは、レーダの２つの偏 波、例えば水平および垂直に対応する。 減衰波長の場合、Ｈ偏波およびＶ偏波に対して式（１）を使用して、Ｈ項から Ｖ項を減算すると下記の式が与られる。 Z_DRa(r)=Z_DRS(r)−2A_DP(r) （７） ここで、Ｚ_DRaは減衰偏波レーダ測定値であり、Ｚ_DRs＝Ｚ_OH−Ｚ_OVは、単に滴の 形状による非減衰示差反射率であり、Ａ_DPは、電磁波の経路に対する示差偏波減 衰であり、すなわち、 である。 仮定されたＤＳＤの場合、滴の形状による示差反射率Ｚ_DRsは降水率の関数と して計算することができる。すなわち、 Z_DRS=f(R) （９） 式（８）の減衰率ａ_iHおよびａ_iVは、Ｈ偏波およびＶ偏波に対する式（２）に よって表される。ＤＳＤが仮定されている場合、パラメータｋ_H、ｋ_V、γ_Hおよ び−γ_Vを計算することができる。計算は、差ａ_H−ａ_VがＤＳＤには著しく依存 しないことを示している。所与の波長に関しては、ｋ_Hおよびｋ_Vは したがって、式（２）および（８）を結合することにより、下記の式が与えら れる。 A_DP(r)=△r(k_H-k_V)I₂(r,R) （１０） ここで、 式（１１）は、式（４′）として、つまり、Ｚの関数として同 様に記述することができる。 Ｉ₂（ｒ，Ｒ）は、正確に既知と仮定される示差減衰Ａ_DP、ｋ_H−ｋ_Vから推定 される降水率の積分を表す。Ｉ₂（ｒ，Ｒ）は示差測定から生じるので、Ａ_DPは レーダの較正に依存しない。 これはＩ₁およびＩ₂の推定における場合であり、パラメータαおよびβだけは 、雨および較正の誤差におけるＤＳＤの自然の変動性のために可変である。 本発明による方法において、観察される降雨の種類と波長に対応する気候学上 の平均値に等しい一定値にβを保持し、示差減衰Ａ_DPを使用してパラメータαを 調整することが提案されている。 このβに関する仮定は文献で利用可能な多数の測定値によって確認されている 。 したがって、この原理は、偏波の中の単一の偏波に対する一連の測定値に基づ いてＩ₁を決定する一方、αの任意の中間値を選択し、示差レーダ測定値および 非示差反射率を推定するためのＩ₁を使用する計算に基づいてＩ₂を推定し、その とき非減衰反射率Ｚ_i（ｒ）および降水率Ｒ_i（ｒ）の補正推定値を かのようにＩ₁およびＩ₂を比較することにある。 図２は、この方法を利用することができるディジタル処理装置を示している。 この図の左側の部分は単一の偏波、すなわちＨ偏波の処理に関するものであるの に対して、右側の部分は示差処理に関するものである。 Ｈチャネルのコーダ１９によって供給された対数信号は、変換され、ステップ ３０の線形信号Ｚ_Ha（ｒ）に戻される。これらの信号はレーダのＮ個のパルスに わたって平均化され（ス に式（５）により予め決定されるパラメータαおよびβに基づいて計算され（ス テップ３２）、これは各距離ゲートｉに対して行われる。 ステップ３３は、式（２）に基づいて減衰率ａ_iを計算することにある。 により導かれる（ステップ３４）。 さらに、単一の偏波Ｈに対する一連の測定値から導かれる減 らなるステップ３８によってこの式（３）を利用することによって、Ｈ偏波に対 する非減衰反射率の推定Ｚ_HS（ｒ）を提供し、それから、ステップ４７によって 、既に選択されたパラメータαおよびβを有する式（５）利用することによって 補正さ この推定値に基づいて、ステップ４８によって、式（９）により非減衰示差反 射率Ｚ_DRsの推定値を計算できる。 さらに、３０および４０によって供給されるＨチャネルおよびＶチャネルに対 する符号化信号で開始し、比率Ｚ_Ha（ｒ）／Ｚ_Va（ｒ）がとられ（ステップ４１ ）、それからステップ４２のＮ個のパルスにわたって平均化される減衰偏波レー ダ測定値Ｚ_DRa（ｒ）を提供する。この平均値と４８によって供給された非減衰 示差反射率の推定値との差（ステップ４３）は、 る。 △αだけパラメータαを変え、計算を再開するためにステップ３２および４７に 新しいα′を適用することにある。これらの 本発明による方法の原理の説明において、Ｚ_DRs、ならびに式（１０）に対す るｋ_Hおよびｋ_Vが単一の仮定されたＤＳＤに対して計算されたことが、式（９） に対して仮定された。このことは、所与の気候条件に対して平均ＤＳＤは安定し たパラメータであるので、受け入れられる。したがって、気候学上の考慮すべき 問題に基づいて特定のＤＳＤを選択できる。 さらに、反射率が低い場合、距離ｒの距離ゲートを選択することが好ましい。 何故ならば、そのときＺ_DRsは低く、式（９）による推定の誤差はその一部に対 しても低いためである。距離ｒのゲートは著しく変更される係数Ｉ₁、Ｉ₂および αなしの異なる反射率を有する、ｒの周りの他の距離ゲートと取り換えることが できるので、この特定のゲートの選択は、いっそう正当化され、容易になる。 したがって、２あるいは３つの隣接するゲートに基づいてα を計算し、ＤＳＤの分散の影響を減らすために平均値を使用することができる。 観測された半径方向が、本発明による方法が同時に利用できるいくつかのセグ メントに細分できることにも注目できる。 前述の方法は、１つの偏波に対するレーダで測定された反射率に影響を及ぼす かあるいは示差値に影響を及ぼすランダムサンプリング誤差にあまり影響を受け ない。 本発明による方法の主な利点の１つが既に述べられている。 すなわち、これは、レーダの較正および未検出の雲による減衰とは無関係である 。 他の可能な使用があられの定性的な検出であることを加えることができる。こ のための説明は、あられが雨のセルの中にあるとき、あられはほぼ球状であるの で、あられは、両方の偏波 がってほぼゼロの示差反射率を生じることである。一方、偏波とは無関係な強烈 な減衰があり、そしてそのゆえに示差減衰Ａ_DPにゼロ寄与である。したがって、 あられの存在はＩ₁を修正するが、均一の雨の場合とは著しく違って、同様にＩ₂ を修正しない。したがって、αのかなりの変化が観測され、これはあ られの表示として使用することができる。 前述の説明は示差偏波減衰Ａ_DPを使用することで示されているが、本発明によ る方法は、伝搬の程度×ｋｍで示される示差移相Ｋ_DP＝Ｋ_H−Ｋ_Vで作動するよう に行うこともできる。 明らかに、記載されている例はどの方法でも本発明を限定しない。特に、記載 されている気象レーダは、記載されている２つのチャネルの代わりに単一の受信 チャネルを使用でき、２つの偏波に対する信号は、時分割でチャネルを使用する ために入力でスイッチされ、出力で“スイッチされない”。スイッチング速度は 、偏波Ｈおよび偏波Ｖに対して受信された信号がスイッチング時間中に互いに関 連しないように単に選択される必要がある。 さらに、ドップラーチャネルの出力の使用可能な信号Ｉおよ を計算でき、この振幅は、チャネル１７、１９および１８、２０を使用すること を避けるためにコーダ１９および２０による信号出力の代わりに使用できる。し かしながら、これに関する欠点は、この振幅が対数増幅器の使用から生じるダイ ナミックレンジを与えないということである。 最後に、図２の本発明による処理装置において、変換して線形信号に戻す代わ りに対数信号を使用し続けることは考えられる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１２月８日（１９９７．１２．８） 【補正内容】 明細書 二偏波レーダを使用する降水率を決定する方法および それを利用する気象レーダ 本発明は、降水率および大気水象によって減衰された波長で作動するパルスレ ーダを使用して大気水象の反射率を決定する方法およびこの方法を実施する二偏 波気象レーダに関するものである。 気象学では、特に短期予報の問題のために降水量および他の大気水象を観測す る必要がある。この目的のために、これらの現象に特有なパラメータである降水 率を定量的に測定するレーダを使用することに対して検討が何年間もなされてい る。これを行うために、レーダビームで照射されるとき、雨あるいは大気水象の 反射率を測定することに基づいて方法が使用される。しかしながら、これらの方 法の大部分に関しては、大気水象による減衰は測定を偏らせ、したがって、でき るだけ減衰が小さく、比較的長い波長で作動する必要がある。このことは実用的 な難点および高いコストをもたらす。 他のより魅力的な方法、すなわち、２つの波長および単一の 偏波のための減衰の方法が提案されている。これは、レーダの較正とは無関係で ある利点を有する。しかしながら、この方法は、所望の精度の測定値を得る際に ある種の技術的な困難をもたらす。これは、問題点が２つの波長のビームを一致 させる際および同時測定の際に見られるためである。 実施されている全ての研究は、より短い波長でレーダを使用する利点を実証し 、よりコンパクトで、あまり高価でない装置を選択するのを可能にした。しかし ながら、これは、特に大量の降水がある場合、解決するのが非常に困難である減 衰を補正する問題を引き起こす。 示差反射率を使用することによって降水率を決定する二偏波レーダを使用する ことにある改良が提案されている。この種の解決策は、例えば、Ｅ．ＧＯＲＧＵ ＣＣＩら著の論文「ＡＲｏｂｕｓｔ Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ ｏｆ Ｒａｉｎｆａ ｌｌＲａｔｅ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｒｅｆ１ｌｅｃｔｉｖ ｉｔｙ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ａｎｄ Ｏｃｅａ ｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．１１， Ａｐｒｉｌ １９９４， ｐ ａｇｅｓ ５８６−５９２）あるいはＣ．Ｗ．ＵＬＢＲＩＣＨら著の論文 「Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｄ ｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｒａｉｎｆａｌｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ」（Ｒａｄｉｏ Ｓｃｉｅｎｃｅ ，ｖｏｌ．１９， Ｎｏ．１， Ｊａｎｕａｒｙ−Ｆｅｂｒｕａｒｙ１９８４， ｐａｇｅｓ ４９−５７）に記載されている。これらの解決策は、適度の減衰 に対して得られた結果を改良するが、大量の降水が直面する全ての問題点を解決 しない。 本発明は、大気水象（雨、あられ、雲）が作る吸湿性媒体を通るリターン経路 の電磁波の比較的高い減衰をもたらす短い波長の使用にもかかわらずこれらの欠 点を解決する方法に関するものである。 方で得られる値への減衰の影響を行われる示差測定によって補正するために二偏 波レーダの使用に基づいている。 したがって、本発明は、大気水象によって減衰される波長で作動するパルスレ ーダを使用して大気水象の降水率および反射率を測定する方法を提供し、前記レ ーダが、偏波の各々によるいろいろな距離ゲートに対する減衰反射率（Ｚ_Ha（ｒ ），Ｚ_Va （ｒ））の対の一連の測定値を供給する二偏波レーダであり、この方法において 、降水率（Ｒ）が１つの偏波（Ｚ_H）に対する反射率および非減衰示差反射率（ Ｚ_DR）に基づいて推定され、前記方法は、 Ａ）レーダの各距離ゲートにおいて、反射率Ｚを式Ｚ＝αＲ^β（ここで、αお よびβはパラメータである）の降水率Ｒと、および単一の偏波に対する減衰率を 降水率とに連結する式の組合せによって、単一の偏波に対して測定された反射率 に基づいて降水率（Ｒ_s）の第１の推定を決定するステップ、 Ｂ）前記降水率の第１の推定に基づいて、非減衰示差反射率（Ｚ_DRs）の推定 値を得るステップ、 Ｃ）前記非減衰示差反射率（Ｚ_DRs）の推定値および減衰示差反射率（Ｚ_DRa） のレーダ測定値から、示差偏光減衰（Ａ_DP）の推定値を導くステップ、及び Ｄ）非減衰反射率（Ｚ_Hs（ｒ））および降水率（Ｒ_s（ｒ））の補正値を抽出 することができるように、反射率を降水率を連結する式のパラメータ（α）の中 の一方を反復調整によって、他方のパラメータ（β）を所定の一定の値に保持し て、レーダの単一の偏波に対するステップＡで推定された降水率の積分 （Ｉ₁（ｒ，Ｒ））と前記示差偏光減衰（Ａ_DP）から導かれた降水率の積分（Ｉ₂ （ｒ，Ｒ））とが等しくなるように試みるステップ、 を備えていることを特徴とする。 この方法の最大の利点は、この方法が示差測定に基づいているためにレーダの 較正および可能な未検出の雲による減衰とは無関係であるということである。請求の範囲 １．大気水象によって減衰される波長で作動するパルスレーダを使用して大気水 象の降水率および反射率を測定する方法であって、前記レーダは、偏波の各々に 従っていろいろな距離ゲートに対する減衰反射率（Ｚ_Ha（ｒ），Ｚ_Va（ｒ））の 対の一連の測定値を供給する二偏波レーダであり、この方法において、降水率（ Ｒ）が１つの偏波（Ｚ_H）に対する反射率および非減衰示差反射率（Ｚ_DR）に基 づいて推定され、前記方法は、 Ａ）レーダの各距離ゲートにおいて、反射率Ｚを式Ｚ＝αＲβ（ここで、αお よびβはパラメータである）の降水率Ｒと、および単一の偏波に対する減衰率を 降水率とに連結する式の組合せによって、単一の偏波に対して測定された反射率 に基づいて第１の降水率（Ｒ_s）の推定値を決定するステップ、 Ｂ）前記降水率の第１の推定に基づいて、非減衰示差反射率（Ｚ_DRs）の推定 値を得るステップ、 Ｃ）前記非減衰示差反射率（Ｚ_DRs）の推定値および減衰示差反射率（Ｚ_DRa） のレーダ測定値から、示差偏波減衰（Ａ_DP）の推定値を導くステップ、 Ｄ）非減衰反射率（Ｚ_Hs（ｒ））および降水率（Ｒ_s（ｒ））の補正値を抽出 することができるように、反射率を降水率を連結する式のパラメータ（α）の中 の一方を反復調整によって、他方のパラメータ（β）を所定の定数に保持して、 レーダの単一の偏波に対するステップＡで推定された降水率の積分（Ｉ₁（ｒ， Ｒ））と前記示差偏光減衰（Ａ_DP）から導き出された降水率の積分（Ｉ₂（ｒ， Ｒ））とが等しくなるように試みるステップ、 を備えていることを特徴とする。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 次に、降水率の積分の第１の推定値（Ｉ₁）、最後に減 衰反射係数（Ｚ_Ha（ｒ））から非減衰示差反射係数（Ｚ_DRS （ｒ））決定する。更に、偏波のＨのみにプロセス パラメータ（α）が繰り返し調整されるように、減衰示 差反射係数（Ｚ_DRS（ｒ）の測定された値が決定され （３０、４０−４２）、積分値（Ｉ₂）降水率からとＨ 第１の推定値（Ｉ₁）との比較から導き出される。αが 調整されると、非減衰示差反射係数の補正値と、降水率 の補正値とが求められる（３８、４７）。本発明は、気 象レーダに適用される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 大気水象によって減衰される波長で作動するパルスレーダを使用して大気 水象の降水率および反射率を測定する方法であって、前記レーダは、偏波の各々 に従っていろいろな距離ゲートに対する減衰反射率（Ｚ_Ha（ｒ），Ｚ_Va（ｒ）） の対の一連の測定値を供給する二偏波レーダであり、前記方法は、 Ａ）レーダの各距離ゲートにおいて、反射率を降水率に、および単一の偏 波に対する減衰率を降水率に連結する式の組合せによって、単一の偏波に対して 測定された反射率に基づいて降水率（Ｒ_s）の第１の推定値を決定するステップ 、 Ｂ）前記降水率の第１の推定値に基づいて、非減衰示差反射率（Ｚ_DRs） の推定値を得るステップ、 Ｃ）前記非減衰示差反射率（Ｚ_DRs）の推定値および減衰示差反射率（Ｚ_{D Ra} ）のレーダ測定値から、示差偏波減衰（Ａ_DP）の推定値を導くステップ、 Ｄ）非減衰反射率（Ｚ_Hs（ｒ））および降水率（Ｒ_s（ｒ））の補正値を 抽出することができるように、反射率を降水率を連結する式のパラメータ（α， β）の中の１つを反復調整によっ て、レーダの単一の偏波に対するステップＡで推定された降水率の積分（Ｉ₁（ ｒ，Ｒ））と前記示差偏光減衰（Ａ_DP）から導かれた降水率の積分（Ｉ₂（ｒ， Ｒ））との間の等式を得ようと試みるステップ、 を備えていることを特徴とする方法。 ２． ステップＡ）が ａ）第１の前記一連の測定値（Ｚ_Ha（ｒ））に対して、任意の一定のパラ メータ（α，β）に基づいていろいろな距離ゲート（１〜ｎ−１）に対する降水 率（Ｒ_i）の推定値を計算するステップ、 ｂ）前記降水率（Ｒ_i）の推定値から、降水による減衰に固有な第１の推 定値（Ｉ₁（ｒ，Ｒ））を導くステップであって、前記第１の推定値は、単一の 偏波に対する推定された降水率の積分であり、 ｃ）前記第１の推定値（Ｉ₁（ｒ，Ｒ））および第１の一連の測定値（Ｚ_{H a} （ｒ））に基づいて、非減衰反射率（Ｚ_HS（ｒ））および補正された降水率（ Ｒ_s）の推定値を決定するステップ、 を備えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３． 前記ステップＢ）が、 ｄ）前記補正された降水率（Ｒ_s）の推定値および所与の粒径分布（ＤＳ Ｄ）に基づいて、非減衰示差反射率（Ｚ_DRs（ｒ））の推定値を計算するステッ プ、 を備えていることを特徴とする請求項１および２のいずれか一項に記載の方法。 ４． 前記ステップＣ）が ｅ）前記減衰反射率（Ｚ_Ha（ｒ），Ｚ_Ha（ｒ））の対の一連の測定値に基 づいて、減衰示差反射率（Ｚ_DRa（ｒ））の測定値を計算するステップ、 ｆ）減衰示差反射率（Ｚ_DRa（ｒ））の測定値およびステップｄ）中に得 られた非減衰示差反射率（Ｚ_DRs（ｒ））の推定値から、示差偏波減衰（Ａ_DP） の推定値を導くステップ、を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれ か一項に記載の方法。 ５． 前記ステップＤ）が、 ｇ）前記示差偏波減衰（Ａ_DP）の推定値から、降水による減衰に固有な第 ２の推定値（Ｉ₂（ｒ，Ｒ））、すなわち降水率の積分を導くステップ、 ｈ）前記降水による減衰に固有な前記第１の推定値（Ｉ₁（ｒ，Ｒ））お よび第２の推定値（Ｉ₂（ｒ，Ｒ））を比較するステップ、 ｉ）ステップｈ）による前記比較が、前記第１および第２の推定値が異な っていることを示しているならば、ステップａ）の前記パラメータ（α，β）の 少なくとも１つを変え、かつステップａ）〜ｈ）を繰り返すステップ、 ｊ）ステップｈ）による前記比較が、前記第１および第２の推定値が等し いことを示しているならば、非減衰反射率（Ｚ_Hs（ｒ））および補正降水速度（ Ｒｓ）の前記推定値を抽出するステップ、 を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。 ６． ステップａ）が、 ａ．１）レーダのＮ個のパルスにわたって前記第１の一連の前記測定値（ Ｚ_Ha（ｒ））を平均化すること、 ａ．２）各距離ゲート（ｉ）に対して、式 により、任意の一定のパラメータ（α，β）に基づいて降水率 を含むことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の方法。 ７． ステップｂ）が、 ここで、ｋ_Hおよびγ_Hは、所与の温度および所与の粒径分布に対する所定のパラ メータである、及び ここで、ｎはレーダからの距離ｒに対する距離ゲートの数である、 を含むことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の方法。 ８． ステップｃ）が、 ここで、△ｒは距離ゲートの幅である、 ｃ．２）レーダのＮ個のパルスにわたって前記第１の一連の前記測定値( Ｚ_Hz(r))を平均化すること、 をとること、 ｃ．４） 式 を含むことを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の方法。 ９． ステップｅ）が、 ｅ．１）レーダの減哀示差反射率（Ｚ_DRa（ｒ））の値を得るために前記 一連の対の系列（Ｚ_Ha（ｒ），Ｚ_Va（ｒ））における測定値の比をとること、 ｅ．２）レーダのＮ個のパルスにわたって前記減衰示差反射率の前記値を 平均化すること、 を含むことを特徴とする請求項４〜８のいずれか一項に記載の方法。 １０．ステップｆ）が、レーダ経路のための前記示差偏波減衰前記平均値との差をとることを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。 とを含むことを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一項に記載の方法であって 、 ここで、ｋ_Vは、第２の一連の測定値（Ｚ_Va（ｒ））に対してｋ_hと同様に予め決 められたパラメータである。 １２．大気水象によって減衰される波長のパルスで作動し、降水率および反射率 を測定する二偏波気象レーダにおいて、前記レーダは、 手段（２，３，４）に結合し、２つの直交偏波チャネル と、 前記アンテナの２つのチャネルにパルスを供給する送信機（５、６）と、 前記２つの直交偏波チャネルによって出力される信号を処理する少なくと も１つの受信チャネル（７、９、１１、１３、１５、１７、１９；１０、１２、 １３、１６、１８、２０）とを有し、 前記レーダは、請求項１〜１１のいずれか一項による方法を実施するたるに設 計されたディジタル信号処理装置（２１）を 有することを特徴とする二偏波気象レーダ。 １３．前記受信チャネルの出力において、前記レーダがダイナミックレンジを増 加させる対数増幅器（１７、１８）を備え、前記ディジタル信号処理装置（２１ ）が受信信号の値を取り出すためにその入力で変換手段（３０、３６、４０）を 有することを特徴とする請求項１２に記載のレーダ。 １４．２つの偏波のための受信チャネルの出力とそれぞれ結合された２つのドッ プラー受信チャネル（２２〜２４；２５〜２７）をさらに備えていることを特徴 とする請求項１２および１３のいずれか一項に記載のレーダ。 １５．２つの偏波を交互に処理するために同時に制御される入出力スイッチング 手段と結合された単一の受信チャネルを有し、スイッチング速度が、２つの偏波 で受信された信号がスイッチング時間中に互いに関連しないようなものであるこ とを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のレーダ。