云和降水粒子的微波散射

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云和降水粒子的微波散射
microwave scattering by clouds and precipitation particles

   云和降水粒子在微波辐射作用下将产生电极化和磁极化，并按入射波的频率振荡，振荡的电极子和磁极子向四周散射与入射波频率相同的电磁波。
　粒子对入射波能量的散射强度，除了同入射波的强度、波长、偏振等有关外，还同粒子的介电性质、形状、大小、取向（对非球性粒子而言）等有关。雷达接收的回波强度，同云和降水粒子的后向散射的强弱有关。在气象上常用后向散射截面（也叫雷达截面）表示后向散射能力，它是一个等效面积。入射到这个截面上的电波能量如果均匀地向各方向散射，雷达天线接收的实际回波功率，相当于该截面的后向散射功率。
　球形粒子　云和降水粒子对雷达波的散射，是云和降水雷达回波的物理基础（见）。液体云滴、大多数雨滴和包括低密度雪花在内的一些固体降水粒子，都可以看成球形粒子。根据G.米的理论（见）,对平面入射波来说,球形粒子的后向散射截面[822-1][822-1][822-02]d 有关。米散射理论的公式很复杂,但当d               [822-01]d<0.16λ。
　由瑞利公式可见：波长愈短，球形粒子的后向散射能力愈强。粒子直径增大，　在dd≥λ时,按米理论计算，可知冰粒的   非球形粒子　大雨滴、冰雹和各种冰晶，通常都不是球形的，简单地可把它们当作椭球粒子来研究。当椭球轴的取向和入射波的偏振方向不一致时，小椭球粒子的后向散射波中除了有和入射波偏振方向相同的电场分量，即所谓“平行偏振”分量以外，还有偏振方向和入射波偏振方向正交的“正交偏振”分量。散射强度和入射波偏振方向有关，也和粒子的取向、椭度和相态等状况有关。在椭球粒子作随机取向时，平均后向散射要比同体积球形粒子大。由于正交偏振分量来自非球对称粒子，因此利用云和降水回波的正交偏振分量和平行偏振分量的比值──退偏振比，可以判断云和降水粒子的相态。例如，退偏振比小于-17.5分贝时,降水粒子为雨的概率不低于83％（大雨滴下落时近似为扁椭球）；退偏振比大于-9分贝时，散射粒子一般是冰晶；退偏振比为-17.5～-9分贝时，云和降水中一般既有水滴,也有冰晶。当雷达发射圆偏振波，即电振动矢量未端在传播过程中作圆形旋转时，则球形粒子的后向散射是旋转方向同入射波相反的圆偏振波；椭球粒子的后向散射是椭圆偏振波，因此同样有可能利用这一特点来判断降水粒子的相态，并判断云中冰雹存在的可能性。
　　　　　　　　　　　　　　　　　庄荫模

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