全球降水测量计划GPM (Global Precipitation Measurement)是新一代全球卫星降水产品,能够对降水信息进行更加精确的探测。GPM核心观测平台(Core Observatory)搭载的主要仪器为微波扫描辐射仪GMI(GPM Microwave Imager)和双频降水雷达DPR (Dual-frequency Precipitation Radar)。微波扫描辐射仪同时采用了高、低频通道,低频通道主要探测中雨和大雨,高频通道能够对小雨和降雪进行探测。双频降水雷达将Ku和Ka波段数据联合使用,可获取更多云与降水粒子信息。本文利用GPM的2A-Ka、2A-Ku和2A-DPR等回波和降水产品资料,对比分析了两个波段对强降水和弱降水的敏感性,及与云卫星Cloudsat搭载的云廓线雷达CPR、TRMM搭载的测雨雷达PR在探测效果等方面的异同,并分析了 2015年10月初1522号台风“彩虹”的降水分布、垂直结构、雨顶高度、层云和对流云降水的结构,与地基雷达的观测进行对比。得到以下主要结论:(1) DPR两个频道的探测敏感性DPR采用了 Ka和Ku两个波段,Ka波段的波束又分为高精度模式(High Sensitivity Beam, HS)和匹配模式(Matched Beam, MS)两类。经分析,在探测降水强度方面,Ka波段高精度模式的波束对云粒子和弱强度降水更为敏感,探测到的强度低于0.4mm/h的降水所占比重最大,但遇到强降水时会产生衰减,不能精确探测强降水强度。而Ka波段匹配模式的波束探测强降水时同样有较大衰减,但也几乎无法探测到强度低于0.2mm/h的降水。Ku波段对弱强度降水的敏感度低于Ka波段HS模式,但探测强降水时衰减较小,精确度最高,且相对于Ka波段,Ku波段探测零度层亮带的效果更佳。采用双频模式进行探测时,能同时兼顾弱降水与强降水的散射和衰减特征。在探测降水的雨顶高度方面,无论何种降水,Ka波段匹配模式的波束测得的雨顶高度都最低。当探测弱降水时,Ka波段HS模式探测的回波顶高明显高于Ku波段;当探测强降水时,两者相差不多。这也证明了发生强降水时,由于对流旺盛,气流的垂直上升速度快,其雨顶高度接近云顶高度,而发生弱降水时,气流的垂直速度相对较小,其雨顶高度低于云顶高度。(2)利用DPR资料分析台风“彩虹”的降水回波结构GPM捕捉到台风“彩虹”的结构时,台风已发展到成熟阶段,眼区清晰,螺旋结构明显,8小时后达到最大强度。台风在成熟阶段近地面降水率集中在20mm/h以下,部分在20-60mm/h,最大值达到88. 68mm/h;雨顶高度集中在5-l0km,最大高度超过15km,但强度超过15mm/h的降水主要分布在4km以下。台风垂直结构中可明显看到不连续的零度层亮带,多个对流单体分布在层云降水中,层云降水的面积在台风中所占比例达到63. 4%,但单位面积平均降水率比对流降水低37%。双频降雨雷达DPR和地基S波段雷达探测“彩虹”台风的结果十分相近,证明了 DPR数据质量的可靠性。(3)GPM/DPR 与 Cloudsat/CPR 及 TRMM/PR 探测能力的差异目前,世界上共有三颗搭载雷达的卫星,分别是搭载测雨雷达PR的TRMM卫星,搭载云廓线雷达CPR的云卫星Cloudsat和搭载双频测雨雷达DPR的全球降水测量计划GPM。PR采用Ku波段,能够探测强度较大的降水;DPR是对PR的延续和发展,同时采用Ka与Ku两个波段,兼能探测强降水和弱降水;CPR采用高频的W波段,主要功能为探测云的结构。利用DPR、CPR两种数据资料分析2015年10月3日经过大西洋的一次对流,发现雨顶高度在7km,云顶高度在13km,雨顶高度比云顶高度低约6km。在任何高度上,CPR测得的反射率因子都比DPR要小,两者的回波廓线也呈现不同的变化趋势。DPR主要探测到降水区域,而CPR能探测更大范围的云系,却因衰减无法准确探测强回波中心。2015年2月25日,PR和DPR在10分钟内先后探测到印度洋罗德里格斯岛的一次对流,对比两者的探测结果,发现双频雷达DPR的Ku波段探测结果与PR探测结果基本吻合,证实了 GPM数据的可靠性。此外,利用Cloudsat卫星2B-GEOPROF产品,分析台风“彩云”的云系结构,发现云顶高度总体上在15-17km,随着与台风眼距离的增大云顶高度也在逐步降低。雨顶高度在5km左右,远低于云顶高度,冰晶粒子尺度主要分布在0-200μm,半径在100-200μm的冰晶粒子主要集中在0. 5-1km高度上,该高度以上冰晶粒子尺度基本小于100μm,冰晶粒子尺度与回波强度成正相关关系。