进入夏季，降水频频。气象雷达作为监测降水的利器，靠发射电磁波、接收回波来“看”雨的走势和规模。然而，无论是地面雷达还是星载雷达，在刻画降水时都存在一个共性问题——经过融化层时存在电磁波衰减。日前，中国气象科学研究院气象雷达团队把融化层内部活动看作一个“黑箱”，直接对比融化层顶部和底部的不同频段电磁波差异，用差分方法反推出衰减强度和规律，首次实现对Ku、Ka波段融化层衰减的长期、直接、高精度测量。

融化层，即大气高层温度达到0℃附近的区域，其上层为雪花，下层为雨水，融化层内为雨雪混合物，相态复杂，雪花的融化进度也不一。就是这薄薄一层，成为全球雷达探测的难题，不仅影响气象雷达探测，也影响卫星通信、5G毫米波、导航信号——凡是电磁波穿过这一区域，都会被它干扰。

过去几十年，许多全球顶尖团队都试图从融化层内部入手，厘清其活动机理从而量化电磁波衰减的程度，但由于缺乏稳定可用的实测方案，目前还未实现。

中国气象科学研究院气象雷达团队另辟蹊径，将复杂物理过程简化为数学参数化计算。中国气象科学研究院副研究员李浩然介绍，团队基于中国气象局龙门云物理野外科学试验基地连续三年的多频雷达观测数据，配合雨滴谱仪等高精度设备，实现了对Ku、Ka波段融化层衰减的直接测量，并总结出其变化规律。

研究结果显示，融化层对信号的削弱程度，主要由其厚度决定。单位厚度内的衰减（“比衰减”）是一个非常稳定的物理量，几乎不随地区变化。换句话说，只要知道融化层厚度和降水强度，套上研究所得的公式就能算出总衰减，该方法在我国南北方、赤道、两极都适用。

同时，衰减程度也受融化层中雪花是否密实影响——如果雪花在高空经历了“凇附”（冰晶像滚雪球一样裹上过冷却水滴），其融化层衰减会减少一半，在小雨时，这种差异更加显著。

团队还将适应于Ku、Ka波段的结论成功推广到W波段雷达，形成一套可直接用于全球星载雷达、地面雷达、无线电通信的通用方法。李浩然表示，相比国际上通行的模拟技术，这种新参数化方法不仅更准确，计算量也更小。初步结果显示，新方法显著改善星载雷达对层状云降水强度的高估问题。

用黑箱方法暂时绕过融化层内部最复杂的物理过程，这种以实际应用为导向的方法解决了当下最棘手的问题，让技术先落地、先应用。

来源：中国气象科普网