Rain gauge concept using s-band and w-band for estimation of moderate to heavy precipitation

Abstract

In this research, two Doppler radars working at W-band (95GHz) and at S-band (2.8GHz) together with radiosonde observations (RaOb) were used to retrieve physical parameters such as rainfall rate and vertical air motion (Wt) in rain. These instruments were deployed at the U.S. Department of Energy Atmospheric Radiation Measurement (DOE ARM) Cloud and Radiation Testbed (CART) site in Lamont, Oklahoma where rain data was collected on November 8, 2001 at hour 21:00:17 UTC. In order to retrieve these parameters, the data was processed and analyzed following an iterative method similar to that proposed by Firda [Firda et al., 1999, Firda 1997], but using the Marshall-Palmer drop size distribution and a lower non-attenuating frequency, to consider higher rainfall rates. This iterative method includes the use of Liebe’s model for suspended water droplets, Mie scattering theory, Green’s raindrops shape model and the ideal gas model. Rainfall rates were found to go from 0 mm/hr to 69.9 mm/hr. Vertical air motion was retrieved and values described updraft up to 2.5 m/s and downdrafts up to -1.2 m/s.

En esta investigación, se utilizaron dos radares Doppler que trabajan en las bandas W (95GHz) y S (2.8GHz) junto con datos obtenidos por las observaciones de radiosondas para obtener parámetros físicos como las razones de lluvia y el movimiento vertical del aire de un evento de lluvia. Estos instrumentos se encuentran en el Cloud and Radiation Testbed (CART) en Lamont, Oklahoma, en donde datos de lluvia fueron obtenidos el 8 de noviembre de 2001 a las 21:00:17 UTC. Para obtener estos parámetros, los datos fueron procesados y analizados siguiendo un método similar al propuesto por Firda [Firda et al., 1999; Firda, 1997] pero usando el modelo de Marshall-Palmer para la distribución de tamaño de gotas y una frecuencia no atenuante más baja para considerar lluvia más fuerte. Este método incluye el uso de modelos tales como el modelo de Liebe para gotas de agua, la teoría de Mie, el modelo de Green y el modelo de gas ideal. Fueron encontrados que los valores de razones de lluvia fluctuaban entre los 0 mm/hr y los 69.2 mm/hr. El movimiento vertical del aire fue obtenido y los valores variaban entre los -1.2 m/s y 2.5 m/s.