准确反演雨滴谱对深入理解云降水微物理过程、评估数值模式云微物理方案、支撑人工影响天气作业以及认识云–气候相互作用都具有重要意义。双频雷达测得的双频比（DFR）与归一化截距参数（Nw）无关，仅取决于质量加权平均直径（Dm），是反演雨滴谱的有力参数。然而，DFR–Dm关系存在“双解”难题：当DFR≤0时，一个DFR值对应两个Dm值，传统做法或直接舍弃这部分数据造成大量资料损失，或选取较大的Dm解而在弱降水中引入显著误差，长期以来该问题一直未得到妥善解决。

针对上述问题，中国科学院大气物理研究所联合粤港澳大湾区气象研究院（阳江）等单位，提出了一种联合X/Ka双频雷达观测与W波段散射模拟约束的雨滴谱反演方法，相关成果发表于EGU旗下期刊《Atmospheric Measurement Techniques》。

该反演方法基于广东阳江气象观测站的X/Ka双频垂直指向雷达和二维视频雨滴谱仪观测资料建立，涵盖层状云降水、对流云降水以及小时雨强超过100毫米的极端降水过程。研究团队以2DVD实测雨滴谱为真值，通过T-matrix散射计算模拟X、Ka和W波段的雷达反射率，建立DFR(X,Ka)–Dm、DFR(Ka,W)–Dm等理论反演关系；对X/Ka波段反射率进行衰减订正后，利用Ka/W双频比模糊区显著更窄的特性，在DFR(X,Ka)≤0的模糊区内以模拟的DFR(Ka,W)约束求解Dm，再结合Ka波段反射率反演液态水含量，最终重建完整的雨滴谱。

图1 DFR–Dm 散点分布与双解模糊区：右图中 DFR(Ka,W) 的双解模糊区（虚线框内散点）显著窄于 DFR(X,Ka) 的双解模糊区（全部散点）

引入DFR(Ka,W)约束后，能够获得唯一Dm解的数据比例由仅使用DFR(X,Ka)时的35.38%大幅提升至87.5%，双解模糊区对应的Ka波段反射率范围由约−20至45 dBZ（Dm为0.3至1.6毫米）收窄至约−20至20 dBZ（Dm为0.3至0.8毫米）。与两种传统方法的对比显示，传统方法或无法反演1.3毫米以下的小雨滴，或高估小滴的Dm并进而低估Nw；而新方法在整个粒径谱范围内均能准确反演Dm和Nw，尤其在20 dBZ以下的弱回波区优势突出。利用未参与建模的2025年6月14日降水过程开展的独立验证表明，反演精度与建模阶段相当，说明该方法具有一定的普适性。

该概念性验证研究证实了多频段联合约束在解决DFR–Dm双解难题上的潜力，为未来三频雷达雨滴谱反演提供了参考框架。

图2 不同方法反演Dm、Nw对比与新方法反演结果验证（a、e：新方法；b、f：第一种传统方法；c、g：第二种传统方法；d、h：2025年6月14日个例数据对新方法反演Dm 和 Nw的验证）

图3 传统方法（DSD‑est1、DSD‑est2）与新方法（DSD‑est）反演得到的平均和真值（DSD）对比

（a: Z < 20 dBZ; b: 20 dBZ ≤ Z < 30 dBZ; c: 30 dBZ≤ Z < 40 dBZ; d: 40 dBZ ≤ Z < 50 dBZ）

论文第一作者为冯亮高级工程师，通讯作者为杨洁帆研究员和粤港澳大湾区气象研究院郭泽勇正研级高工。研究得到中国科学院先导专项项目四课题二（XDB0760402）、北京市科技计划项目(Z251100004525005)、广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515510010）、中国气象局龙卷风重点开放实验室（TKL202402）和河北省自然科学基金（2024304015）联合资助。

文章信息：

Feng, L., Yang, J., Guo, Z., Sun, J., Sun, Y., Yang, H., and Hu, X., 2026: The proof-of-concept for raindrop size distribution retrieval using combined dual-frequency radar DFR, Atmos. Meas. Tech., 19, 6395–6414. https://doi.org/10.5194/amt-19-6395-2026.