Original paper

On precipitation induced polarization of microwave radiation measured from space

Czekala, Harald; Simmer, Clemens

Meteorologische Zeitschrift Vol. 11 No. 1 (2002), p. 49 - 60

published: Mar 5, 2002

DOI: 10.1127/0941-2948/2002/0011-0049

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ArtNo. ESP025011101006, Price: 29.00 €

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Abstract

The polarization effects caused by horizontally aligned oblate hydrometeors show signicant differences compared to the effect of spherical particles. Even in the presence of a thick ice cloud above the precipitation layer the oblate raindrops may still have an impact on the polarization differences (TB1v - TB1h) observed from space. For large oblate ice particles with aspect ratios as high as 3.3 the polarization difference is strongest for 85 GHz (more than 40 K). Other reasonable choices of ice particle shape above a layer of nonspherical rain drops can alter the results such that the polarization difference at 37 GHz exceeds the 85 GHz polarization signal, reaching +15 K for 37 GHz at a rain rate of 50 mm/h. The scattering signal at 85 GHz is very sensitive to ice mass, but also depends very much on the ice particle shape. By choosing different ice shapes we demonstrate the large range of polarization signatures that can be expected and which include the results reported in the literature. Since different rain events are probably associated with different kinds of ice particles, the 85 GHz scattering signature is a very ambiguous source of information if it is used without additional information. At low frequencies (below 37 GHz) there is hardly any sensitivity to the ice particle shape. The information is directly linked to the water mass and raindrop shape which is known to a much better extent than the ice particle shape. Die von horizontal angeordneten, abgeplatteten Hydrometeoren verursachten Polarisationseffekte, zeigen signikante Unterschiede im Vergleich zu sphärischen Partikeln. Selbst bei Vorhandensein einer dicken Eiswolke oberhalb des Niederschlagsniveaus können die abgeplatteten Regentropfen immer noch einen Einuss auf die vom Weltraum beobachteten Polarisationsdifferenzen (TB1v - TB1h) besitzen. Bei großen, achen Eispartikeln mit einem Aspektverhältnis bis zu 3,3 ist die Polarisationsdifferenz bei 85 GHz (mit mehr als 40 K) am stärksten. Andere, sinnvoll ausgewählte Eispartikelformen über der Schicht mit den nicht-sphärischen Regentropfen können die Ergebnisse dergestalt verändern, dass die Polarisationsdifferenzen bei 37 GHz das Signal der Polarisation bei 85 GHz übersteigen; sie erreichen +15 K bei 37 GHz und einer Regenintensität von 50 mm/h. Das Streusignal bei 85 GHz ist sehr empndlich bezüglich der Masse des Eises, aber hängt auch sehr stark von der Form der Eispartikel ab. Durch die Wahl verschiedener Eisformen erklären wir den weiten Bereich der Polarisationssignaturen, der erwartet werden kann und Ergebnisse aus der Literatur umfasst. Unterschiedliche Regenereignisse sind aller Wahrscheinlichkeit nach auch mit verschiedenen Eispartikeln verbunden. Somit ist die Signatur der Streuung bei 85 GHz eine sehr vieldeutige Informationsquelle, falls sie ohne Zusatzinformation benutzt wird. Im Bereich niedriger Frequenzen (unter 37 GHz) ndet man so gut wie keine Empndlichkeit gegenüber der Eispartikelform. Die Information ist unmittelbar mit der Masse des Wassers und der Form der Regentropfen verbunden; letztere ist wesentlich besser bekannt als die Form der Eispartikel.