Polarimetriset säätutkat ovat tulossa lähiaikoina operatiiviseen käyttöön Suomessa ja muualla maailmassa. Polarimetriset säätutkat tuovat lisää informaatiota ilmakehän hydrometeorien mittaukseen ja mahdollistavat siten perinteisiä säätutkia tarkemman sateen vesimäärän arvioinnin ja sateen olomuotojen luokittelun. Polarimetristen säätutkien parempaa hyödyntämistä varten tarvitaan lisää tietoa erilaisten hydrometeorien sirontaominaisuuksista . Tässä työssä tehtiin modifioitua DDA- eli diskreettidipoliapproksimaatiolaskentaa ja nollannen asteen säteilynkuljetusteoriaa käyttävä sirontamallinnusohjelma. Ohjelma kykenee laskemaan yksittäisen partikkelin eteenpäin ja takaisinsirontaparametrit eri polarisaatioille ja samoista kappaleista käyttäjän antamalla tiheydellä muodostuvan kerroksen sironta- ja vaimennusominaisuudet. Ohjelman toiminta validoitiin vertaamalla pallomaisten kappaleiden mallinnustuloksia analyyttisiin, ja siten tarkasti oikean tuloksen antaviin Mie-sirontatuloksiin.
Ohjelmaa käytettiin sulavan lumi-, räntä- ja vesisateen etenemisvaimennuksen mallintamiseen. Ohjelmalla tutkittiin miten etenemisvaimennus muuttuu partikkelin sisältämän vesimäärän kasvaessa ja kuinka veden sijoittuminen eri puolille kappaletta vaikuttaa eri polarisaatioilla tapahtuvaan vaimennukseen. Sulamista mallinnettiin yksinkertaisella mallilla, jossa on neljä sulamisvaihetta.
Vaimennusmallinnuksen tuloksista havaittiin, miten HH- ja VV-polarisaatioiden ero kasvaa voimakkaasti, kun partikkelin alaosaan kertyy nestemäistä vettä tai kun partikkelin muoto muuttuu litteämmäksi. Pallosymmetristä tilannetta kuvaavassa toisen sulamisvaiheen partikkelissa havaittiin oletuksen vastaisesti myös jonkin verran eroa polarisaatioiden vaimennustuloksissa. Ongelman oletettiin johtuvan tavasta, jolla partikkelit luotiin, eikä varsinaisesta mallinnusohjelmasta, joka vaikuttaa muuten toimivan oletetusti.Polarimetric weather radars will be in operational use in the near future. Polarimetric weather radars provide more information in the measurement of the atmospheric hydrometeors when compared to traditional weather radars. Hence more accurate estimates of the rain water content and precipitation types can be attained. In order to make better use of the features of polarimetric weather radars more information on the scattering properties of hydrometeors is needed.
In this thesis a program, that models scattering using modified DDA calculation and the zeroeth degree radiative transfer theory, was made. The program is able to calculate forward and backscattering parameters of a single particle and scattering and attenuation properties for a layer consisting of those particles with a specified numerical density. The results from program for spherical particles were validated by comparing them to Mie scattering results, which are analytical, and therefore, true results for the scattering situation.
The program was used to model attenuation due to hydrometeors in the melting layer. It was studied how the propagation attenuation changes when the water volume fraction in the particles increases and how differential accumulation of the water affects the attenuation in different polarization components. Melting of the particle was modeled with a simple model with four phases of melting.
The results of the attenuation modeling suggest, that the difference between HH and VV polarizations increases strongly when more water accumulates in the bottom of the particle and when the particle changes to a flatter shape. The second phase of the melting was spherically symmetric but contrary, to the initial assumption, differences between attenuation results for different polarizations were noticed. The problem was assumed to be caused by the way the particles were generated and not by the program which otherwise seems to be working properly
