雷達(dá)氣象期末復(fù)習(xí)整理版

1、雷達(dá)氣象期末復(fù)習(xí)整理版雷達(dá)氣象第一章第一節(jié)1 雷達(dá)的含義，雷達(dá)氣象含義及其用處Radar ：通過無線電技術(shù)對目標(biāo)物進(jìn)行探測和定位，確定目標(biāo)位置和強(qiáng)度的技術(shù)。氣象雷達(dá)：是用于探測氣象要素和各種天氣現(xiàn)象的雷達(dá)，常稱為“千里眼、順風(fēng)耳”。雷達(dá)氣象：利用氣象雷達(dá)，進(jìn)行大氣探測和研究雷達(dá)波與大氣相互作用的學(xué)科，是大氣物理學(xué)、大氣探測和天氣學(xué)共同研究的一個分支。雷達(dá)氣象學(xué)在突發(fā)性、災(zāi)害性天氣的監(jiān)測、預(yù)報和警報中具有極為重要的作用。 2 氣象雷達(dá)的特點(diǎn)氣象雷達(dá)是雷達(dá)中的一個重要成員，探測的對象是覆蓋整個地球的大氣，不受季節(jié)、晝夜和天氣條件的影響，能全天時、全天候工作，不受能見度，探測條件的影響。采用大功率發(fā)

2、射機(jī)、高增益天線、高靈敏接收機(jī)，可增加雷達(dá)威力，探測數(shù)百公里外的目標(biāo)。現(xiàn)代化的雷達(dá)機(jī)，與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合，使其數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)一步提高，測定目標(biāo)的精度更高。3 我國雷達(dá)分布情況根據(jù)天氣現(xiàn)象：? 沿海地區(qū)：暴雨臺風(fēng)多，S波段（5cm）為主? 內(nèi)陸地區(qū)：一般性降水，C波段（10cm）為主電磁特性： 暴雨，S波段穿透能力強(qiáng)，衰減??；一般性降水，S波段反射弱，C波段反射強(qiáng)4 我國天氣雷達(dá)的應(yīng)用強(qiáng)對流天氣的監(jiān)測與預(yù)警：災(zāi)害性大風(fēng)、冰雹和暴洪。天氣尺度和次天氣尺度降水系統(tǒng)的監(jiān)測。應(yīng)用：人工影響天氣、降水測量、風(fēng)的測量、數(shù)據(jù)同化。第二節(jié)1 我國新一代雷達(dá)的組成部分-雷達(dá)的硬件系統(tǒng)新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)的三個部分：（

3、1）數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA）；定義：用戶所使用雷達(dá)數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)。功能：產(chǎn)生和發(fā)射電磁波，接收目標(biāo)物對這些電磁波的散射能量，并形成數(shù)字化的基數(shù)據(jù)。主要結(jié)構(gòu)：發(fā)射機(jī)RDA是取得雷達(dá)數(shù)據(jù)的第一步發(fā)射電磁波信號。RDA主要是由放大器來完成，產(chǎn)生高功率且非常穩(wěn)定的電磁波信號。穩(wěn)定是非常重要的，產(chǎn)生的每個信號必須具有相同的初位相，以保證回波信號中的多普勒信息能夠被提取。一旦信號產(chǎn)生，就被送到天線。天線(天線沿一定的仰角，圍繞自身旋轉(zhuǎn)360°，圓錐面掃描)將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號以波束的形式發(fā)送到大氣，并接收返回的能量，確定目標(biāo)物的強(qiáng)度，同時確定目標(biāo)物的仰角、方位角和斜距，進(jìn)行定位。雷達(dá)天線仰角的

4、變化范圍：0 90?。天線仰角的設(shè)置取決于天線的掃描方式、體掃模式和天氣模式。新一代多普勒雷達(dá)有3 種掃描方式：掃描方式1 ：5 分鐘完成14個不同仰角上的掃描（14/5分鐘）掃描方式2 ：6 分鐘完成9 個不同仰角上的掃描（9/6分鐘）（我國）掃描方式3 ：10分鐘完成5 個不同仰角上的掃描（5/10分鐘）新一代多普勒雷達(dá)的天氣模式：(1)：降水模式，天線轉(zhuǎn)動快，仰角多使用VCP11 和VCP21 ，掃描方式為14/5和9/6。(2)：晴空模式，天線轉(zhuǎn)動慢，仰角少接收機(jī)當(dāng)天線接收到返回的電磁波時，把信號傳送給接收機(jī)。由于接收到的電磁波能量很小，所以在以模擬信號的形式傳送給信號處理器之前必須由

5、接收機(jī)進(jìn)行放大。信號處理器功能：(1) 地物雜波消除：目標(biāo)是否運(yùn)動。(2) 模擬信號向數(shù)字化的基本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換?；鶖?shù)據(jù)：反射率因子R ，徑向速度V ，譜寬W 。(3) 退距離折疊和速度模糊。（距離折疊：雷達(dá)接收到位于其最大距離之外較強(qiáng)的回波；速度模糊：環(huán)境風(fēng)場超過雷達(dá)的最大速度）（2）產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPG）-雷達(dá)軟件系統(tǒng)或指令中心，控制RDA,PUP（雷達(dá)控制臺UCP：RPG的操作界面）；工作任務(wù)：i 將雷達(dá)探測所得的原始基數(shù)據(jù)，采集下來，進(jìn)行質(zhì)量控制和預(yù)處理，形成原始數(shù)據(jù)文件。ii 生成雷達(dá)的物理量產(chǎn)品導(dǎo)出產(chǎn)品；iii 對基數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔，并將產(chǎn)品下發(fā)給用戶。（3）主用戶處理器（PUP

6、）；功能：獲取、存貯和顯示雷達(dá)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。預(yù)報員通過這一界面獲取所需要的雷達(dá)產(chǎn)品，并將它們以適當(dāng)?shù)男问斤@示在監(jiān)視器上。(瀏覽雷達(dá)圖像，保存、生成、分析天氣)其次還包括：通訊線路、附屬安裝設(shè)備等。第二章第一節(jié)1 散射的定義當(dāng)電磁波束在大氣中傳播，遇到空氣介質(zhì)或云滴、雨滴等懸浮粒子時，入射電磁波會從這些介質(zhì)或粒子上向四面八方傳播開來，這種現(xiàn)象稱為散射現(xiàn)象。粒子產(chǎn)生散射的原因：粒子在入射電磁波極化下作強(qiáng)迫的多極振蕩，從而發(fā)出次波，這就是散射波。粒子對入射電磁波的散射，只改變電磁波的傳播方向，沒有使電磁形式的能量轉(zhuǎn)化為別的形式的能量。但當(dāng)入射電磁波在粒子介質(zhì)內(nèi)部傳播時，有一部分電磁能會被吸收并轉(zhuǎn)化為熱能

7、，這就是粒子對電磁波的吸收。粒子對入射電磁波的散射和吸收，其能量均取自于入射電磁波，故使原入射方向上的電磁波能量受到衰減。(散射波是全方位，是不均勻的）PS：能流密度：單位面積單位時間內(nèi)接收或發(fā)射的能量。Si：入射電磁波能流密度；SS：散射電磁波能流密度散射總功率：單位時間散射波的總能量。2 散射的分類粒子散射電磁波的能力，除和電磁波的波長等因素有關(guān)外，和粒子的大小、形狀、以及粒子的電學(xué)特性有關(guān)。當(dāng)雷達(dá)波長確定后，球形粒子的散射情況主要取決于粒子直徑d和入射波長的相對大小。瑞利散射：d瑞利散射的特征（當(dāng)=2r/ >0.13時，瑞利公式計算會產(chǎn)生誤差，隨著增大，瑞利公式就不適用）粒子的散射

8、能力與4成反比。波長越短，散射越強(qiáng)。粒子的散射能力與D6成正比。粒子半徑越大，散射越強(qiáng)。粒子的前向散射和后向散射為最大，粒子無側(cè)向散射。散射截面為紡錘形。米散射：d（1）散射波是以粒子為中心的球面發(fā)散波；（2）散射波是橫波，且是橢圓偏振波；（3）散射波和入射波同頻率；（4）散射波能流密度是各向異性的；大部分能量集中在=0°附近的向前方向上，越大，向前散射的能量占全部散射能量的比重越大。（5）散射波性質(zhì)與入射波波長、散射粒子半徑r、粒子周圍環(huán)境的特性等有關(guān)。3 散射截面（雷達(dá)截面）的定義粒子總散射功率與入射波能流密度之比。與粒子性質(zhì)、大小以及入射波波長等有關(guān)。由于實際粒子不是理想的散射

9、體，因此粒子后向散射截面不等于它的幾何截面積，通常小于幾何截面積。 意義：從粒子的雷達(dá)截面大小了解它所造成的后向散射能力的大小。后向散射截面越大，粒子的后向散射能力越強(qiáng)，在同樣條件下，它所產(chǎn)生的回波信號也越強(qiáng)。PS：后向散射能量：雷達(dá)天線接收到的只是粒子散射中返回雷達(dá)方向（）的那一部分能量，這部分能量稱為后向散射能量。4 雷達(dá)反射率與反射率因子雷達(dá)反射率：單位體積內(nèi)全部降水粒子的雷達(dá)截面之和。反映單位體積內(nèi)一群云、雨滴在天線處造成的回波功率的大小。PS：回波功率不僅與單位體積內(nèi)的云、雨粒子的數(shù)目有關(guān)，還與雷達(dá)本身的參數(shù)、粒子群離雷達(dá)的距離等因子有關(guān)。因此，對同一群云滴或雨滴，使用不同波長的雷達(dá)

10、，或在不同距離上進(jìn)行觀測，回波功率也將不同。故不能簡單地通過回波功率的比較來了解云、雨的不同情況。為使不同波長雷達(dá)所觀測到的云、雨等情況可以直接比較，因此引進(jìn)雷達(dá)反射率因子。反射率因子：與反射率的關(guān)系：Z：與入射波波長無關(guān)，取決于云、雨滴譜分布（不同半徑粒子數(shù)目的大?。?，還與粒子的直徑有關(guān)，與粒子直徑D6成正比。少數(shù)大水滴將提供散射回波功率的絕大部分，對Z值貢獻(xiàn)大，即大雨滴對觀測到的回波功率起主要作用。第二節(jié)1 衰減電磁波能量沿傳播路徑減弱的現(xiàn)象稱為電磁波的衰減。衰減是散射和吸收的總和，當(dāng)電磁波投射到氣體或云雨粒子上時，一部分能量被散射，一部分能量被吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑蚱渌问降哪芰浚瑥亩闺姶?/p>

11、波能量減弱。 2 衰減的影響和規(guī)律衰減對氣象雷達(dá)信號的不利影響：一、由于衰減的存在，同一方向上遠(yuǎn)處降雨的后向散射的定量測量比近處難得多。距離二、如果傳輸過程的衰減太大，則強(qiáng)吸收區(qū)后面的降雨單元的回波有可能被完全衰減掉。V缺口（PS：溶化的冰粒產(chǎn)生更強(qiáng)的后向散射，這一現(xiàn)象會導(dǎo)致在零度等溫線附近出現(xiàn)雷達(dá)所發(fā)現(xiàn)的“亮帶”，對C 波段的雷達(dá)會出現(xiàn)“V” 字型缺口。（層狀云的零度層亮帶）吸收電磁波的大氣氣體主要是水汽和氧氣。第三節(jié)1 大氣折射大氣折射：電磁波在真空中以約速度3×108m/s直線傳播，但在大氣中在遠(yuǎn)距離傳播時，且當(dāng)大氣中氣象要素有異常的鉛直分布時，電磁波會出現(xiàn)明顯的曲線傳播的現(xiàn)象

12、，稱為大氣折射。(1)盛夏的中午：大氣溫度直減率有可能低于干絕熱直減率，從而發(fā)生負(fù)折射，探測范圍明顯減少。(2)雨后晴朗的夜間：由于地面輻射，形成上干下濕的逆溫層，發(fā)生超折射。當(dāng)實際大氣偏離標(biāo)準(zhǔn)折射形式時，就會產(chǎn)生測高誤差。2 大氣折射的形式標(biāo)準(zhǔn)大氣折射? 波束路徑向下彎曲，這種折射稱標(biāo)準(zhǔn)大氣折射，亦稱為正常折射。? 標(biāo)準(zhǔn)大氣折射時可能使最大探測距離增大了16。臨界折射當(dāng)波束路徑的曲率與地球表面的曲率相同時，即波束傳播路徑與地表面平行，電磁波將環(huán)繞地表面在一定高度上傳播而不與地面接觸，則稱為臨界折射。超折射? 當(dāng)波束路徑曲率大于地球表面曲率時，雷達(dá)波束在傳播時將碰到地面，經(jīng)地面反射后繼續(xù)向前傳

13、播。然后再彎曲到地面，再經(jīng)地面反射，重復(fù)多次，雷達(dá)波束在地面和某層大氣之間，依靠地面的反射向前傳播，與波導(dǎo)管中的微波傳播相似，又稱超折射。? 超折射回波的影響：由于超折射的存在會導(dǎo)致產(chǎn)生超折射回波，使原來雷達(dá)探測不到的目標(biāo)物在熒光屏上顯示出來，增加了雷達(dá)探測的極限距離有利的一面。由于超折射的存在，會增加雷達(dá)的探測誤差，特別是測高誤差。? 超折射形成的氣象條件有利于產(chǎn)生超折射的條件：逆溫顯著；水汽壓隨高度隨高度迅速減少，大氣折射指數(shù)m隨高度迅速減小。常說“暖干蓋”的大氣層結(jié)。大陸上晴朗夜晚，由于地面輻射，近地面降溫強(qiáng)烈而形成輻射逆溫。尤其是地面潮濕，逆溫使水汽不能向上輸送，形成水汽壓隨高度急劇減

14、少輻射超折射當(dāng)暖而干的較干空氣移到冷水面時使低層空氣冷卻，溫度有所增加。平流超折射。雷暴消散期，其底部下沉氣流造成近地面層幾百米高度處逆溫，形成超折射雷暴超折射大氣層中，形成超折射的氣層通常只是近地面很薄的氣層（1km ），適當(dāng)提高仰角，雷達(dá)波能穿透超折射層，超折射回波大大減少。負(fù)折射如果雷達(dá)波束不是向下彎曲，而向上彎曲，出現(xiàn)的折射現(xiàn)象稱為負(fù)折射。這時K負(fù)折射現(xiàn)象出現(xiàn)在：濕度隨高度增加而增加，溫度隨高度的遞減率比干絕熱遞減率大時。當(dāng)冷空氣移到暖水域上空時，就有可能形成這種超干絕熱而產(chǎn)生負(fù)折射現(xiàn)象。負(fù)折射發(fā)生時正常能觀測到的目標(biāo)看不到了。零折射對于均質(zhì)大氣，雷達(dá)波束沿直線傳播，沒有折射現(xiàn)象發(fā)生時

15、，稱為零折射或無折射。在一般情況下，大氣不會出現(xiàn)這種情況。3 雷達(dá)氣象方程書P67? 雷達(dá)回波：當(dāng)雷達(dá)波束投射到云、降水粒子上時，云、降水粒子就會發(fā)生散射現(xiàn)象，其中向后方散射的一部分散射波重新返回到雷達(dá)天線處，并在雷達(dá)顯示器上顯示出的各種圖像，稱雷達(dá)回波。? 雷達(dá)氣象方程：根據(jù)所測定的回波強(qiáng)度去推斷云、降水粒子的物理狀況，將雷達(dá)的作用距離與發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天線、目標(biāo)和環(huán)境的各種特性聯(lián)系起來的方程。a 單個目標(biāo)的雷達(dá)方程：（1）天線輻散強(qiáng)度在兩半功率點(diǎn)間均勻分布：? 假設(shè)：雷達(dá)波束的能量集中在以兩個半功率點(diǎn)為界的狹窄波束照射體積中，做這樣規(guī)定后的狹窄波束的橫截面內(nèi)，天線輻射強(qiáng)度處處相同，都等于最

16、大輻射方向上的能流度值Si max。? 天線增益G天氣雷達(dá)具有高度方向性的定向輻射天線，它使大部分能量集中在一個很窄的范圍內(nèi)朝一定的方向發(fā)射出去。若定向輻射天線和一個方向均勻輻射天線所輻射的總功率相同，把定向天線最大輻射方向的能流密度與各向均勻輻射天線的能流密度之比，稱為天線增益。普通雷達(dá)方程：適用于飛機(jī)、船舶、單個雨滴等任何一個單個目標(biāo)物。結(jié)論：雷達(dá)回波功率強(qiáng)弱取決于雷達(dá)參數(shù)（發(fā)射機(jī)功率Pt ，天線增益G，雷達(dá)機(jī)波長），目標(biāo)距雷達(dá)站的距離R和目標(biāo)物的雷達(dá)截面等。（2）天線輻射強(qiáng)度不均勻分布的雷達(dá)方程半功率點(diǎn)內(nèi)天線輻射顯然是不均勻的，而且半功率點(diǎn)外也有一部分輻射能量。引入天線方向圖函數(shù)f (

17、,)。、是以天線最大輻射方向為基準(zhǔn)的水平與垂直的角坐標(biāo)。由于雷達(dá)波束的電場強(qiáng)度在各個方向上分布不一樣。對一個單目標(biāo)物，天線輻射不均勻時的雷達(dá)氣象方程：b云及降水粒子的雷達(dá)氣象方程假設(shè)：1）雷達(dá)波的能量完全集中在以兩半功率點(diǎn)為界的狹窄照射體內(nèi)，并假設(shè)橫截面內(nèi)的天線輻射強(qiáng)度處處相等，并等于最大輻射方向的能流出度值，G為常數(shù)。2）云及降水粒子的散射波是非相干波。3）在波束有效照射體內(nèi)，粒子的尺度譜處處相等。波束有效照射深度和有效照射體積 P71? 雷達(dá)波束所照射到的云及降水粒子都要產(chǎn)生回波，但并不是波束內(nèi)所有降水粒子的回波都能同時到達(dá)天線。 ? 雷達(dá)發(fā)射的脈沖具有一定的寬度，定向發(fā)射到空間占有一定的

18、長度h，只有在波束距離R到R h/2范圍內(nèi)的那些粒子散射的回?fù)?，才能在同一時刻到達(dá)天線。稱h/2為波束有效照射深度。? 在兩個半功率點(diǎn)內(nèi)，水平波瓣寬度1，距離雷達(dá)天線為R 處散射回天線的有效照射體積為云及降水粒子的雷達(dá)氣象方程瑞利散射條件下的雷達(dá)氣象方程4 雷達(dá)氣象方程的討論P(yáng)81雷達(dá)氣象方程：雷達(dá)機(jī)各參數(shù)、氣象因子、目標(biāo)物和雷達(dá)機(jī)之間的距離，這三個方面的因子共同影響著雷達(dá)回波的強(qiáng)弱，或者相互促進(jìn)，或者相互抑制。（1）雷達(dá)機(jī)參數(shù)：發(fā)射功率：增加發(fā)射功率通?？梢蕴岣咝旁氡?，從而增大最大探測距離。但最大探測距離還取決于脈沖重復(fù)頻率，目標(biāo)物最大高度，雷達(dá)架設(shè)高度，以及地球曲率等影響。3cm 和5cm

19、 的測雨雷達(dá)：幾十幾百千瓦10cm的測雨雷達(dá)：幾個兆瓦。雷達(dá)最大探測距離還與雷達(dá)機(jī)靈敏度以及電磁波在傳播過程中衰減情況等有關(guān)。脈沖寬度和脈沖長度：當(dāng)脈沖寬度（雷達(dá)發(fā)射電磁波信號，一個信號所占用的時間）和脈沖長度h （信號空間所占距離）兩者增加時，雷達(dá)脈沖在空間的體積增加，同一時間里被電磁波所照射到的降水粒子數(shù)量增多，所以回波接收功率增大，使一些弱的雨區(qū)等容易發(fā)現(xiàn)。缺點(diǎn)：1 ）雷達(dá)的距離分辨率變低。2 ）雷達(dá)的盲區(qū)變大。波束寬度（雷達(dá)發(fā)射出的信號在圓錐空間里面最大的夾角）：水平波束寬度和垂直寬度愈大，天線發(fā)射的能量愈分散，入射能流密度將隨距離增加而較快地減小，造成回波能量變?nèi)酰⒁鹫`差。一般測

20、雨雷達(dá)希望兩者盡可能小些。天線波束寬度：反映雷達(dá)探測的角度分辨率，會影響雷達(dá)的測量精度，一般在0.8° 3.0°之間。多普勒天氣雷達(dá)的波束寬度為1.0°波束寬度與波長、天線尺寸、天線類型有關(guān)。有旁瓣影響。當(dāng)氣象目標(biāo)離雷達(dá)較遠(yuǎn)時，由于雷達(dá)波束寬度的切向?qū)挾仍龃?，特別是由于地球曲率的影響使波束軸線離地面的高度越來越高，遠(yuǎn)距離的目標(biāo)就很難充滿雷達(dá)的有效照射體積。雷達(dá)波束越高，氣象目標(biāo)的距離愈遠(yuǎn)和尺度愈小，并且探測時天線的仰角愈大，波束愈不容易被氣象目標(biāo)所充滿。波束寬度也能引起雷達(dá)的測高誤差。天線增益G：天線增益增加時，回波功率以平方的倍數(shù)增大，可提高雷達(dá)的探測能力。提高

21、G，必須增大圓拋物面口徑的幾何面積，帶來轉(zhuǎn)動性能和抗風(fēng)能力差的缺點(diǎn)。增大天線口徑面積可以提高天線的增益和減小波束寬度，從而增大雷達(dá)的探測能力和探測的角分辨率。波長：雷達(dá)機(jī)最重要參數(shù)，云雨粒子對電磁波散射能力和衰減能力，都與波長有密切關(guān)系。S波段10cm ：反射率低、衰減小、天線大；C 波段5cm ：折衷；X波段3cm ：反射率高、衰減大、天線小。在降水強(qiáng)度較小的地區(qū)，常采用3.2cm波長。在降水強(qiáng)度較大的地區(qū)，探測臺風(fēng)以及為了測定降水區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用10cm的大功率雷達(dá)。(2)氣象因子氣象因子對回波功率的影響表現(xiàn)在：1 ）目標(biāo)物的后向散射特性。反映在因子上，包括粒子的大小，相態(tài)，形狀，溫度等對

22、散射的影響。 (2）波束路徑上各種粒子對雷達(dá)波的衰減作用。反映在因子冰雹等粒子在不同波長，不同溫度時的衰減作用。（3）距離因子的影響 上，包括大氣，云，雨，雪，雷達(dá)接收功率Pr 與距離R成反比，隨距離的增加而減小，同樣強(qiáng)度的降水出現(xiàn)在遠(yuǎn)距離處要比近距離處回波弱得多，且雷達(dá)只能顯示Pr 大于某一定值的回波信號，在觀測分析回波強(qiáng)弱以及移動情況時容易產(chǎn)生錯覺。同一氣象目標(biāo)處在不同的距離時，回波亮度，尺度等也發(fā)生變化（對降水變化判斷）。距離影響回波的原因是：當(dāng)實際存在的云、降水粒子的數(shù)密度及譜特征不變時，在遠(yuǎn)距離處由于波束發(fā)散寬度增加，使發(fā)射能量分散，入射能流密度隨距離增大而減小，造成回波能量的減弱。

23、（4）影響雷達(dá)探測其它因素回波漲落現(xiàn)象空氣中降水粒子之間的距離比粒子本身的尺度大得多，可以認(rèn)為彼此沒有相互作用，是互相獨(dú)立，無規(guī)則分布的粒子。但是各個粒子產(chǎn)生的回波有時相互加強(qiáng)，有時互相抵消，使得合成的回波呈現(xiàn)漲落現(xiàn)象。在平面和高度顯示上，會使回波的邊緣變得有些模糊。2來自粒子群的回波信號，雖然瞬時值隨時間迅速脈動，但是對時間的平均值卻是比較平穩(wěn)的。在大量粒子彼此獨(dú)立，并且在空間做無規(guī)則分布的情況下，只要測定的時間足夠長，總的回波功率的時間平均值等于各個粒子的回波功率之和。衰減（見前）折射（見前）第四節(jié)1 多普勒效應(yīng)與多普勒頻率（雷達(dá)測速原理）多普勒效應(yīng)：相對運(yùn)動體之間有電波傳輸時，其傳輸頻率

24、隨瞬時相對距離的縮短和增大而相應(yīng)增高和降低的現(xiàn)象。多普勒頻率：當(dāng)目標(biāo)物與雷達(dá)之間存在相對運(yùn)動時，接收到回波信號的頻率相對于原來發(fā)射的頻率產(chǎn)生一個頻率偏移，在物理學(xué)上稱之為多普勒頻率。氣象目標(biāo)物的多普勒頻移很小，但天氣雷達(dá)還是能夠測量到。這就要求雷達(dá)以一種非常穩(wěn)定的方式發(fā)射脈沖，才能滿足所需的精度。多普勒速度是徑向速度，垂直于雷達(dá)波束的速度分量，即風(fēng)場的切向速度，測量不到。PS：徑向速度：物體（目標(biāo)）在觀察者視線方向的速度，或沿徑向方向的速度。多普勒頻率與徑向速度的關(guān)系：若徑向速度為0 ，則多普勒頻率等于0；若徑向速度不為0，多普勒頻率與速度成正比；多普勒頻率與雷達(dá)的波長成反比。通常規(guī)定：目標(biāo)向

25、著雷達(dá)運(yùn)動，速度為正，遠(yuǎn)離雷達(dá)，速度為負(fù)。2 多普勒兩難對于實際工作的雷達(dá)，波長是固定的，當(dāng)選定了最大不模糊距離（或脈沖重復(fù)頻率）后，就存在一個最大不模糊速度，對每個特定雷達(dá)而言，在確定的頻率下，探測的最大距離和最大速度不能同時兼顧，稱為“ 多普勒兩難”。* 臨界多普勒速度：當(dāng)脈沖重復(fù)頻率PRF（一個脈沖和下一個脈沖之間的時間間隔的倒數(shù)）等于多普勒頻率時，或者目標(biāo)徑向速度V×PRF/2時，就會因收發(fā)譜線相重疊產(chǎn)生測速模糊問題，V稱為臨界多普勒速度。例如：=10cm，PRF=1000/s得±Vrmax = ± 25m/s ，實際的多普勒速度超出了25m/s這個范圍，

26、雷達(dá)所測多普勒速度將出現(xiàn)巨大誤差，這種現(xiàn)象稱為速度模糊。* 最大不模糊速度：雷達(dá)能夠不模糊地測量的最大平均徑向速度，稱為最大不模糊速度Vmax，對應(yīng)的脈沖對相移是180度。采用兩個連續(xù)脈沖返回信號的相角差來估算多普勒頻移。最大不模糊速度Vmax=(PRF)/4* 距離折疊：一個脈沖傳播并且在下一個脈沖發(fā)射前回到雷達(dá)的最大距離，這個距離定義為最大不模糊距離，也是雷達(dá)的最大探測距離Rmax=C/(2*PRF)。距離折疊是雷達(dá)對雷達(dá)回波的一種辨認(rèn)錯誤，當(dāng)目標(biāo)位于最大不模糊距離以外時，會發(fā)生距離折疊，雷達(dá)顯示回波位置的方位角是正確的，但是距離是錯誤的。如果一個散射區(qū)在Rmax之外，那么回波只有在下一個

27、脈沖發(fā)射之后才能收到，因為實際來回距離在Rmax和2Rmax 之間，這種回波被稱為第二區(qū)回波。最大不模糊距離是一個發(fā)射脈沖在下一個發(fā)射脈沖發(fā)出前能向前走并返回雷達(dá)的最長距離。第三章第一節(jié)1 雷達(dá)資料顯示的方式體積掃描VOL是雷達(dá)按不同的仰角全方位掃描方式。獲取的數(shù)據(jù)可以用PPI、RHI、CR等方式顯示。PPI：平面位置顯示RHI：距離高度顯示VCS、RCS：任意垂直剖面顯示（MICAPS系統(tǒng)交互操作）CR：垂直最大回波顯示CAPPI：等高平面位置顯示2 基數(shù)據(jù)：反射率因子R，徑向速度V，譜寬W；第二節(jié):1 徑向速度場的識別* 徑向速度：即多普勒速度，用正弦曲線圖來說明雷達(dá)徑向風(fēng)速隨方位角的變化

28、。規(guī)定：（1）朝向雷達(dá)的徑向速度為負(fù)，遠(yuǎn)離雷達(dá)的徑向速度為正。（2）向北的方位角為0°，向東為90°，向西為270°度。* 零徑向速度及其意義等速度線：徑向速度相同的點(diǎn)構(gòu)成的線。零速度線：由雷達(dá)徑向速度為零的點(diǎn)組成的線。通?？筛鶕?jù)零等速度線來反推實際風(fēng)。通過零徑向速度確定風(fēng)向和風(fēng)速：假定在雷達(dá)探測范圍內(nèi)，同一高度層上的實際風(fēng)向是均勻的。從雷達(dá)中心到零速度線上的任何一點(diǎn)，過該點(diǎn)的風(fēng)向垂直于此半徑，從負(fù)徑向速度（入流）指向正徑向速度（出流）。這種判斷風(fēng)向的方法只適用于風(fēng)向均勻或風(fēng)場連續(xù)變化的情況，對鋒面等風(fēng)向不連續(xù)面就不一定適用。因為在不連續(xù)面上的風(fēng)向復(fù)雜，而且風(fēng)速很

29、小，有時顯示出零速度色標(biāo)（包含了絕對值較小的正負(fù)速度范圍）。意義：1）該點(diǎn)處的真實風(fēng)向與該點(diǎn)相對于雷達(dá)的徑向互相垂直。風(fēng)向是由鄰近的負(fù)速度區(qū)，垂直于該等速度點(diǎn)吹向正速度區(qū)。2）該點(diǎn)的真實風(fēng)速為零，在那里的大氣運(yùn)動極小或處于靜止?fàn)顟B(tài)。3）若零等速線為直線，且橫跨整個PUP顯示屏，則表示雷達(dá)所探測到的各高度層上，實際風(fēng)向是均勻一致的。4）在探測采樣較好的情況下，若某高度層出現(xiàn)最大入流或出流徑向速度中心，這就是該高度層的實際風(fēng)向。5）假定在均勻風(fēng)場中，則某一高度上的最大多普勒徑向速度值即為此高度的實際風(fēng)向。最大的多普勒速度一般出現(xiàn)在距零等速線90?的位置。識別：(_)我發(fā)現(xiàn)這個知識點(diǎn)還是看PPT比較

30、好，所以詳見PS:徑向速度場識別的方法總結(jié)（抄襲08屆的資料）（1）零徑向速度線1是否與向徑平行：若零徑向速度線與向徑平行，則表示風(fēng)向不隨高度增加而變化，反之，即它是一條曲線，則表示風(fēng)向隨高度增加要變化。2走向有無顯著折角：若零徑向速度線走向有折角，反映了水平流場中有不同方向氣流存在。大氣中可能存在鋒面、輻合線、槽線等流場系統(tǒng)，則配合正、負(fù)中心分布和回波強(qiáng)度分布特征，又可區(qū)分屬什么天氣系統(tǒng)。3走向是否和距離圈平行：若它們兩者平行，這時可能會出現(xiàn)在遠(yuǎn)離中心(正)和朝向中心(負(fù))沿徑向排列的情形。風(fēng)向和向徑平行，零徑向速度線即為輻合線或輻散線。有時零徑向速度線為閉合曲線，則表征不同高度上存在風(fēng)向輻

31、合，即存在風(fēng)的垂直切變。（2）正負(fù)速度區(qū)的分布特征1若大片正區(qū)和負(fù)區(qū)與原點(diǎn)對稱，范圍大致相等，說明不同高度上水平流場的基本氣流是一致的；反之，則說明不同高度上水平流場中存在著不同方向氣流，甚至有中小尺度系統(tǒng)存在。2大片正區(qū)和負(fù)區(qū)是否與向徑對稱：這條規(guī)則在分析鋒面和切變線位置時很有用。因為在鋒面存在時，正負(fù)中心往往與向徑對稱排列。3有無緊密相鄰的成對強(qiáng)小尺度正、負(fù)中心存在：當(dāng)有成對沿向徑排列的相距較近的(2050km)強(qiáng)多普勒速度中心或有成對強(qiáng)多普勒速度中心位于某一向徑兩側(cè)，二個中心間相距很近，這就要分析有強(qiáng)中小尺度天氣系統(tǒng)甚至颮線存在的可能。4有無多普勒徑向速度等值線密集帶存在通常在鋒面和颮線

32、附近存在徑向速度等值線密集帶。等值線愈密，鋒面和颮線愈強(qiáng)，而且后者等值線更密。在分析時還要注意密集帶走向是否與向徑平行、是否與距離圈平行，這在確定鋒面、颮線位置時很有用。（3）強(qiáng)多普勒徑向速度梯度帶徑向速度切向梯度愈大，水平風(fēng)速愈大，它往往與強(qiáng)對流天氣，諸如快速移行冷鋒、颮線、中尺度氣旋相聯(lián)系。當(dāng)它們成弧狀排列，可能存在強(qiáng)輻合帶或颮線，又當(dāng)它們成近似圓形排列，則可能存在強(qiáng)中尺度氣旋。第三節(jié)1 雷達(dá)回波的類型2 非降水回波：指還沒有產(chǎn)生降水的云、霧、晴空大氣、地物等目標(biāo)物對電磁波的散射所產(chǎn)生的雷達(dá)回波，會干擾天氣雷達(dá)正常的探測和判斷。* 地物回波：由山地及其各種建筑物等對電磁波的散射而產(chǎn)生的回波

33、。產(chǎn)生地物回波的目標(biāo)物有兩類：(1) 地表：包括山脈，丘陵，島嶼，海岸線等。(2) 地表上的人工建筑物。地物回波的特點(diǎn)：邊緣清晰，位置固定，強(qiáng)度少變。RHI上呈小柱狀，高度低。地物回波的反射率因子值很低，通常在20dBz 以下，呈點(diǎn)狀分布，離雷達(dá)站較近。當(dāng)大氣出現(xiàn)超折射現(xiàn)象時，地物回波明顯增多。地物回波對雷達(dá)探測的影響1）地物阻擋作用：當(dāng)雷達(dá)仰角較低時出現(xiàn)地物回波，將無法探測到地物遠(yuǎn)離雷達(dá)一側(cè)的目標(biāo)，形成探測盲區(qū)。一定仰角下，當(dāng)氣象回波從遠(yuǎn)處向測站移來，越過地物后，回波范圍將增大，強(qiáng)度將增強(qiáng)，形成虛假的回波增強(qiáng)現(xiàn)象。2）若地物回波離測站較近時，有可能降水回波和地物回波連成一片，將影響降水回波的

34、強(qiáng)度，并且不易確定氣象回波的邊界。為了減少地物對雷達(dá)探測的影響，盡量將雷達(dá)架設(shè)在較高地形上。探測時也要針對不同的地物遮擋查看適當(dāng)?shù)难鼋菆D像。* 海浪回波：海水及其浪花對電磁波的散射而產(chǎn)生的回波，它是沿海雷達(dá)探測到的特殊回波。* 晴空回波：云體稀薄或沒有云的晴空大氣，或在不可能被探測到的小粒子所組成的云區(qū)內(nèi)探測到的回波。 晴空回波形成的氣象條件：由于晴空大氣中折射指數(shù)不連續(xù)而形成的。可以由多種原因形成，產(chǎn)生回波也各不相同。晴空回波中的信息對某些天氣，特別是強(qiáng)對流天氣的警報有著至關(guān)重要的作用。熱對流運(yùn)動：對流天氣內(nèi)部與周圍大氣之間的氣象要素有較大的差異，形成折射指數(shù)的不連續(xù)，這類晴空回波一般在PP

35、I上為細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)大氣層結(jié)具有強(qiáng)逆溫層時，阻擋了水汽向上的輸送，使逆溫層上、下方的濕度條件有一定差異，從而形成比較強(qiáng)的折射指數(shù)垂直梯度。當(dāng)有較強(qiáng)的雷暴天氣時，雷暴中的下沉冷出流與前方暖空氣之間構(gòu)成颮鋒，颮鋒兩側(cè)的溫度和濕度梯度比較大，折射指數(shù)梯度相應(yīng)較大，出現(xiàn)窄帶回波，多位于雷暴回波前方約2030km的地方。（陣風(fēng)鋒）* 超折射回波：當(dāng)大氣呈超折射時，在雷達(dá)回波上出現(xiàn)平常探測不到的遠(yuǎn)距離地物回波，就是超折射回波。PPI顯示：超折射回波呈輻輳狀排列的短線。當(dāng)超折射回波強(qiáng)度較大時，這些短線的回波互相彌合成片狀。有時超折射回波的分布與地形地物十分一致，顯示出平時看不到的山脈和河流。超折射回波常出現(xiàn)

36、在某些方位和距離上，這是由于在同樣的天氣背景下，那里的局地更有利于形成超折射的緣故。RHI ：超折射回波與通常的地物回波相似，呈短而窄的柱狀，兩頭尖，高度較低，只是數(shù)量更多些，排列更緊密些。根據(jù)這些特點(diǎn)，就可以在屏幕上區(qū)別降水回波和超折射回波。* 旁瓣假回波：雷達(dá)沿主波瓣傳輸能量，主波瓣的典型寬度為1 ?，此外還有一些能量沿偏離主波瓣中心線的旁瓣傳輸。一般情況下，旁瓣產(chǎn)生的回波太弱，以至于分辨不出來。但是當(dāng)遇上散射能力極高的目標(biāo)物（如積雨云中柱狀的冰雹和暴雨）時就能夠出現(xiàn)旁瓣回波。* 三體散射：雷達(dá)發(fā)射的電磁波在強(qiáng)降水中心和地面之間經(jīng)過多次散射后，返回雷達(dá)，而雷達(dá)將在強(qiáng)回波區(qū)的徑向延長線上定出

37、一個弱回波區(qū)。第四節(jié)（我真心建議大家看PPT）1 降水類回波的形成原因：形成降水回波的是大氣中云、降水等氣目標(biāo)物，及各種水汽凝結(jié)物對電磁波的后向散射。2 降水云分類：層狀云；積狀云或者對流云；積層混合云3 層狀云降水回波特點(diǎn)：水平尺度較大、持續(xù)時間較長，強(qiáng)度較均勻，時間變化緩慢。強(qiáng)度圖特征：PPI：呈均勻連續(xù)的大面積薄膜狀，片狀，絲縷狀結(jié)構(gòu)明顯，強(qiáng)度弱，一般在2030dBz，邊緣不整齊，有時有強(qiáng)雨中心。（零度層亮環(huán)）RHI ：云體厚度較小，回波高度約5-6km ，頂部和底部平坦，結(jié)構(gòu)較均勻。層狀云降水回波速度圖：層狀云降水范圍比較大，相應(yīng)徑向速度場分布范圍也很大，速度等值線分布稀疏，切向梯度也

38、不大。在零速度線兩側(cè)常分布范圍較大數(shù)值不等的正負(fù)徑向速度中心。* 零度層亮帶層狀云降水回波的主要特征，冰水混合層，反映層狀云中有明顯的冰水轉(zhuǎn)化區(qū)，虛假的強(qiáng)降水區(qū)域。零度層以上降水粒子以冰晶為主，下降通過亮帶后，粒子全部轉(zhuǎn)化為水滴。說明層狀云氣流穩(wěn)定，無明顯對流活動。PPI：當(dāng)抬高仰角觀測時，亮帶表現(xiàn)為以測站為中心的環(huán)狀或半環(huán)狀。RHI：出現(xiàn)在零度層高度以下，帶中最強(qiáng)回波處的高度距零度層約200300米，回波強(qiáng)度比帶兩側(cè)的回波強(qiáng)1015dBz 。高度3km左右。在速度圖上，零度層亮帶和其它層狀云降水回波表現(xiàn)是一樣的。4 積云降水回波強(qiáng)度特征PPI：表現(xiàn)為幾km到幾十km不規(guī)則分散、孤立塊狀?；夭?/p>

39、通常由單個或多個對流單體形成的回波組成?；夭ǔ蕢K狀，尺度小，結(jié)構(gòu)密實，邊緣清晰，強(qiáng)度較強(qiáng)（35dBz 以上），持續(xù)時間變化大。強(qiáng)中心到外圍的強(qiáng)度梯度較大，隨不同的天氣過程排列成帶狀、條狀、離散狀等。RHI：單體呈柱狀結(jié)構(gòu)，垂直伸展大于水平伸展，強(qiáng)對流單體頂部有云砧向下風(fēng)方伸展或呈花菜狀，（不及地）懸垂中空，云體隨對流發(fā)展變厚?；夭敯l(fā)展較高，一些發(fā)展強(qiáng)烈的單體可達(dá)10km，個別可達(dá)20km。對流云降水回波的速度圖像：PPI：由于積云尺度較小，分布零散，其在速度圖上表現(xiàn)較為零散，速度等值線分布密集，切向梯度比較大。（1）每個對流單體都具有完整的垂直環(huán)流系統(tǒng)，包括高低空輻合輻散，上升氣流等；（2）

40、每一個對流單體的產(chǎn)生，發(fā)展和組織形式均與環(huán)境風(fēng)切變有關(guān)，并在速度場上有明顯的表現(xiàn)；（3）部分強(qiáng)對流天氣具有中氣旋結(jié)構(gòu)。RHI ：呈柱狀，砧狀，紡綞狀等，不同高度的速度可表明環(huán)境風(fēng)切變。回波較強(qiáng)處，徑向速度等值線比較密集，甚至出現(xiàn)正負(fù)速度緊挨著，說明該處有輻合或輻散場（這個圖像總讓我想到.色色的東西.我面壁去）。對流云回波分類：（1）對流單體：一個雷暴云為對流單體。（2）多單體對流云回波（3）超級單體對流云不同階段對流云降水回波特征積云階段：與對流云的回波特征相同，不及地。發(fā)展階段：PPI回波呈塊狀，尺度較小，結(jié)構(gòu)較密實，邊緣較清晰。RHI 回波高度不很高，呈柱狀，及地，降水的初期。成熟階段：P

41、PI回波呈塊狀，塊體增大，結(jié)構(gòu)密實，邊緣清晰，有時有云砧向下風(fēng)方伸展，強(qiáng)度大。RHI 高度很高，云體大，強(qiáng)回波中心高度高。消散階段：PPI結(jié)構(gòu)變得松散，邊緣發(fā)散，回波體積開始減小。RHI 回波高度仍較高，強(qiáng)回波中心高度下降，后期出現(xiàn)零度層亮帶。5 積層混合云降水回波積層混合云降水的天氣特點(diǎn)：范圍大，降水持續(xù)時間長，累積降水量大，往往造成大面積的強(qiáng)降水。當(dāng)降水加強(qiáng)時，回波的結(jié)構(gòu)由片狀絮狀向塊絮狀轉(zhuǎn)化，零度層亮帶變得不清楚。積層混合云降水回波往往與高空槽，切變線和地面靜止鋒相聯(lián)系。這種降水回波在連陰雨中最常見。PPI：表現(xiàn)為絮狀回波，范圍比較大，回波邊緣呈現(xiàn)支離破碎狀的紊亂狀，沒有明顯邊界。層狀云

42、回波中鑲嵌著一個個密實團(tuán)塊的對流云，強(qiáng)度可達(dá)40dBz或以上，有時強(qiáng)回波團(tuán)塊整齊排列可形成一條短帶。RHI：表現(xiàn)在均勻的層狀云高度上柱狀回波起伏地鑲嵌在其中。在對流云衰敗階段，柱狀回波與層狀云回波合在一起?；旌显平邓夭ǖ乃俣葓觯涸谒俣葓錾?，產(chǎn)生混合云有不同的天氣形勢，可S型，反S型，低層S型高層反S型，零速度線折角，風(fēng)場的輻合輻散等不同的特征。在混合云中的對流云發(fā)展成熟時，速度場上有相應(yīng)的對流云水平和垂直結(jié)構(gòu)特征。有零度層亮帶的混合云回波：零度層亮帶是對流性的積狀云向穩(wěn)定性層狀云轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。第四節(jié)（老師原話是：不用背，但是會給圖識別）1強(qiáng)對流天氣的雷達(dá)探測* 冰雹強(qiáng)度回波特征：1、高懸的強(qiáng)回

43、波2、低層弱回波區(qū)或有界弱回波區(qū)3、低層反射率因子強(qiáng)梯度和回波頂偏移4、V型缺口、三體散射、旁瓣回波等特殊回波徑向速度特征：1 、風(fēng)暴頂輻散2 、中氣旋* 颮線：如果多個對流單體呈線狀分布，則稱為多單體線風(fēng)暴或線性多單體風(fēng)暴。如果線性多單體風(fēng)暴伴隨雷暴大風(fēng)，并且其強(qiáng)度超過35dBz部分的長寬超過5:1，長度至少在50km以上，則稱為颮線。颮線天氣的雷達(dá)回波特征：強(qiáng)度場：1、線狀排列的多個強(qiáng)回波中心；2、呈弓形回波等；3、晴空窄帶回波：陣風(fēng)鋒地面大風(fēng)區(qū)速度場：1、速度模糊：最大正負(fù)速度區(qū)連接2、風(fēng)暴頂輻散* 臺風(fēng)第四章（雖然答疑時幾乎沒提到過這章，但是我滴神羅昊說啦撒大網(wǎng)撈大魚我就搜刮這么多了不準(zhǔn)對我滴神