氣象儀器和觀測方法指南-第26章雷達(dá)測量

概

第26章測本章主要討論用于觀測大氣水凝物的氣象微波——天氣特別著重于為支持氣象和水文天氣，氣象具有探測降水和由局部的溫度和濕度變化所引起的大氣折射指數(shù)改變的功能回波3~10cm信號經(jīng)空間介質(zhì)過分的衰減，一般不能應(yīng)用于業(yè)務(wù)預(yù)報。較低頻率的具有探測晴空折射指數(shù)，有些研究性采用在兩個發(fā)射的偏振方向上所測得的反射率因子和接收的波形持續(xù)探究以便多普勒具有確定發(fā)射脈沖與接收脈沖之間相位差的功能這種相位差可用來測量粒子的平均了新的重要參量，大多數(shù)新的系統(tǒng)均具有這種功能。特性，術(shù)語26.3氣象已發(fā)現(xiàn)觀測最大的作用在于強(qiáng)天氣探測、和。任何一部的特性不可能對所有的應(yīng)用都是理想的系統(tǒng)的選擇標(biāo)準(zhǔn)通常在滿足某幾項應(yīng)重復(fù)頻率（PRF）的選擇尤其重要。因此，用戶在確定指標(biāo)之前應(yīng)當(dāng)在應(yīng)用和氣候?qū)W方面仔細(xì)地。強(qiáng)天氣探測。是一個在廣闊區(qū)域內(nèi)對強(qiáng)天氣進(jìn)行監(jiān)測的惟一現(xiàn)實的地基監(jiān)測回波的強(qiáng)度范圍和特征可用來識別強(qiáng)天氣區(qū)這些風(fēng)暴包括可能伴隨冰雹和破壞性風(fēng)的雷暴多普勒為識別和量伴隨的陣風(fēng)鋒下?lián)舯┝骱妄埦淼膹?qiáng)風(fēng)增加了一個新的它標(biāo)稱的覆蓋距離約200k這一距離足夠用于當(dāng)?shù)囟叹嚯x內(nèi)的預(yù)報和。網(wǎng)可以用于擴(kuò)展覆蓋范圍（Brownng等，1982。天氣尺度和中尺度系統(tǒng)的監(jiān)如果沒有大山的遮擋可以在大面積區(qū)域（例如距離220km面積152000k2對有關(guān)200km。組網(wǎng)能夠擴(kuò)展覆蓋面積而且也許更經(jīng)濟(jì)有效提供了一個對降雨進(jìn)行描述的較好方法。在那些經(jīng)常發(fā)生高強(qiáng)度和大范圍降雨的地區(qū)，選擇波長為10cm的進(jìn)行天氣監(jiān)視可以得到保障。在其它一。表 頻標(biāo)稱值L53KW*最常用的天氣波段表 一些氣象的參數(shù)和單等效或有效反射率（Equivalentoreffective平均徑向速度(Meanradial差示反射率因子(Differential圓退偏振比(Circulardepolarization線退偏振比(Lineardepolarization差示相位(Differentialpropagationdegρ*Propagationphase表 物理參數(shù)和單符參單CFmW或T脈沖重復(fù)時間Ωdegs–1或*φθτγ降雨估用于降雨強(qiáng)度估值有很長的歷史，而且在時間和空間上對降水總量和分布具有較好的分辨aldvogl關(guān)于測量降水當(dāng)前的工藝、技術(shù)、問題與缺點，以及有效性和準(zhǔn)確度的綜合討論由典型系統(tǒng)的地基降水估值是在典型值為2km2的范圍內(nèi)，取5~10分鐘時段，以1°的波束調(diào)整估值，可以增強(qiáng)二者之間的一致性。氣象通過觀測可得出一系列氣象產(chǎn)品，以支持各種應(yīng)用。由天氣觀測構(gòu)成的產(chǎn)品取決于的類型、訊號處理特征以及相應(yīng)的控制和分析系統(tǒng)。大多數(shù)現(xiàn)代能自動實施體積掃描程序，x-y坐標(biāo)平面。對典型的多普勒天氣來說，顯示的變量包括反射率因子、降雨率、徑向速度和譜寬。每一圖下面列出了在本章中將要討論的測量值及其氣象產(chǎn)品量進(jìn)行顯示。這是傳統(tǒng)的顯示方法，主要用于天氣監(jiān)視；距離高度顯示器（RHI）是顯示在某一方位上一定高度掃描中獲取的變量，典型掃描仰角從0°到90°。這也是傳統(tǒng)的顯示方法，它能夠顯示詳細(xì)的剖面結(jié)構(gòu)信息，并且可以用來識別強(qiáng)風(fēng) 垂直積分液態(tài)水（VIL）（AD（VVP風(fēng)暴來自復(fù)雜軟件的產(chǎn)品，用于確定風(fēng)暴單體的軌跡，并預(yù)測風(fēng)暴質(zhì)心的未來位置準(zhǔn)確度要對準(zhǔn)確度的要求取決于觀測的最重要的應(yīng)用。適當(dāng)?shù)匕惭b、校準(zhǔn)和的現(xiàn)代，其性能只考慮系統(tǒng)的誤差，可測量的參數(shù)能夠在可接受的準(zhǔn)確度范圍內(nèi)予以確定（表表 準(zhǔn)確度要可接受的準(zhǔn)確度φγZσ*4m2s–2的高斯譜分布，當(dāng)譜寬增長時，速度準(zhǔn)確度變差，而技及其對天氣現(xiàn)象探測的原理早在20世紀(jì)40年代就已確立。自從那時起，在改善設(shè)備、提高訊號和數(shù)據(jù)的處理以及解釋說明方面均取得了長足的進(jìn)展。感的讀者可以參考一些較詳盡的文Atlas（1964；1990，Sauvageot(1982)術(shù)的論述；Doviak和Zrnic（1993）有關(guān)多普勒原理和應(yīng)用。下面是原理的簡要綜述形式進(jìn)入大氣中。圖26.1給出了定向天線在彎曲的地球表面發(fā)射一個電磁能量的脈沖波束及接離的增加而增加。例如，標(biāo)稱的寬度為1°的波束，在作用距離為50，100和200km時，分別擴(kuò)展為0.9、1.73.5km。機(jī)。由于電磁波以光速（即2.99108ms1，通過測量脈沖發(fā)射及其返回的時間，就可以確定圖 脈沖天氣電磁波在大氣中的ha是天線位于地球表面以上的高度，R是目標(biāo)物的距離，h/2是脈沖長度，H是脈沖位于地球表面以上的高度返回的回波信號強(qiáng)度是組成目標(biāo)物的降水粒子的濃度尺度和水的相態(tài)的函數(shù)因r有關(guān)“距離方程”把從目標(biāo)物返回的功率與特征及目標(biāo)物參數(shù)相聯(lián)系。（h/2有起伏。從天氣目標(biāo)進(jìn)行單一的回波強(qiáng)度測量，它們是沒有什么意義的。至少要將25到30個脈沖合（Smith,1995降水目標(biāo)的方pr

PhG2K21018K21018 r

；G發(fā)射體的增益；b、b是天線輻射模式在－3dB單向發(fā)射時分別在水平和垂直方向的波束寬度位為弧度；是發(fā)射波的波長，單位為m；K2是目標(biāo)物的折射指數(shù)因子；r是從 單位為m；Z是反射率因子（通常在對目標(biāo)物性質(zhì)不太了解時，認(rèn)為它是等效反射率因子Ze）單位為mm6m3。之外，參數(shù)是相對固定的，如果發(fā)射機(jī)以恒定輸出工作并保持不變，則方程可以簡化為CKCK2這里C是常數(shù)

Pr r

1995瑞利散射近似值時，即滿足D0.06；ZK2忽略多次散射（粒子之間的測量得到的平均功率（Pr）是在足夠多的脈沖基礎(chǔ)上的平均值，或者能夠代表目標(biāo)脈沖容積常規(guī)常規(guī)天氣的組成包括常規(guī)天氣可能是非相干的，即連續(xù)脈沖的相位是隨機(jī)且未知的來自氣象目標(biāo)的后向散射功率的量級在108到1015瓦特之間，覆蓋距離從可探測的由最強(qiáng)到最及其它先進(jìn)的特征）線性的科研剛剛引入（Keeler,Hwang和Loew，1995。必須在處理Z

這里Z的單位是mm6m3。在許多情況下，粒子的數(shù)量、組成和形狀并不清楚，于是定義了一個等效dBzdBz=10log10Ze心線的偏離角度θe該偏離線處的功率為軸向功率的二分之一，θe

這里θe的單位是度，d是天線直徑，與λ的單位一樣。較好的天氣波束寬度為0.5~1°天氣的作用距離，除僅用于雷暴探測的長距離外，通常在200km的量級。在某一仰角的0.4km1.5km200k重復(fù)頻率（方程(265）F時，它不成問題。例如，RF250個脈沖每秒最大距離為600k在更高一些的F時如多普勒需要的典型值為1000個脈沖100k。一些新的發(fā)展或許會對這種狀況有所改善（e1995多普

PRF4

PRF

于是，Vmaxrmax

8

的PRF能夠增加作用距離。在沒有更好的技術(shù)以排除這些局限獲取不模糊的資料之前，需要有一個折衷的辦法（Doviak和Zrnic，1993；Joe等1995。從此關(guān)系式還可以看出波長較長時會受到更高的限制。在數(shù)值關(guān)系中，對于典型的PRF值為1000Hz的S波段，Vmax=±25ms-1，然而同PRFX

Vmax=±8ms-1測量，但它可用于前節(jié)描述的常規(guī)操作中一些多普勒是全相干的它們的發(fā)射機(jī)采用非常穩(wěn)定的頻率源其中脈沖之間的相位是確定而且已知的半相干系統(tǒng)其相繼脈沖間的相位是隨機(jī)但卻可以知道的它們比較便宜而且使用更為普遍典型的全相干在高功率輸出放大器中采用速調(diào)管并且使和發(fā)射機(jī)一樣來源于同時提高了對原本不易發(fā)現(xiàn)的晴空中弱天氣現(xiàn)象的識別能力非相干和半相干的微波發(fā)射機(jī)通常個附帶的優(yōu)點是降低了對由于隨機(jī)相位產(chǎn)生的第二和第三級誤回波（來自超過最大不模糊距離的回波的多普勒響應(yīng)盡管在相干中通過在發(fā)射機(jī)和中引入已知的偽隨機(jī)相位干擾也能夠達(dá)到同樣的效果。非相干轉(zhuǎn)化為半相干系統(tǒng)相對比較容易這一轉(zhuǎn)換也應(yīng)當(dāng)包括更穩(wěn)定的共軸類型的磁反射率因子和速度數(shù)據(jù)均可從多普勒系統(tǒng)中提取典型的目標(biāo)物是水汽凝結(jié)（雨滴雪片使它們以不同的速度移動。于是速度場形成了速度譜—多普勒譜（26.2圖26.2——天氣回波和地面目標(biāo)的多譜勒譜地面目標(biāo)貢獻(xiàn)集中在速度為零附近，譜形比天氣回波窄得多對相繼脈沖進(jìn)行時間域內(nèi)的比較來提取平均速度和譜寬。另一個較復(fù)雜的系統(tǒng)使用快速傅里葉（urierTPT前兩個優(yōu)點都不再是重要的因素了。不同有關(guān)不同的偏振的實驗已經(jīng)進(jìn)行了很多年，試圖發(fā)現(xiàn)它們在增強(qiáng)天氣觀測方面的潛Hendry，1990在目前應(yīng)用中有兩個基本的技術(shù)：一個系統(tǒng)發(fā)射圓偏振波，同時測量共極和正交偏振波；另技術(shù)由于使傳統(tǒng)易于轉(zhuǎn)化為具有偏振功能而顯得更為普遍。然而，前一類型的系統(tǒng)有一些明顯的還處于試驗階段。從傳統(tǒng)來講，在要求上的主要區(qū)別在于天線系統(tǒng)、電子校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度和信號處時格外。ZDRZHZV10倍。ZeZDR進(jìn)行對照比較，可以提示我們把目標(biāo)物分為冰雹、雨、毛毛雨或雪（SeligaBringi，1976量的影響依賴于其扁平度并且它可以具體地由差分相位DP來示對于強(qiáng)降水測量來說DP有一些優(yōu)勢。Englih（1991）S20mmh–1DPZ。由于干擾介質(zhì)對入射波束造成的傳輸效應(yīng)能夠控制目標(biāo)的后向散射作用并且了對合成信號的解釋。Bebbington（1992）提出了圓偏振參數(shù)，用偏振度來表示，它對傳輸效應(yīng)并不敏感。這示隨機(jī)取向的散射體，就像氣載“毛草”或地物雜波（Holt等，1993地物和鍍金屬箔絲，能夠列舉的只是有限的幾個。選擇好的站址是抵御地物雜波影響的第一道屏（Skolnik，1970的后向散射與波長的四次冪成反比。因此，短波受地物雜波的影響較小。分散的目標(biāo)物需要更加復(fù)雜的信號和數(shù)據(jù)處理技術(shù)一個在概念上比較有的方案是使用雜的微小變化帶來的地面回波模式的起伏變化會導(dǎo)致雜波圖使用的。一些適應(yīng)性的技術(shù)（Joss還需要較大的尼奎斯特（Nyquist）間隔*。地面雜波和天氣回波的譜寬通常分別遠(yuǎn)小于1ms–1和大于1~2ms–18ms–1Nyquist間隔。雜波通常是很穩(wěn)定的，在光譜表示中可以看作是一個狹窄的、速度為零的尖峰信號（26.2。這一尖峰訊號有有限的寬度，因為地面回波的目標(biāo)物，比如說搖擺的樹，會產(chǎn)生一些關(guān)聯(lián)的運(yùn)動。從有限的序列中除去零速度（或DC）分量的時間域處理是Hamidi1981（100m。距離采樣要在非常高的分辨率（小于100m）（1k離區(qū)，而不是對雜波區(qū)進(jìn)行修正（sLee1993；Lee，llaBrunss，1995很廣的異常傳輸情況下。偏振也能識別雜波。然而，需要做的工作以確定它的優(yōu)點和缺點26.3信號的傳輸和散變。當(dāng)波遇到降水和云的時候，部分能量被吸收，部分能量被散射到各個方向或返回站。大氣Dutton1996常大氣條件下，波沿著向地球表面方向微微彎曲的曲線。射線的路徑可能向上（次折射，也可*降水場（GossardStrauch，1983大氣200km3~4dB。這時做一些補(bǔ)償工作是必要的，水汽凝結(jié)物引起的衰而，一定要認(rèn)識到這種現(xiàn)象，并且利用一般性知識通過介入來減少它的影響。10cm3cm5cm時，則要獲得較好的降水測量結(jié)果，我們建議不使用低于5cm的波長的（表26.5表 單程衰減關(guān)波長關(guān)系0.000343R050.0018R10.01R1表注：取自BurowsAttwood(1949)18℃時的單程衰減，Rmmh–1對于降水估值來說，可以作出關(guān)于衰減幅度的一般性描述。這種衰減依賴于目標(biāo)的含水量，云和降水引起的確定的。瑞利發(fā)現(xiàn)如果粒子直徑與波長之比小于或等于5K2D5K2D

（9.2，CPrrZK有關(guān)此方法和根據(jù)降水率（R）26.9晴空只能由靈敏度很高的才能夠探測到晴空現(xiàn)象的等效Ze值為－5到Z5Z（6.）表 不同目標(biāo)的典型后向散射體截人2mm盡管一般的處理方法是用Z和R來分析信號，在晴空中的散射特性與水凝物的散射還是大Cn2，作為距離的函數(shù)，它是折射指數(shù)起伏的均方值（GossardStrouch,1983速度測多普多普勒測速通過估算移動目標(biāo)群體產(chǎn)生的頻移來進(jìn)行多普勒還提供與脈沖體積內(nèi)回總功率和降水粒子的譜寬有關(guān)的信息。平均多普勒速度等于按其截面積計算的散射體的平均運(yùn)動而且對于接近水平的天線掃描來說主要是指向和背離方向的空氣運(yùn)動同理譜就是速度分布的測量，即表示分辨體積內(nèi)的切變或湍流。I，Q比率給出的平均相移。多普ss2（±s/±λs/4區(qū)間內(nèi)的速度，這里λ是的波長。速度退除模糊技術(shù)包括雙脈沖重復(fù)頻率技術(shù)DPRF（Crozier等，1991；Doviak和Zrnic，1993）Smith1990PRF上收集，然后合并起來，生成一個新的具有擴(kuò)展不模糊速度的徑向速度值。例如，使用差異到擴(kuò)展速度范圍為±48ms–1（26.3）的退除模糊速度，模糊的程度減小了。連續(xù)性技術(shù)依賴于具有足夠多的回波，以辨別存在的模糊速度并通過假設(shè)速度的連續(xù)性（如26.2節(jié)所述，使用過高的PRF（約大于1000Hz）會帶來作用距離的限制，最大測量距離之外，等，1981垂直尺度測量結(jié)果的理想工具。然而從多普勒譜推導(dǎo)出垂直速度和DSD的準(zhǔn)確度要受到兩個具有很強(qiáng)數(shù)DSD0.25ms–1100%Sekhon1973通過它可以準(zhǔn)確地確定垂直空氣速度，并且它與DSD無關(guān)。在這種趨近中，有可能使得準(zhǔn)確度的提速度圖 測量的速度或速度差（ms-實線和虛線表示由不同脈沖重復(fù)頻（對一C波段，分別為1200和900Hz）測得的多普勒速度，速度大于最大不模糊速度即出現(xiàn)。多普勒速度估值之間的差值（虛線）可用以識別的程度。從單個多普勒可實時地獲得大量信息應(yīng)當(dāng)由單個估值的徑向速度并不總是不模糊Lemon1990型的采色顯示器上，位于±Vmax之間的速度被指定為15色的八分之一或。擴(kuò)展到尼奎斯特（AD（LhermitteAtlas，1961零徑向速度等值線的風(fēng)與波束軸線垂直。利用彩色顯示很容易對大尺度降水系統(tǒng)獲取的VAD數(shù)模式揭示出一個S形零徑向速度等值線（Wood和Brown1986。在其它情況下，代表急流的閉合等光學(xué)質(zhì)量小的邊界層中直至高出地平面3到5km的高度上成功地獲得VAD風(fēng)廓線和偏差估值VAD的測值和導(dǎo)出的垂直速度在深對流概率的預(yù)報中特別有用。自從20世紀(jì)70年代中期以來有關(guān)采用多重多普勒陣列來測量三維風(fēng)場的實驗已開始進(jìn)行。僅有兩部時，通過利用連續(xù)性方程也是可行的。誤差來波束充很多情況下尤其在距的距離很遠(yuǎn)時脈沖體積內(nèi)未被均一的降水完全充滿降水強(qiáng)度通在小尺度上就有很大的變化在距很遠(yuǎn)的距離上脈沖體積的尺度增加同時地球曲率的影響100km反射率的估值也是重要的。降水垂直分布的非均一進(jìn)行測量時，第一個感的參數(shù)通常是地面降水。由于波束寬度、波束傾斜和地球曲率的影響降水的測值比在相當(dāng)大的深度上的平均值要高這些測量結(jié)果依賴于降水垂直分布的詳情，Z-R3cm波束的阻取決于的安裝波束可能會因位于和目標(biāo)之間地形或物的原因而被部分地或完天線罩沾濕引起的衰多數(shù)天線通過一般由玻璃纖維制成的天線罩來對風(fēng)和雨進(jìn)行防護(hù)工程設(shè)計制造的天線罩對C1dB以下。電磁干地面雜由于地物雜波對雨回波的可能給降水和風(fēng)的估值帶來很大的誤差首先可以通過制作良好的異常傳的地物雜波很容易對培訓(xùn)的觀測人員產(chǎn)生誤導(dǎo)而且對一般正常地物波的處理辦法很難把它完全天線準(zhǔn)確0.2°以內(nèi)。在地面雜波或強(qiáng)降水回波出現(xiàn)時，可能由于波束過寬或旁瓣的出現(xiàn)而產(chǎn)生誤差。電子穩(wěn)定子系統(tǒng)的變動控制在小于1dB范圍內(nèi)，或當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障時產(chǎn)生。處理準(zhǔn)確距離方通過距離方程按氣象參數(shù)Z對接收功率的測量結(jié)果進(jìn)行的解釋過程中有許多假設(shè)而假優(yōu)化特。是一個高效觀測系統(tǒng)特征和氣候條件決定了其具體應(yīng)用的有效性。對一部的設(shè)計不可能使其對所有的應(yīng)用都最有效?？赏ㄟ^對特性加以選擇，從而最大限度地滿足一種或多種應(yīng)用，例如颶風(fēng)探測。在的時候，對于一般性應(yīng)用而言，可以通過協(xié)調(diào)來滿足用戶的幾方面要求。個重要的值得考慮的因素。通過參考距離方程可以使這些特性之間的許多相關(guān)性具體化，以下是。波價。它的原因既有材料用量的增加，也有在加大尺寸時為滿足承受力而加大的難度。在天氣感興K，衰廣義來講，S波段的衰減相對較小并且一般不太明顯。不考慮價格因素，S波段對在中緯度發(fā)射對目標(biāo)的探測能力與輸出脈沖峰值功率直接相關(guān)然而在實踐中對由功率放大器技術(shù)決的輸出功率大小是有限制的功率的增大不是提高對目標(biāo)探測能力的最有效的例如加3d加。對靈敏度、天線增益或波長選擇的改善也許是提高探測能力的更好辦法。今天許多多普勒都基于磁控管。地面回波抑制和睛空探測應(yīng)用都受益于速調(diào)管。另一方面來說，在一般業(yè)務(wù)波長，常規(guī)應(yīng)能探測200km處0.1mmh–1量級的雨強(qiáng)，并且峰值輸出功率量級約250kWC波段時更大一些。脈沖脈沖長度決定了在作用距離內(nèi)的目標(biāo)分辨率距離分辨力或區(qū)分兩個分立目標(biāo)的能力在1/20.3~4μs2μs300m，0.5μs75m假設(shè)脈沖體積內(nèi)充滿了目標(biāo)脈沖長度加倍將使的有效靈敏度增加3dB然而卻降低了目標(biāo)進(jìn)行的獨立采樣，同時提高了估值準(zhǔn)確度。脈沖重復(fù)頻率PRF應(yīng)該盡可能高，以便在單位時間內(nèi)獲取最大數(shù)量的目標(biāo)測量值。PRF的主要限制是不對第二重回波進(jìn)行探測。大多數(shù)常規(guī)在對天氣觀測的作用距離之外有不模糊距離。即使在250km對多普勒系統(tǒng)來說，高的PRF用于提高多普勒不模糊測量限制。較高PRF的缺點已在上面PRFPRF可PRF可用于提天線系統(tǒng)、波束寬度、速度天氣通常用拋物面反射體的喇叭饋源天線來產(chǎn)生一個聚焦的狹窄波束兩個重要的考天氣波束寬度一般在0.5°到2.0°范圍內(nèi)。對于C波段波長,0.5°和1.0°的波束寬度其天線反射體直徑分別為7.1和3.6m；在S波段則分別為14.3和7.2m，天線系統(tǒng)和天線座的造價隨反射0.4、0.9、1.7km。即使使用這些相對較窄的波束，在較遠(yuǎn)距離處的波束寬度仍相當(dāng)大。要在目標(biāo)上有一合理的停頓時間。因此對天線旋轉(zhuǎn)速度有一定限制。掃描周期不能不顧地降低。3~6rpm瓣較少，可對垂直方向提供較準(zhǔn)確的測量結(jié)果；c大大改善的效能（Crozier等，1991）典型的天氣特一般天氣應(yīng)用中使用的典型的特征列于表26.7中，正如所討論的那樣，特征和參數(shù)是相互依存的。組件的技術(shù)局限和生產(chǎn)組件的有效性是系統(tǒng)設(shè)計中需要考慮的重要因素。表 典型的規(guī)單一單一CCSSC頻率波長峰值功率脈沖長度脈沖重復(fù)頻率最小可測信號天線直徑波束寬度增益HHHHH轉(zhuǎn)動速率6365有限區(qū)域內(nèi)的小尺度微下?lián)舯┝骱完扆埦矶邪l(fā)的，例如對航空終點場站空中航道的保護(hù)。安最優(yōu)最好的協(xié)調(diào)原則是把設(shè)備置于在距離感的地區(qū)20~50km之間，并按主要風(fēng)暴軌跡取其上風(fēng)方。應(yīng)該注意在感的地區(qū)具有良好的分辨率，并且在即將來臨的風(fēng)暴作出較好地（Leone等，1989在主要用于天氣應(yīng)用的網(wǎng)中在中緯度站應(yīng)設(shè)置在彼此間距約150~200km隨著緯度近于赤道如果感的回波?？傻竭_(dá)高一些的緯度相互間距應(yīng)有所增加在所有情況下窄束將對降水測量結(jié)果獲得最好的準(zhǔn)確度。精確選擇站址，受到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素的影響a、建有到達(dá)站的道路b、有可供應(yīng)用的電源和通訊線路，通常必須附加的閃電保護(hù)裝置cd、貼近于調(diào)控和場所e、必須避免造成波束截斷的物，在高于水平面1/2波束寬度的角度上，不能出現(xiàn)物，或具有水平寬度大于1/2波束寬度的物；f、應(yīng)盡量避免地物雜波。對于一個應(yīng)用于相對短距離的來說，有時經(jīng)過仔細(xì)的站址和相機(jī)和光學(xué)經(jīng)緯儀，對潛在物進(jìn)行檢測。在一定條件下，使用移動系統(tǒng)以確定站址的適用性是很有用的。對一些現(xiàn)代在最大限度保留天氣回波的基礎(chǔ)上，可用軟件和硬件對地物雜波進(jìn)行大Sirmans,1990g、當(dāng)用于對熱帶氣旋或在海岸線上的其它應(yīng)用目的，需要進(jìn)行長距離監(jiān)視時，它通常設(shè)置；h、每次對候選站址的，應(yīng)當(dāng)包括仔細(xì)的電磁干擾檢查，以盡量避免其它通訊系統(tǒng)可能能的（Skolnik,1976；Leone等1989電信與顯的發(fā)送完全可以通過任何現(xiàn)代傳輸來完成，如線（或非、光纖傳輸、無用的發(fā)送系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)記住通常設(shè)置在先進(jìn)電信系統(tǒng)不能使用的遙遠(yuǎn)站址上。器分辨率大致相當(dāng)?shù)膱D象，需要至少在16個強(qiáng)度等級中有50000到100000個像素點。如480012分鐘。圖象壓縮可減少傳輸時間，常日常線傳輸。對任何的校準(zhǔn)和都應(yīng)該遵循生產(chǎn)廠家預(yù)先制訂的程序，下面概述其要點校a、在適定的頻段中對和波形進(jìn)量c、在開始正式工作之前，引入已知的微波信號，以檢驗顯示的反射率等級是否與輸d、按照的規(guī)格，在標(biāo)稱距離內(nèi)對信噪比進(jìn)量。如果在這些校準(zhǔn)檢驗中，表明有變化或e、在單一接受模式中通過位置并用可獲得的位置信息，可很好地檢驗水平度和高現(xiàn)代如正確安裝和操作，應(yīng)當(dāng)不會頻繁出現(xiàn)故障。一些生產(chǎn)廠家宣稱故障平均間隔時。為了使得維修時間盡可能地縮短，一個日常計劃和足夠的技術(shù)人員是十分必要的。時，可以建立集中按比例供應(yīng)的中心和當(dāng)?shù)?。后者收到來自的故障部件后，對它們?yōu)榱诉M(jìn)行矯正性，這些服務(wù)應(yīng)充分地包括以下方面：a、所有的最敏感元件部應(yīng)有備件，如電子管、固態(tài)組件、扳子、機(jī)殼、馬達(dá)、軸承、電源等；經(jīng)驗表明把最初投資的30%于現(xiàn)場的關(guān)鍵備用件上是值得的如果有許多通過在中心當(dāng)?shù)攸c之間適當(dāng)進(jìn)行分配，此百分?jǐn)?shù)可降至20。推薦用于校準(zhǔn)和的設(shè)備包括①微波信號發(fā)生 ③MHz示波④微波頻率 ⑥中頻(IF)信號發(fā)生⑧在中心的通用微波譜分析儀⑨標(biāo)準(zhǔn)的電學(xué)的和機(jī)械的工具和設(shè)降水測從氣象發(fā)展的最初時期開始，由進(jìn)行降水測量就已成為一個感的（Neff，1977影響測量的降水特征：Z-R關(guān)系通常利用Z–R關(guān)系式對降水進(jìn)量Z

Ab1952陳述。在5和10cm波長時，瑞利近似對大多數(shù)實用目的而言都是有效的，除非出現(xiàn)冰雹。而當(dāng)與液

=0.208（Ze–R對降水量進(jìn)行合理估值（對冰來說，考慮等質(zhì)量的水和冰粒子直徑的變化，以0.208的值代替0.197降水率R是在一個體積內(nèi)雨水含量和降落速度的乘積。它近似地與粒子直徑的四次方成不同風(fēng)暴之間及單個風(fēng)暴內(nèi)的經(jīng)驗Z–R關(guān)系式的變化，在過去40年中已成為許多研究項目的主題。Z–RZR的值來獲得。有一個可供選擇的辦法是把由在空中測得的Z值（把它稱為“等效反射率因子以Ze表示）和在地面測得的R值加Z–R關(guān)系式。（Z–R2倍或1/2。在很好規(guī)定的近距離試驗中，它們是主要的變動源。然而，在距離較遠(yuǎn)時，由于無法觀測近地卻大大地被忽視了。也越來越寬。因此對降雨的估值與在地面對雨的測值的區(qū)別也越來越大。反射率通常隨著高度增加而減小，因此，在層狀云降雨或降雪條件下，測雨的估值偏低。、aldvoge（1990Smith（1990）Sanvageot（1994）中均有論述。這里主要論述的內(nèi)容僅包括降雨測量，很少涉及、測量在水文應(yīng)用中根據(jù)測得的反射率值，推導(dǎo)降雨率要求的基本步驟如下a通過校準(zhǔn)和，確保硬件穩(wěn)定bcZe—Rd究工作以操作為基礎(chǔ)向技術(shù)開發(fā)的方向發(fā)展（Ahnert等，1983采取上述（b）到（d）的處理方法和從降水測量中充分獲取結(jié)果，在很大程度上依賴于條件1JossWaldvogel（1990）描述的（b；完整的垂直廓線：風(fēng)暴中垂直廓線隨著位置和時間而發(fā)生變化，而且可觀測的最低層通常因為水平度的不規(guī)則而變化。因此，為了取得最好的結(jié)果，需要利用具有代表性的垂直廓線在每一個關(guān)心的區(qū)域中進(jìn)行點對點的修正。代表性的廓線可以從體積掃描數(shù)據(jù)本身，或從氣候?qū)W1993（c，（d）其它問題使得估值與實際值相差甚遠(yuǎn)的情況下，這樣的調(diào)整會給反射率廓線效應(yīng)帶來顯著改善。然而，這種調(diào)整并不能自動確保對估值結(jié)果一定有改善，有時調(diào)整后的結(jié)果甚至比最初的結(jié)了我們的思考，即在確定應(yīng)用任何調(diào)整之前，應(yīng)對可用數(shù)據(jù)進(jìn)試。為了達(dá)到這一目的，已經(jīng)許多利用偏振分集技術(shù)來改善降雨測量結(jié)果已經(jīng)提出尤其是水平偏振和垂直偏振反率測值之間的差別（ZD）能夠提供有關(guān)粒子尺度分布的有用信息（nBrng1976DP關(guān)的爭論，即此項技術(shù)是否能夠確保在降水測量中進(jìn)行業(yè)務(wù)使用（English1991在較近距離（具有高分辨率，偏振分集可能提供關(guān)于降雨粒子分布和與云物理學(xué)有關(guān)的其信號和粒子尺度分布的關(guān)系式也增加了不確定性。當(dāng)然，對Z—R關(guān)系式有的理解會提供一些助，但即使多重參數(shù)的技術(shù)應(yīng)用得很好，由Z—R關(guān)系式引起的誤差也只能降低到33%到17%。正如Ubrich和Atlas（1984）的，就短距離水文應(yīng)用來說，對其它誤差（已經(jīng)論及）的修正通常更大目前技術(shù)發(fā)展水100km的距離上，它的測量平均值只相當(dāng)于實際雨量器測25%。在水文應(yīng)用中可接受的準(zhǔn)確度的對降水的估值。為了最大可能地利用，應(yīng)當(dāng)注意以下規(guī)則1、站址的選擇應(yīng)使得“看到”與地面距離盡可能小的降水。這里“看到”意味著無遮往會限制的定量測量的作用距離在最近的50~100km；S波段時，必須加大天線尺度；3、應(yīng)當(dāng)對系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的和質(zhì)量控制，包括充分的穩(wěn)定性和設(shè)備校準(zhǔn)由于這些廓線隨著時間發(fā)生變化，因此應(yīng)由對反射率進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。這種修正需要對于每一個像5、采樣尺度必須適合于應(yīng)用的要求。對于水文應(yīng)用來說，尤其當(dāng)用雨量器調(diào)整測值時，需的主要優(yōu)點是它在時間和空間上的高分辨率、廣闊的覆蓋區(qū)域和直接性（實時數(shù)據(jù)雨量上的準(zhǔn)確度并不盡如人意。由于雨量器能夠提供額外信息并且用于調(diào)整和/或檢查探測結(jié)果非常重要，因此不太可能完全取代雨量器。在另一方面，正如許多工作者的，為了達(dá)到區(qū)域—時間積分Robertson1961強(qiáng)天氣探測和預(yù)反射率信息的利，對潛在強(qiáng)雷暴進(jìn)行探測時最普遍應(yīng)用的指標(biāo)是反射率強(qiáng)度。業(yè)務(wù)預(yù)報員需要關(guān)注高反射率區(qū)域（50dBz或更大。這些現(xiàn)象包括識別熱帶氣旋的螺旋狀帶和眼壁結(jié)構(gòu)。鉤狀或指狀回波，Brown，1978，但是誤警率高。，（SWP改善了對強(qiáng)雷暴，尤其是對冰雹的探測和。（ni,Schookielski1970LmonBugesBrown1978erer（197845dBz0層高度1.4km以上,有關(guān)更好地探測冰雹的一些其它方法包括雙波長的應(yīng)用——常是X和S波（Eccles和as1973關(guān)于在不同波長時能發(fā)現(xiàn)些什么物理特征對于這些（水凝物截面變化或強(qiáng)度分布測量到的基于差示反射率因子（ZD）的冰雹探測和強(qiáng)降水估值所進(jìn)行的改善中，偏振分集研究已顯示出有成功的希望（igaringi，1976Collier1982Collier1989自動氣象資料獲取系統(tǒng)（AmeDAS法國ARAMZS系統(tǒng)（歐洲，1989）和示多普勒信息的利雙穩(wěn)態(tài)多普勒網(wǎng)系統(tǒng)可能是可行的（Wurman，Randall和Burghart，1995多普勒實時探測和強(qiáng)雷暴的應(yīng)用早在20世紀(jì)70年代初就開始了。Donaldson（1970）伴隨性冰雹、強(qiáng)直線風(fēng)或陸龍卷（Ray等，1980；JDOP，197910~20km（或速度對，在Lemon1990在俄克拉荷馬州（JDOP，1979）的準(zhǔn)業(yè)務(wù)實驗中，針對這一特征使得對龍卷的得以改進(jìn)，時間Lemon，1990旋內(nèi)的環(huán)流單元。在某些情況中，陸龍卷之前半小時*TVS。幾年來TVS的經(jīng)驗，顯示出它在確定陸龍卷位置（通常在±1km的范圍內(nèi)）上有很強(qiáng)的可用性。據(jù)預(yù)測在落磯山脈高原以東發(fā)生的陸龍卷，有50%~70%均能探測到（Brown和Lemon1990。大的為了保護(hù)飛機(jī)起飛和著陸的安全，定時地用機(jī)場多普勒（TDWR）進(jìn)行下?lián)舯┝鞯牡蛯由⒍刃锌焖賿呙?。微下?lián)舯┝骶哂?0-20min的生命周期，它要求用特定的系統(tǒng)進(jìn)行有效的探測。在這種應(yīng)用中，—計算機(jī)系統(tǒng)自動為空通控制塔提供（Michelson，Schrader和Wilson，1990風(fēng)鋒起了重要作用iln和hreibe（1986通過多普勒觀測證實和解釋了由非降水誘發(fā)的風(fēng)切變線形成陸龍卷的幾種情況（ullerCaubone1987最近數(shù)字資料處理和顯示技術(shù)的發(fā)展已促使應(yīng)用于水文氣象的新的定量的基于的產(chǎn)品有了許多發(fā)展一些歐洲國家和正在把這樣的產(chǎn)品與數(shù)值模式應(yīng)用于業(yè)務(wù)性洪水預(yù)報和控*原文為一個半小時（有誤）Owens，19870~2還要求多普勒、高分辨率數(shù)據(jù)、地表和探空多種資料的有效綜合。颶風(fēng)各級風(fēng)力的位置和強(qiáng)度的信息（RuggieroDonaldson，1987；Baynton，1979用于洋面測量的高頻3~30MHz無線電信號從洋面的波進(jìn)行后向散射，并且它們的頻率是經(jīng)過多普勒頻移的。它們能夠由豎立的用以觀測這些信號的高頻探測出來。由于射束被連續(xù)的有一定空間間隔的海洋波散射產(chǎn)生返回信號的強(qiáng)度受射線的結(jié)構(gòu)的因此散射的射束在衍射柵格中處于狀態(tài)。在掠射的情況下，當(dāng)海洋波波長是射頻波長的二分之一時，可出現(xiàn)。由于海洋波的移動，返回信這是利用高頻得到的基本海洋測值通過對返回波譜的分析可進(jìn)一步開發(fā)來產(chǎn)生海洋波譜和風(fēng)速通過地波可獲得高達(dá)200km或更大范圍的測量結(jié)果，利用天波（利用來自電離層的反射）可獲得高達(dá)3000km或更大范圍的測量結(jié)果。后者稱為超視距（OTH大多數(shù)業(yè)務(wù)中使用的高頻是的但有些對氣象服務(wù)部門可用于在很寬的區(qū)域中提供常規(guī)有關(guān)氣象應(yīng)用中對高頻的進(jìn)一步闡述的參考文獻(xiàn)，見Shearm(1983),Dexter,HeronWard(1982),KeenanAnderson(1987)HarlanGeorges(1994)參考文Ahnert,P.R.,etal.,1983:Proposedon-siteprocessingsystemforNEXRAD.PrepeintsoftheTwelfthConferenceonRadarMeteorologyBoston,AmericanMeteorologicalSociety,pp.378-385.Aoyagi,J.,1983:AstudyoftheMTIweatherradarsystemforrejectinggroundclutter.PapersinMeteorologyandGeophyies,Volume33,Number4,pp.187-243.Aoyagi,J.andKodaira,N.,1995:Thereflectionmechanismofradarrainechoes.PreprintsoftheTwenty-seventhConferenceonRadarMeteorology,Vail,AmericanMeteorologicalSociety,pp.246-248Atlas,D.,1964:Advancesinradarmeteorology.AdvancesinGeophysics(H.E.LandsbergandJ.VanMeighen,Eds.),Volume10,NewYork,AcademicPress,pp.317-Atlas,D.,(Ed.),1990:RadarinMeteorology.BattanMemorialandFortiethRadarMeteorologyConference.Boston,AmericanMeteorologicalSociety.AtlasD.,Scrivastava,R.C.andSekhon,R.S.,1973:Dopplerradarcharacteristicsofprecipitatio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