風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)原理.ppt

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1、LOGO風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)原理中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心2011年11月5日NO.1風(fēng)廓線(xiàn)基本概念從遙感角度講風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)(windprofilerradar,WPR)主要是利用大氣湍流對(duì)電磁波的散射作用對(duì)大氣風(fēng)場(chǎng)等物理量進(jìn)行探測(cè)的一種主動(dòng)式地基遙感設(shè)備。從測(cè)量角度講因?yàn)轱L(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)同時(shí)要完成測(cè)速與定位功能，所以風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)是是無(wú)線(xiàn)電測(cè)距與多普勒測(cè)速的結(jié)合。從應(yīng)用系統(tǒng)講風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)以晴空大氣作為探測(cè)對(duì)象，利用大氣對(duì)電磁波的散射進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)的測(cè)量，能夠?qū)崟r(shí)提供大氣的三維風(fēng)場(chǎng)信息，增加無(wú)線(xiàn)電聲學(xué)探測(cè)系統(tǒng)（RASS），與微波輻

2、射儀或GPS/MET水汽監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣風(fēng)、溫、濕等要素的連續(xù)遙感探測(cè)，是一種新的高空大氣探測(cè)系統(tǒng)。NO.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展及應(yīng)用風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)誕生于20世紀(jì)80年代，近三十年已經(jīng)在國(guó)際氣象組織得到認(rèn)可和廣泛使用。美國(guó)于1992年開(kāi)始在美國(guó)建成包括35部風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)的觀(guān)測(cè)網(wǎng)，并進(jìn)入業(yè)務(wù)運(yùn)行，多年來(lái)的運(yùn)行結(jié)果表明，風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)網(wǎng)資料能滿(mǎn)足觀(guān)測(cè)精度的要求，他的時(shí)空分辨率超過(guò)任何高空風(fēng)測(cè)量系統(tǒng)。NOAA（美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理組織）在對(duì)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)網(wǎng)進(jìn)行評(píng)估時(shí)指出:6分鐘的風(fēng)廓線(xiàn)資料能顯示出鋒面，短波波動(dòng)，氣

3、旋和重力波等系統(tǒng)連續(xù)詳實(shí)的演變過(guò)程，資料通話(huà)后，明顯地改善了3-6h臨近數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果，美國(guó)還計(jì)劃研制是用于熱帶海洋地區(qū)的太陽(yáng)能自動(dòng)風(fēng)廓線(xiàn)系統(tǒng)。日本與2003年6月建成包含31部風(fēng)廓線(xiàn)來(lái)打的氣象業(yè)務(wù)觀(guān)測(cè)網(wǎng)，觀(guān)測(cè)資料在多個(gè)領(lǐng)域地得到廣泛應(yīng)用，芬蘭，德國(guó)，瑞士，英國(guó)，法國(guó)都建早有自主的風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)網(wǎng)LOGO美國(guó)NPN(35部對(duì)流層)，間隔200公里，每個(gè)站配有一套GPS水汽監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。CAP(60多部各種型號(hào))，由35個(gè)部門(mén)建設(shè)的風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)組成。探測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備的狀態(tài)信息一起被發(fā)送到位于Bloulder的風(fēng)廓

4、線(xiàn)雷達(dá)控制中（PCC）。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量控制，每小時(shí)平均的風(fēng)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算后發(fā)送給NOAA風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)網(wǎng)（NPN）的用戶(hù)。理論研究和實(shí)際使用的結(jié)果都表明NOAA風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)網(wǎng)對(duì)于天氣預(yù)報(bào)具有很重要的價(jià)值，尤其是監(jiān)測(cè)墨西哥灣水汽輸送過(guò)程中的低空急流。NOAA風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)網(wǎng)的數(shù)據(jù)對(duì)于預(yù)測(cè)這種低空急流引起的夜間雷暴非常重要。國(guó)內(nèi)外發(fā)展及應(yīng)用日本W(wǎng)INDAS(31部1.3G風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá))，間隔130公里。經(jīng)過(guò)站臺(tái)處理的10分鐘的平均風(fēng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤L(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)控制中心，通過(guò)進(jìn)一步的一致性檢驗(yàn)后用于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)

5、。WINDAS用于預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)、梅雨和中緯度低壓引起的強(qiáng)降水。中國(guó)氣象局所屬部門(mén)陸續(xù)在北京、上海、唐山、張北、青島、深圳、大理、電白等地布設(shè)了數(shù)十部風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)。國(guó)內(nèi)情形隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。當(dāng)前對(duì)氣象保障工作的要求越來(lái)越高，各級(jí)氣象部門(mén)對(duì)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)愈來(lái)愈迫切。在中國(guó)氣象局完成多普勒天氣雷達(dá)網(wǎng)的建設(shè)后，預(yù)計(jì)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)將是下一個(gè)重要的布網(wǎng)裝備。2010年3月浙江首個(gè)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)在甬安裝完成試運(yùn)營(yíng)2010年8月湖北省氣象局安裝的移動(dòng)方艙邊界層風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)網(wǎng)布局風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)和探空站網(wǎng)布局NO.3風(fēng)廓線(xiàn)雷

6、達(dá)的探測(cè)原理風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)主要以晴空大氣作為探測(cè)對(duì)象，利用大氣湍流對(duì)電磁波的散射作用進(jìn)行大氣風(fēng)場(chǎng)等要素的探測(cè)。風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)的電磁波在大氣傳播工程中，因?yàn)榇髿馔牧髟斐傻恼凵渎史植疾痪a(chǎn)生散射，其中后散射能量被風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)所接受。一方面，根據(jù)多普勒效應(yīng)確定氣流沿雷達(dá)波束方向的速度分量；另一方面，根據(jù)回波信號(hào)往返時(shí)間確定回?fù)芪恢?。由于大氣湍流折射率的不均勻性，?huì)引起電磁波的散射。向空中發(fā)射電磁波，即使在晴空大氣中也會(huì)接受到大氣的回波。大氣湍流散射的雷達(dá)方程為:其中Pr為雷達(dá)接收到的回?fù)芄β?，Pt為雷達(dá)發(fā)射的脈

7、沖功率。h為雷達(dá)的取樣長(zhǎng)度，τ為雷達(dá)發(fā)射脈沖寬度，L是雷達(dá)天饋雄的損耗，R是回波所在距離。為了獲取風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)上空的三維風(fēng)速信息，至少需要三個(gè)不共面的波束為此，一些風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)，特別是拋物面天線(xiàn)風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)一般采用三個(gè)固定指向波束。三個(gè)波束一般是：一個(gè)垂直波束，兩個(gè)傾斜束。傾斜波束的天頂角一般在十五度左右。但是為了提高高空探測(cè)精度相控陣風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)一般會(huì)采用5個(gè)固定指向波束。單波束工作方式：風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)在探測(cè)時(shí)，在某一時(shí)刻只有一個(gè)波束，雷達(dá)僅沿這一個(gè)波束方向發(fā)射脈沖進(jìn)行探測(cè)。完成一個(gè)波束方向的探測(cè)之后，將波

8、束切換到下一個(gè)方向，進(jìn)行下一個(gè)波束方向的探測(cè)，直到完成所有波束方向的探測(cè)，便完成一個(gè)探測(cè)周期，再接著進(jìn)行下一個(gè)周期的探測(cè)。因?yàn)榧夹g(shù)條件的限制，拋物面天線(xiàn)雷達(dá)只能采用單波束的工作方式。多波束工作方式：在多波束工作方式下，相控陣風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)可以近乎同時(shí)完成多個(gè)波束方向的發(fā)射或接受任務(wù)。多波束是相控陣了雷達(dá)相對(duì)于機(jī)械掃描雷達(dá)所特有的技術(shù)?；竟ぷ髟鞱O.3風(fēng)廓線(xiàn)基本原理五波束風(fēng)廓線(xiàn)雷達(dá)指向示意圖同軸共線(xiàn)線(xiàn)極化天線(xiàn)陣NO.3有三個(gè)波束即可計(jì)算出風(fēng)向風(fēng)速。設(shè)風(fēng)矢量沿正東正北和垂直的分量為UE