4)第四章 多普勒天氣雷達(dá)和偏振多普勒天氣雷達(dá).ppt

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1、第四章多普勒天氣雷達(dá)和偏振多普勒天氣雷達(dá)目錄4.1多普勒天氣雷達(dá)4.1.1多普勒頻移4.1.2多普勒譜的提取方法4.1.3多普勒速度和多普勒速度譜4.1.4距離折疊和速度折疊4.1.5多普勒天氣雷達(dá)的應(yīng)用4.2偏振多普勒天氣雷達(dá)4.2.1偏振雷達(dá)4.2.2雙線偏振多普勒天氣雷達(dá)的基本參量4.2.3雙線偏振多普勒天氣雷達(dá)的應(yīng)用4.1多普勒天氣雷達(dá)常規(guī)數(shù)字化天氣雷達(dá)利用的是降水回波的幅度信息，即利用信號(hào)強(qiáng)度來(lái)探測(cè)雨區(qū)的分布、強(qiáng)度、垂直結(jié)構(gòu)等。多普勒天氣雷達(dá)是基于物理學(xué)中的多普勒效應(yīng)發(fā)展起來(lái)的，除常規(guī)天氣雷達(dá)功能之外，還可利用降水回波頻率與發(fā)射頻率之間變化的信息來(lái)測(cè)定降水粒子的徑

2、向速度，并通過(guò)此推斷風(fēng)速分布，垂直氣流速度，大氣湍流，降水粒子譜分布，降水中特別是強(qiáng)對(duì)流降水中風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征。常規(guī)天氣雷達(dá)僅能提供反射率因子資料。多普勒天氣雷達(dá)將提供兩種附加的基本資料，徑向速度和速度譜寬，它們將增強(qiáng)對(duì)強(qiáng)風(fēng)暴的探測(cè)能力，也能改進(jìn)對(duì)中尺度和天氣尺度系統(tǒng)的預(yù)報(bào)。1.多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家J.Doppler1842年首先從運(yùn)動(dòng)著的發(fā)聲源中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，定義為“當(dāng)接收者或接收器與能量源處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能量到達(dá)接收者（器）時(shí)頻率的變化”。一個(gè)例子是：當(dāng)一輛緊急的火車（汽車）鳴著喇叭以相當(dāng)高的速度向著你駛來(lái)時(shí)，聲音的音調(diào)（頻率）由于波的壓縮（較短

3、波長(zhǎng)）而增加。當(dāng)火車（汽車）遠(yuǎn)離你而去時(shí)，這聲音的音調(diào)（頻率）由于波的膨脹（較長(zhǎng)波長(zhǎng)）而減低。發(fā)射頻率多普勒頻移發(fā)射頻率Vs多普勒頻移對(duì)于一個(gè)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，向著雷達(dá)運(yùn)動(dòng)或遠(yuǎn)離雷達(dá)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的頻移量是相同的，但符號(hào)不同：①如果目標(biāo)移向雷達(dá)為正；②如果目標(biāo)遠(yuǎn)離雷達(dá)為負(fù)。假設(shè)多普勒雷達(dá)發(fā)射脈沖的工作頻率為f0，目標(biāo)與雷達(dá)的距離為r，則雷達(dá)波發(fā)往目標(biāo)到返回天線所經(jīng)過(guò)的距離為2r。這個(gè)距離用波長(zhǎng)來(lái)度量，相當(dāng)個(gè)波長(zhǎng)；用弧度來(lái)衡量相當(dāng)于個(gè)弧度。若所發(fā)射的電磁波在天線處的位相為，那么電磁波被散射回到天線時(shí)的相位應(yīng)是位相的時(shí)間變化率由于目標(biāo)物的徑向運(yùn)動(dòng)引起的雷達(dá)回波信號(hào)的頻率變化，它就是多普勒

4、頻移或多普勒頻率2.多普勒頻率/頻移1.目標(biāo)移向雷達(dá)為正，遠(yuǎn)離雷達(dá)為負(fù)2.目標(biāo)移向雷達(dá)為負(fù)，遠(yuǎn)離雷達(dá)為正徑向速度簡(jiǎn)單地定義為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)平行于雷達(dá)徑向的分量。它是目標(biāo)運(yùn)動(dòng)沿雷達(dá)徑向的分量，既可以向著雷達(dá)，也可以離開雷達(dá)。需要記住的是：①?gòu)较蛩俣瓤偸切∮诨虻扔趯?shí)際目標(biāo)速度；②由WSR-88D測(cè)量的速度只是目標(biāo)向著或離開雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)；③當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)垂直于雷達(dá)徑向或靜止時(shí)徑向速度為零。3.徑向速度方向定義有兩種情形：目標(biāo)的實(shí)際速度與WSR-88D描述的徑向速度間的關(guān)系能用數(shù)學(xué)方法描述成徑向速度方程│Vr│=│V│·cosβ其中Vr為徑向速度，V為實(shí)際速度，β為實(shí)際速度V與雷達(dá)徑向之間最小

5、的夾角，cos為余弦函數(shù)。4.Pulse-PairMethod脈沖對(duì)方法取兩個(gè)連續(xù)的脈沖然后測(cè)量接收脈沖的相位dΦ/dt實(shí)際上就是角速度=w=2πfd5.關(guān)于相干的幾個(gè)概念6.最大不模糊距離與距離折疊最大不模糊距離：最大不模糊距離是指一個(gè)發(fā)射脈沖在下一個(gè)發(fā)射脈沖發(fā)出前能向前走并返回雷達(dá)的最長(zhǎng)距離其中，Rmax為最大不模糊距離，c為光速，PRF為脈沖重復(fù)頻率距離折疊（模糊）雷達(dá)測(cè)距公式R=0.5ct，t為脈沖發(fā)出到返回的時(shí)間。雷達(dá)測(cè)距按照最新發(fā)出的脈沖從發(fā)出到返回的時(shí)間來(lái)計(jì)算。距離折疊是指雷達(dá)確定的目標(biāo)物方位是正確的但距離是錯(cuò)誤的。當(dāng)目標(biāo)物位于雷達(dá)最大不模糊距離之外時(shí)會(huì)發(fā)生這

6、一現(xiàn)象，也就是說(shuō)，目標(biāo)物的定位是模糊的。換句話說(shuō)，當(dāng)目標(biāo)物位于雷達(dá)的最大不模糊距離（Rmax）之外時(shí)，雷達(dá)卻把目標(biāo)物顯示在Rmax以內(nèi)的某個(gè)位置，我們形象地稱之為‘距離折疊’。目標(biāo)位于最大不模糊距離之內(nèi)，沒(méi)有距離折疊（模糊）發(fā)生。距離折疊是如何發(fā)生的？雷達(dá)最大探測(cè)距離是250nmnm=1.852kmnauticalmile目標(biāo)位于最大不模糊距離之外，距離折疊（模糊）發(fā)生。一個(gè)目標(biāo)物位于nRmax之后若干海里的話（這里n是任意一個(gè)正整數(shù)），它將錯(cuò)誤地出現(xiàn)在距雷達(dá)同一海里遠(yuǎn)的位置上。如果雷達(dá)的Rmax=250nm，那么位于0-250nm的目標(biāo)物處于第一程；251-500nm的目

7、標(biāo)物處于第二程等等，以此類推。一個(gè)實(shí)際位于550nm（超過(guò)2Rmax）處的目標(biāo)物，如果被Rmax=250nm雷達(dá)探測(cè)到，它在雷達(dá)上的顯示位置是50nm；一個(gè)實(shí)際位于300nm（超過(guò)1Rmax）處的目標(biāo)物，如果被Rmax=250nm雷達(dá)探測(cè)到，它在雷達(dá)上的顯示位置也是50nm。距離折疊回波的特點(diǎn)：方位角是正確的強(qiáng)度較弱有時(shí)具有奇怪的多普勒速度怎樣排除距離折疊回波？改變雷達(dá)機(jī)的脈沖重復(fù)頻率(PRF)UseadifferentPRFevery2-3pulses,iftheechomoves,itisbogus!7.最大徑