6、多普勒天氣雷達原理與應用

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1、第六部分多普勒天氣雷達原理與應用（周長青）我國新一代天氣雷達原理；天氣雷達圖像識別；對流風暴的雷達回波特征；新一代天氣雷達產(chǎn)品第一章我國新一代天氣雷達原理一、了解新一代天氣雷達的三個組成部分和功能新一代天氣雷達系統(tǒng)由三個主要部分構(gòu)成：雷達數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA）、雷達產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPG）、主用戶處理器（PUP）。二、了解電磁波的散射、衰減、折射散射：當電磁波束在大氣中傳播，遇到空氣分子、大氣氣溶膠、云滴和雨滴等懸浮粒子時，入射電磁波會從這些粒子上向四面八方傳播開來，這種現(xiàn)象稱為散射。衰減：電磁波能量沿傳播路徑減弱的

2、現(xiàn)象稱為衰減，造成衰減的物理原因是當電磁波投射到氣體分子或云雨粒子時，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑蚱渌问降哪芰?。折射：電磁波在真空中是沿直線傳播的，而在大氣中由于折射率分布的不均勻性（密度不同、介質(zhì)不同），使電磁波傳播路徑發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，稱為折射。三、了解雷達氣象方程在瑞利散射條件下，雷達氣象方程為：其中Pr表示雷達接收功率，Z為雷達反射率，r為目標物距雷達的距離。Pt表示雷達發(fā)射功率，h為雷達照射深度，G為天線增益，θ、φ表示水平和垂直波寬，λ表示雷達波長，K表示與復折射指數(shù)有關(guān)的系數(shù)，C為常

3、數(shù)，之決定于雷達參數(shù)和降水相態(tài)。四、了解距離折疊最大不模糊距離：最大不模糊距離是指一個發(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的最長距離，Rmax=0.5c/PRF,c為光速，PRF為脈沖重復頻率。距離折疊是指雷達對雷達回波位置的一種辨認錯誤。當距離折疊發(fā)生時，雷達所顯示的回波位置的方位角是正確的，但距離是錯誤的（但是可預計它的正確位置）。當目標位于最大不模糊距離（Rmax）以外時，會發(fā)生距離折疊。換句話說，當目標物位于Rmax之外時，雷達卻把目標物顯示在Rmax以內(nèi)的某個位置，我們稱之為‘距離折疊’。五、理解

4、雷達探測原理。反射率因子Z值的大小，反映了氣象目標內(nèi)部降水粒子的尺度和數(shù)密度，反射率越大，說明單位體積中，降水粒子的尺度大或數(shù)量多，亦即反映了氣象目標強度大。反射率因子（回波強度）：即反射率因子為單位體積內(nèi)中降水粒子直徑6次方的總和。意義：一般Z值與雨強I有以下關(guān)系：層狀云降水Z=200I1.6地形雨Z=31I1.71雷陣雨Z=486I1.37新一代天氣雷達取值Z=300I1.4六、了解雷達資料準確的局限性、資料誤差和資料的代表性由于雷達在探測降水粒子時，以大氣符合標準大氣情況為假定，與實際大氣存在一定的差別，使雷達資

5、料的準確度具有一定的局限性，且由于雷達本身性能差異及探測方法的固有局限，對探測目標存在距離折疊及速度模糊現(xiàn)象，對距離模糊和速度模糊的處理等，均增大了雷達資料的誤差。雖然如此，由于徑向速度是從多個脈沖對得到的徑向速度的平均值，為平均徑向速度，雷達反射率因子通過對沿徑向上的四個取樣體積平均得到的，其徑向分辨率相當于四個取樣體積的長度，這也使雷達探測的資料具有一定的代表性。第二章天氣雷達圖像識別一、掌握多普勒效應多普勒效應為，當接收者或接受器與能量源處于相對運動狀態(tài)時，能量到達接受者或接收器時頻率的變化。多普勒頻率，是由于降

6、水粒子等目標的徑向運動引起的雷達回波信號的頻率變化，也稱為多普勒頻移，其與目標的徑向運動速度成正比，與多普勒天氣雷達波長成反比。二、了解多普勒天氣雷達測量反射率因子、平均徑向速度和速度譜寬的主要技術(shù)方法多普勒雷達利用降水粒子的后向散射與多普勒效應來達到對其探測的目的。通過發(fā)射信號與接收信號的延遲來測量距離，通過降水粒子的多普勒頻移來測量其速度。反射率因子：雷達的反射率因子是降水粒子后向散射被雷達天線接收到的回波，為單位體積內(nèi)中降水粒子直徑6次方的總和，反射率因子Z值的大小，反映了氣象目標內(nèi)部降水粒子的尺度和數(shù)密度，反射

7、率越大，說明單位體積中，降水粒子的尺度大或數(shù)量多。平均徑向速度：由于降水粒子等目標的徑向運動引起的雷達回波信號的頻率變化，也稱為多普勒頻移，其與目標的徑向運動速度成正比，與多普勒天氣雷達波長成反比。徑向速度則是從多個脈沖對得到的徑向速度的平均值，為平均徑向速度，而相應的標準差即為譜寬。速度譜寬：徑向速度則是從多個脈沖對得到的徑向速度的平均值，為平均徑向速度，而相應的標準差即為譜寬。三、理解距離折疊和速度模糊的概念最大不模糊距離：最大不模糊距離是指一個發(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的最長距離，Rmax=

8、0.5c/PRF,c為光速，PRF為脈沖重復頻率。距離折疊：距離折疊是指雷達對雷達回波位置的一種辨認錯誤。當距離折疊發(fā)生時，雷達所顯示的回波位置的方位角是正確的，但距離是錯誤的（但是可預計它的正確位置）。當目標位于最大不模糊距離（Rmax）以外時，會發(fā)生距離折疊。即當目標物位于Rmax之外時，雷達卻把目標物顯示在Rmax以內(nèi)的某個