6、多普勒天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用

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1、第六部分多普勒天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用（周長青）我國新一代天氣雷達(dá)原理；天氣雷達(dá)圖像識(shí)別；對(duì)流風(fēng)暴的雷達(dá)回波特征；新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品第一章我國新一代天氣雷達(dá)原理一、了解新一代天氣雷達(dá)的三個(gè)組成部分和功能新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)由三個(gè)主要部分構(gòu)成：雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA）、雷達(dá)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(dāng)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(shí)，入射電磁波會(huì)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現(xiàn)象稱為衰減，造成衰減的物

2、理原因是當(dāng)電磁波投射到氣體分子或云雨粒子時(shí)，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(dá)氣象方程在瑞利散射條件下，雷達(dá)氣象方程為：其中Pr表示雷達(dá)接收功率，Z為雷達(dá)反射率，r為目標(biāo)物距雷達(dá)的距離。Pt表示雷達(dá)發(fā)射功率，h為雷達(dá)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(dá)波長，K表示與復(fù)折射指數(shù)有關(guān)的系數(shù)，C為常數(shù)，之決定于雷達(dá)參數(shù)和降水相態(tài)。四、了解距離折疊最大

3、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)的最長距離，Rmax=0.5c/PRF,c為光速，PRF為脈沖重復(fù)頻率。距離折疊是指雷達(dá)對(duì)雷達(dá)回波位置的一種辨認(rèn)錯(cuò)誤。當(dāng)距離折疊發(fā)生時(shí)，雷達(dá)所顯示的回波位置的方位角是正確的，但距離是錯(cuò)誤的（但是可預(yù)計(jì)它的正確位置）。當(dāng)目標(biāo)位于最大不模糊距離（Rmax）以外時(shí)，會(huì)發(fā)生距離折疊。換句話說，當(dāng)目標(biāo)物位于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，我們稱之為‘距離折疊’。五、理解雷達(dá)探測(cè)原理。反射率因子Z值的大小，反映了氣象目標(biāo)內(nèi)部降水粒子的尺度和數(shù)密度，

4、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(biāo)強(qiáng)度大。反射率因子（回波強(qiáng)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(qiáng)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(dá)取值Z=300I1.4六、了解雷達(dá)資料準(zhǔn)確的局限性、資料誤差和資料的代表性由于雷達(dá)在探測(cè)降水粒子時(shí)，以大氣符合標(biāo)準(zhǔn)大氣情況為假定，與實(shí)際大氣存在一定的差別，使雷達(dá)資料的準(zhǔn)確度具有一定的局限性，且由于雷達(dá)本身性能差異及探測(cè)方法的固有局限，對(duì)探測(cè)目標(biāo)存在距離折疊及速度模糊

5、現(xiàn)象，對(duì)距離模糊和速度模糊的處理等，均增大了雷達(dá)資料的誤差。雖然如此，由于徑向速度是從多個(gè)脈沖對(duì)得到的徑向速度的平均值，為平均徑向速度，雷達(dá)反射率因子通過對(duì)沿徑向上的四個(gè)取樣體積平均得到的，其徑向分辨率相當(dāng)于四個(gè)取樣體積的長度，這也使雷達(dá)探測(cè)的資料具有一定的代表性。第二章天氣雷達(dá)圖像識(shí)別一、掌握多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)為，當(dāng)接收者或接受器與能量源處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能量到達(dá)接受者或接收器時(shí)頻率的變化。多普勒頻率，是由于降水粒子等目標(biāo)的徑向運(yùn)動(dòng)引起的雷達(dá)回波信號(hào)的頻率變化，也稱為多普勒頻移，其與目標(biāo)的徑向運(yùn)動(dòng)速度成正比，與多普勒天氣雷達(dá)波長成反比。二

6、、了解多普勒天氣雷達(dá)測(cè)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(dá)利用降水粒子的后向散射與多普勒效應(yīng)來達(dá)到對(duì)其探測(cè)的目的。通過發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的延遲來測(cè)量距離，通過降水粒子的多普勒頻移來測(cè)量其速度。反射率因子：雷達(dá)的反射率因子是降水粒子后向散射被雷達(dá)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(biāo)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。平均徑向速度：由于降水粒子等目標(biāo)的徑向運(yùn)動(dòng)引起的雷達(dá)回波信號(hào)的頻率變化，也稱為多普勒頻移，其與目標(biāo)的徑向運(yùn)

7、動(dòng)速度成正比，與多普勒天氣雷達(dá)波長成反比。徑向速度則是從多個(gè)脈沖對(duì)得到的徑向速度的平均值，為平均徑向速度，而相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差即為譜寬。速度譜寬：徑向速度則是從多個(gè)脈沖對(duì)得到的徑向速度的平均值，為平均徑向速度，而相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)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(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)的最長距離，Rmax=0.5c/PRF,c為光速，PRF為脈沖重復(fù)頻率。距離折疊：距離折疊是指雷達(dá)對(duì)雷達(dá)回波位置的一種辨認(rèn)錯(cuò)誤。當(dāng)距離折疊發(fā)生時(shí)，雷達(dá)所顯示的回波位置的方位角是正確的，但距離是錯(cuò)誤的（但是

8、可預(yù)計(jì)它的正確位置）。當(dāng)目標(biāo)位于最大不模糊距離（Rmax）以外時(shí)，會(huì)發(fā)生距離折疊。即當(dāng)目標(biāo)物位于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)