民用航空气象地面观测规范第14章 多普勒天气雷达知识

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1、第十四章多普勒天气雷达知识第十四章多普勒天气雷达知识第一节引言RADAR（RadioDetectionandRanging）是一个利用电磁波进行探测、定位的仪器。最早用于军事目的，后来在气象部门也逐渐得到使用。它具有准确、客观和实时的特点。近年来，多普勒雷达的技术也逐渐成熟，它除了保持常规天气雷达的特点外，还通过计算频率（相位）的变化，提取风场的一些特征，因而更具有使用价值。我国新一代天气雷达建设是我国20世纪末、21世纪初的一项跨世纪气象现代化工程。我国新一代天气雷达组网的目标和原则是：在我国东部沿海和多强降水地区和四川盆地

2、的大部分地区，布设S波段（波长10cm）新一代天气雷达；在我国强对流天气发生和活动比较频繁、经济比较发达的中部地区，布设C波段（波长5cm）新一代天气雷达；其它地区，即我国第一地形阶梯地域的青、新、藏等流域暂不布设全国组网的站点；但省（区）会所在地和重要地区根据气象服务工作的需要和可能，按统一业务布点要求设置新一代C 波段天气雷达，作为局地监测和服务使用。计划在全国部署158部新一代天气雷达。图14-1为其中的126部的站点示意图。截止到2005年5月份为止，已布设80余部新一代天气雷达。图14－1我国新一代天气雷达网站新一代

3、天气雷达将全部选用Ｓ和Ｃ两种波段，选取全相干体制，其主要探测和测量对象，包括降水、热带气旋、雷暴、中尺度气旋、湍流、龙卷、冰雹、融化层等，并具备一定的晴空回波的探测能力。第二节多普勒天气雷达的基本工作原理-199-第十四章多普勒天气雷达知识粒子对电磁波作用的两种基本形式是散射和吸收。气象目标对雷达电磁波的散射作用是雷达探测大气的基础。当天气雷达间歇性地向空中发射电磁波（称为脉冲式电磁波）时，它以近于直线的路径和接近光波的速度在大气中传播，在传播的路径上，若遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子

4、上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。粒子产生散射的原因是：粒子在入射电磁波的作用下被极化，感应出复杂的电荷分布和电流分布，它们也要以同样的频率发生变化，这种高频率变化的电荷分布和电流分布向外辐射的电磁波，就是散射波。雷达波束通过云和降水粒子时被散射，其中一部分后向的散射波要返回雷达方向，被雷达天线接收。在雷达探测中，气象目标的空间位置是用雷达天线至目标物的直线距离Ｒ（亦称斜距）、雷达天线的仰角和方位角来表示。斜距Ｒ可根据电磁波在大气中的传播速度Ｃ和探测脉冲与回波信号之间的时间间隔来确定（图14-2）。图14－2电磁波传播和

5、粒子散射示意图多普勒天气雷达除了具备探测云和降水回波的位置及强度功能外，它以多普勒效应为基础（多普勒效应是指发射源和接收器之间有相对的径向运动时，虽然发射源所发射的信号频率固定不变，但接受器所收到的信号频率相对于发射源的频率却发生了变化，1842年首先被澳大利亚物理学家J.Doppler发现），通过测定接收回波信号与发射探测脉冲信号频率之间出现的频率差异，在得到目标物的反射率因子外，还可以测定散射体相对于雷达的径向速度和速度谱宽，并根据这三个基本量，可推断出相应的天气系统，尤其是降水天气系统的某些内部结构和特征，它对降水成因、

6、中小尺度天气系统以及强对流造成的灾害性天气的监测与研究具有重要意义，是发布严重灾害性天气警报和临近预报的重要探测工具。新一代天气雷达采用多普勒体制，它的发展是建立在无线电技术，信息处理技术和计算机技术基础上的，所以新一代天气雷达亦称多普勒天气雷达。第三节多普勒天气雷达基本组成-199-第十四章多普勒天气雷达知识天气雷达主要有以下几部分组成：天线系统、收发开关、发射机、接收机、处理和控制终端等。我国新一代多普勒天气雷达主要由雷达数据采集系统RDA（radardataacquisition）、雷达产品生成器RPG（radarpro

7、ductgenerator）和主要用户终端PUP（principaluserprocessor）组成。RDA由天线、发射机、接收机、信号处理器和监控计算机组成。它的主要功能是发射脉冲电磁波、接收回波，并对回波进行处理，最终形成反射率因子、平均径向速度和径向速度谱宽。RPG的主要功能有两个，一个是作为整个雷达的控制中心，另一个是具有一系列算法，当接到来自PUP的请求后，生成相应的产品，然后传输给PUP。PUP是预报员平台，主要功能是申请适当的产品，对图像进行各种处理，为天气预报特别是强对流天气预报提供指导和参考。第四节多普勒天气

8、雷达主要参数及其意义多普勒天气雷达的主要参数有：与发射机有关的主要参数有：波长λ、脉冲宽度τ、发射功率Pt和脉冲重复频率PRF等；与天线有关的主要参数有：波束宽度θ和天气增益G等；与接收机有关的主要参数有：接收机灵敏度Pmin等。其中各参数物理意义简要介绍如下：一、波长λ指雷