雷达气象学考试复习
雷达气象学考试复习
1.说明和解释冰雹回波的主要特点（10分）。 答：冰雹云回波特征：回波强度特别强（地域、月份、>50dBZ ）；回波顶高高（>10km ）；上升（旋转）气流特别强(也有强下沉气流，)。
PPI 上，1、有“V ”字形缺口，衰减。2、钩状回波。3、TBSS or 辉斑回波。画图解释。
RHI 上：1、超级单体风暴中的穹窿（BWER ，∵上升气流）、回波墙和悬挂回波。2、强回波高度高。3、旁瓣回波。画图解释。4、辉斑回波。5、在回波强中心的下游，有一个伸展达60-150km 甚至更远的砧状回波。 速度图上可以看到正负速度中心分布在径线的两侧，有螺旋结构。有可能会出现速度模糊。
2.画出均匀西北风的VAD 图像
从VAD 图像上可以获得环境风速和风向的信息，西北风的风向对应7/4π(315°)如图所示，零速度线是从45°—225°方位的一条直线（可配图说明）。由此可绘出VAD 图像。
3.解释多普勒频移：
多普勒频移：由于相对运动造成的频率变化
设有一个运动目标相对于雷达的距离为r ，雷达波长为λ。 发射脉冲在雷达和目标之间的往返距离为2r ，用相位来度量为2π?2r/λ。若发射脉冲的初始相位为φ0，则散射波的相位为φ=φ0+4πr/λ。 目标物沿径向移动时，相位随时间的变化率（角频率） 44r d dr v dt dt ?ππλλ==
另一方面，角频率与频率的关系2D d f dt ?
ωπ==
则多普勒频率与目标运动速度的关系fD=2vr/λ
4.天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上。
反映了雷达波束的电磁场强度及其能流密度在空间的分布；曲线上各点与坐标原点的连线长度，代表该方向上相对能流密度大小。
π/4
3π/4 7π/4
方位角
速度
图中能流密度最大方向上的波瓣称为主瓣，侧面的称为旁瓣，相反方向的称为尾瓣。
5.天气雷达新技术：
多基地雷达系统
双偏振天气雷达（双极化）
双多普勒雷达观测阵
组网的多普勒雷达：难点共面显示。CAPPI
晴空条件下的测风雷达：激光雷达测云、T、
机载多参数测雨雷达：
相控阵雷达Phase Array Radar：天线，time，
风廓线雷达：
三维雷达回波图象
闪电定位系统
6.雷达气象业务涉及的软、硬件系统及内容：
1 气象雷达系统（硬件部分）
2 气象雷达系统（软件部分）
3 雷达探测原理（距离、方位、强度、速度）
4 雷达数字化系统及产品制作
5 雷达图像的计算机显示实践
6 典型雷达回波（强度、速度）
7 雷达数据的压縮与保存
8 雷达图像的平滑与锐化
9 雷达图像杂波的滤除
10 速度资料的提取（VAD和图像相关处理技术、含基本
退模糊技术）
11 雷达测量降水及相关问题
12 雷达探测灾害性天气(冰雹、台风、暴雨等)
13 雷达拼图
14 双波长、双极化雷达的优势及应用
7.球形粒子的散射
◆球形干冰粒对雷达波的散射:
Rayleigh：σσ
冰水所以雪和小冰粒回波弱；
<
冰>水米3区，解释为何大冰雹的回波非常强。8、9月 Mie：σσ
Z>50dBZ，大雨>30dBZ
◆正在融化的球形粒子的散射:
1.外包水膜的融化冰球：
Rayleigh：随着融化水膜厚度的增加，融化冰球的雷达截面增大。
Mie: 随着融化水膜厚度的增加，融化冰球的雷达截面减小.
解释冬天北方降雪（干雪）回波较弱，而南方降雪（湿雪，认为是外包水膜的冰球）回波较强。
形成0度层亮带的原因之一就是融化作用。
2.冰水均匀混合球：
Rayleigh:冰水均匀混合球的雷达截面随着融化水量的增加而增加的速度要比外包水膜冰球时慢得多。
8.为什么降水雷达采用水平发射的水平偏振波？
因为抬高仰角，散射无变化，E//水平面，电偶极矩l ＝2b 长轴，不变。
球越扁，相对于同体积的球形粒子产生的后向散射越大，而且随天线仰角的太高，后向散射强度不会改变，而且不会产生正交偏振分量。 二．衰减
1.比尔-伯格-朗伯定律的积分式
00
00
00022
22ln
2ln ln 2r
r
R
R
L L R r
r
L L r r
R R r
L r r L r k dS
k dS
r
r r r d P d P k dS k dS P P P k dS k dS P e P P e
--=-?=-?
=-?-=-???=?=??
???
2.用分贝数表示的衰减系数kt
3.云对雷达波衰减规律及ktc 与含水量M 的关系 ◆云对雷达波的衰减规律：
①由液滴组成的云的衰减随波长的增大而迅速减小； ②液态云的衰减还随温度的降低而增大； ③对于波长较短的雷达（如 3cm 以下的雷达），要考虑云层的衰减作用；对于雷达波长较长的雷达，可忽略云层对电磁波的衰减作用；
④冰云的衰减要比液态云的衰减小2~3个量级，原因在于冰晶的介电常数小于水。
◆ktc 与云中的含水量M 的关系：(M 单位体积内所有云质点的质量之和，(单位:g/m3) )
4.雨对雷达波衰减规律及ktr 与雨强I 的关系
◆雨对雷达波的衰减规律：
①雨对雷达波的衰减系数一般与降水强度成正比关系;
②雨的衰减系数在给定温度下还与波长有关系;
③由于雨滴谱的分布和降水强度经常随时空变化，所以在雷达波束所经过的路径上，各段的衰减情况往往不尽相同；
④由于衰减作用，对于同一降雨带波长较长的雷达能准确探测到，而波长较短的却不一定。
◆ktr与雨强I的关系：(I 降水强度（雨强）：单位时间内降落到地面单位面积上的降水量。
◆衰减造成的影响：
①造成回波偏弱、弱回波可能消失
②减小回波区域面积
③使回波分布情况失真
④估测的雨强、雨量偏小
⑤导致回波识别和跟踪的困难
5.kt与波长成反比的结论应用。
定性结论：
大面积小雨，3cm雷达，雨的衰减要考虑。
中雨，3cm和5cm，
大雨或冰雹，3cm，5cm和10cm均要考虑
综合考虑雷达截面/雷达反射率与波长成反比（波长越短散射能力越强），衰减和波长也成反比的关系（波长越短衰减也越强），我国雷达布网，对短时预报，东南沿海多暴雨和台风(大雨滴)，采用10cm雷达，内陆西北5cm雷达。人影作业的移动性决定其多采用3cm雷达。PS:“V”型缺口:
由于云中大冰雹、大水滴等大粒子对雷达波的强衰减作用，雷达波不能穿透主要的大粒子区，在大粒子区的后半部形成所谓的V字型缺口。尖角对准测站。
三．雷达气象方程
1、概念：
◆波宽θ：雷达主波束上两个半功率点之间的夹角，有水平波宽和垂直波宽。
雷达发射波能量越集中越好，波宽<1°
◆脉冲宽度τ：脉冲持续时间(711 is 1微秒)
◆脉冲长度h：脉冲在空间的延伸距离h=ct
◆有效脉冲深度：理论证明：只有在波束中距离R到R+h/2范围内的那些粒子散射的回波，才能在同一时刻到达天线。称h/2为波束有效照射深度
◆有效照射体积：??
Ω
+Ω=
2
/2ct R R
dRd R V ,
有效照射体积的具体求法取决于波束的几何形状，也就是取决天线的形状:
◆天线增益：假设在这个方向上的波束范围内，天线辐射的能流密度相同，这样，距离定向辐射天线R 处的能流密度Smax 与Sav 的比值称为定向辐射天线的增益。 ◆盲区：离雷达站h/2的距离内产生的回波将收不到，称为盲区。 2、雷达气象方程（3.25）式，及对其的讨论。 要求掌握每项物理意义、各参数含义。
?+-ψ=-R
kdR t Z m m R h G P 0
2.02
2
2221123
10.2
1..1..)2(ln 1024Pr λ?θπ (3.25) 讨论：?=-R
kdR Z R
C
02.0210.Pr
◆气象因子的作用：
①目标物的后向散射特性--粒子大小、形状、相态、温度等对散射的影响。
②波束路径上各种粒子对雷达波的衰减作用--大气、云、雨滴、冰雹等粒子在不同波长、温度时的衰减。
◆雷达参数的选择： ①发射功率：增加Pt ，可提高雷达探测能力和探测距离。但增加Pt 受技术和经济条件限制。测距的限制常常不是Pt 不足，而是由于地物阻挡和地球曲率的影响。
②波长λ(或振荡频率 f ):同一目标物对不同波长的电磁波的散射和衰减特性有很大差别。所以不同用途的气象雷达具有不同的波长。
③脉冲宽度:增加脉冲宽度，V 增大，有更多粒子产生的回波能同时到达天线，使Pr 增大，从而增大雷达探测能力。但有两个缺点: (1)雷达距离分辨率(h/2)变低; 指空间径向上两个目标物在雷达屏幕上可区分的最小距离。(2) 雷达盲区变大:离雷达站h/2的距离内。 ④天线增益:取决于天线口径面积：增大Ap 可以提高G 和减小波宽，从而增大雷达探测能力和探测的角分辨率。所以，天气雷达常采用较大的Ap 。但是如果Ap 过大，转动性能、抗风能力和机动能力就差，制作和安装也困难。 ⑤脉冲重复频率(PRF) : PRF 的选取决定了最大探测距离，实际的PRF 选择取决于实际情况。 ◆距离因子的作用：
①回波功率Pr 与距离R 的平方成反比，即同样强度的降水在远处要比近处弱的多
②最大不模糊距离Rmax: PRF
c
R 2max =
PS ：多普勒两难：
4
max PRF
V r ?±
=λ
最大不模糊距离：Rmax 是指在下一个脉冲发射出去之前，这个脉冲能向前走并返回雷达的最长距。 PRF
c
R 2max =
8
max max c
R V λ=
题目：
1.波长为5厘米的天气雷达，工作在1000Hz 的脉冲重复频率下，能否正确探测180公里处、移速为20米/秒的雷暴系统？如果不能探测，会出现什么结果？（20分） 解：150km;1
2.5m/s
所以波长为5厘米的天气雷达，工作在1000Hz 的脉冲重复频率下，不能正确探测180公里处、移速为20米/秒的雷暴系统，会有二次回波和速度模糊。（5分） 画图分析，在距离雷达30Km 出出现二次回波。（2分） 若20m/s 是远离雷达的径向速度，在速度图上显示的正的最大12.5m/s 区域突变成负的最大且渐变为负的5m/s ，表现为速度模糊现象，公式计算过程。（3分）
2.为了正确测量180公里处、移速为15米/秒的雷暴系统，可否选用波长为5厘米的多普勒天气雷达？如果再利用波长为10厘米的多普勒天气雷达，请设定合适PRF 。
（Rmax*Vmax = 180 km * 15 m/s =2.7x106 m2/s, (λC)/8 = 0.05*3.0*108 /8≈2*106 m2/s )
因为Rmax*Vmax > (λC)/8， 所以，不能正确测量 （如果学生回答采用双PRF 技术，则有可能实现， 这时需要写出PRF 的具体数据） 第二问的具体求解过程：
(1) Rmax= C/（2*PRF ）> 180 k,m, PRF < C/(2*180km) = 833 Hz (2) Vmax = (λ*PRF)/4 > 15m/s PRF > （4*15m/s ）/λ = 600Hz 因此任意介于600Hz 和833Hz 之间的PRF 都符合要求。 可以设定PRF 为800Hz 。
3.波长为5厘米的天气雷达，工作在1000Hz 的脉冲重复频率下，能否正确探测180公里处、移速为20米/秒的雷暴系统？如果不能探测，会出现什么结果？（20分） 150km;12.5m/s
所以波长为5厘米的天气雷达，工作在1000Hz 的脉冲重复频率下，不能正确探测180公里处、移速为20米/秒的雷暴系统，会有二次回波和速度模糊。（5分） 画图分析，在距离雷达30Km 出出现二次回波。（2分） 若20m/s 是远离雷达的径向速度，在速度图上显示的正的最大12.5m/s 区域突变成负的最大且渐变为负的5m/s ，表现为速度模糊现象，公式计算过程。（3分）
四．折射
1、折射过程及形成折射的物理原因。 过程：电磁波在大气中曲线传播的现象。
物理原因：电磁波在不均匀介质中传播速度变化而引起的传输方向的改变。
2、曲率、地球等效半径、M
ds d K α-= =dh
dn
- 单位弧长倾角的变化 K
R n 1=
等效地球半径R ’m ：h 高目标物的最大探测距离Rmax ，在真实地球和真实射线的情况下与假想的地球和直线传播的情况下相同，称这时假想的地球半径为等效地球半径
11
0''1m m m m m R K R dn
R R R dh
-
=-?=+
订正折射指数M ：设地球是平面，来订正大气折射指数。 3、曲率与折射指数随高度变化的关系。
()6110A Be N n P T T ??=-?=
?+ ???
①N 值随 P ，e 的增大而增大，随 T 的减小而增大；
②在实际大气中，一般 P 、T 、e 都随高度的增大而减小，但P 、e 下降速度较快。所以N 的垂直变化中P 、e 起主导作用。也就是说N 随高度升高而减小。即：
0 or 0 dN dn
dh dh <<
③可见，以一定仰角发射的电磁波的传播路径一般是略微向地球表面弯曲的。 4、五种折射现象,超折射气象条件及意义
◆超折射回波的气象意义：
辐射超折射：发生大陆上晴朗的夜晚，由于地面辐射使近地层迅速降温而形成辐射逆温。特别当地面潮湿时，水汽不能向上输送。
平流超折射：干暖的空气移到较冷的水面时。
雷暴超折射：超折射发生在消散期，强大的下沉气流造成逆温，逆温又抑制了水汽的向上输送，形成超折射。
5、折射对雷达探测距离的影响。
探测距离较远时，雷达波束偏离地面，一些低目标物观测不到；
当目标物移向雷达站，波束探测高度不断降低，出现回波新生的虚假现象；
当目标物远离雷达站，波束探测高度不断增加，出现回波减弱、消散的虚假现象； 球形地面造成回波的分布变形；
1超折射时回波特点： 地物回波明显增多，且出现位置距离RDA 明显增大。
2如何区分地物回波与降水回波？
与晴空日常地物回波分布对照，区分超折射时的地物回波；
地物回波是静止不动的，气象回波都是运动的，所以可以参看速度图；
抬高仰角，使电磁波穿过波导层。
五、雷达探测能力和精度
1.测高公
式：
2、测高误差：
1、雷达设计精度造成的测高误差：高标线+-200m
2、测距误差dR引起的测高误差dH：dR<量程的2%,dH几百m.
3、天线高度h的误差引起测高误差：忽略
4、仰角误差……：c o s
d H R d
δδ
=查表
5、大气折射……：
11
0'
'1
m
m
m m m
R
K R
dn
R R R
dh
-=-?=
+
6、波束的垂直波宽……：
7、旁瓣……：强对流云时
8、距离衰减……：
七、雷达定量测量降水
1.基本原理，Z-I关系的确立
当M-P滴谱分布时常用的Z=200I1.6
2.Z-I关系的不稳定性，及其解决办法。
◆A，b 为常数，因地区、季节、降水类型的不同而不同，甚至同一次降水过程中，由于滴谱的变化也会发生变化。
Z-I关系不稳定的原因：
1、雨滴谱随时间、空间和不同降水类型而变。
2、雨滴下落末速度的公式v(D)=1300*D^0.5仅适用于直径大于1mm的雨滴，小雨1mm的雨滴误差较大，另外还受到风场环境、气温条件等其它一些环境的影响。
◆解决办法：
1、统计实际的Z-I关系及其变化
2、概率配对的气候Z-I关系
3.雷达测雨误差因素
1、地物阻挡、部分阻挡或充塞系数小于1
2、旁瓣回波影响
3、衰减影响（主要是雨的衰减）
4、超折射-地物回波干扰
5、雨滴谱的变化
6、水汽蒸发
7、高度的影响：近距离处-I Z一致性较好；远距离-一致性差
8、风的影响-地面风：影响滴谱蒸发，雨滴的降落位置
9、天线罩的衰减：罩外结冰、水膜、积雪
10、雷达发射功率不稳定、硬件定标
4.雨量计实时订正
八、多普勒天气雷达探测原理
1、多普勒效应、多普勒频移（前面）
2、速度谱宽
多普勒速度谱宽表征着雷达有效照射体积内不同大小的多普勒速度偏离其平均值的程度，实际上它是由散射粒子具有不同的径向速度所引起的。
影响速度谱宽的主要因子有四个：
①垂直方向上的风切变；
②波束宽度引起的横向风效应；
③大气的湍流运动；
④不同直径的降水粒子下落末速度的不均匀分布。
3、最大不模糊距离与距离折叠
◆距离折叠(模糊)在产品中的表现形式
(1) 距离模糊常见于速度和谱宽产品中
原因: 为了满足精确估算速度的需要,常采用高PRF的结果.
(2) 距离模糊现象只是偶尔出现在反射率产品上
原因: 具有精确距离信息的反射率资料是用低PRF获得的. 反射率产品不使用距离退模糊算法,也不用紫色作为距离模糊标志.
◆消除距离模糊的方法：
一、在低仰角先发射低PRF，获得较大Rmax的Z值和Z值的准确位置；再发射高PRF，获得较小范围的Z，V，W。真实回波和二次回波重叠，回波功率差不多而无法区分时，用紫色标表示。
二、随机相位编码器
4、最大不模糊速度与速度模糊
速度模糊的识别和退模糊方法（双脉冲方法）
风场反演方法（VAD VVP）
九．双线偏振多普勒天气雷达探测技术
1.偏振雷达的作用
1、提高测雨的精度
2、提高识别冰雹的准确率
3、了解降水粒子的相态及形状
4、确定雨滴谱参数等
2.双线偏振多普勒天气雷达能测得的物理量
（一）雷达反射率因子ZH和ZV
（二）差分反射率因子ZDR
1、ZDR定义式
ZDR=10log（ZH/ZV）=10log ZH-10logZV （8）
2、ZDR 值的范围。通常在-0.5—— +6.0dB
（1）一般雨滴呈扁旋转椭球，ZHH ＞ZVV ，故经常为ZDR ＞0 。 （2）大雨滴时 ，呈更扁的椭球形，故ZDR 值可达3~5dB 。
（3）冰雹 ，由于翻转作用总体效果接近球形，ZDR 值在零附近，可以是小的负值或小的正值。
（三）双程差分传播相位变化值φDP 。 1、φDP 的含义：设水平及垂直偏振波通过相同长度的一个降水区（由非球形粒子组成）后，散射回天线处的相位分别为φHH 及φVV ，则定义： φDP=φHH -φVV=δ+ φDP
2、φDP 值的大小：它的值随着所通过的雨区增长而变大，当通过广大的（百公里以上）雨区时，φDP 可达上百度。
（四）双程差分传播相位常数KDP
1、KDP 的定义：KDP 是双程传播相位变化值φDP 随距离的变化程度。
KDP 值的大小：一般KDP ＜10/Km ，但含有冰核的大雨滴时，KDP 可达2.5°/Km 。 （五）双线偏振雷达的退极化因子LDR 1、LDR 的定义为：
HH
HV Z Z log
10 DR L
2、LDR 的物理意义 反映非球形粒子后向散射中，散射平行偏振分量与散射垂直偏振分量在散射能力之间的差异。
3、LDR 值的大小，与非球形粒子的空间取向和入射波的入射方向等有关。
4、LDR 值的范围，由于ZHV 要比ZHH 小2-3个量级，故： （1）大部分雨滴区，LDR ＜-25dB 。
（2）非球形冰相粒子和翻转粒子，如软雹，LDR ＞-20dB 。
十、径向速度分析
气旋：左负右正，正负速度区对称分布于某径向方向两侧 辐合：外负内正，沿距离圈对称分布
十一、雷达回波的识别与分析 1.非气象回波： ◆地物回波 特点：块体小，强度大，回波边缘清晰，位置固定不变，且回波和地物所在的位置是一致的。 常用的识别方法：
比较法：地物回波图像比较固定，而降水回波变化较大； PPI 探测时改变天线仰角识别法 RHI 探测法识别 ◆超折射回波
特点：发生超折射现象时产生的回波，使得通常看不到地物回波的距离上也出现地物回波，实质是地物回波。 气象意义
预示着大气低层或中层存在逆温层，即大气比较稳定； 在降水过程中出现时预示着对流已减弱，降水即将中终止; 长期存在时需要发出环境污染预报；
当有强冷空气入侵时还可能出现强对流天气。
产生超折射回波的气象条件
辐射超折射
平流超折射
雷暴超折射
◆同波长干扰
当近距离有两部以上波长相同的雷达同时工作时，会出现特殊的回波，常表现为单条或多条线状，有时也呈点线状回波带，从中心以相等的间隔呈螺旋状向四周放射出来。
◆飞机、船只回波
特点：在PPI上呈圆点状或“一”字形，移动速度快。
◆海浪回波
沿海地区的雷达在风力较大时，水平探测或者俯视探测时可能会出现，而且随着风力的增大，回波出现的距离和范围将有所增大；
针状回波体呈扇形向外辐射，强度较弱且均匀。
◆天线辐射特性引起的虚假回波
产生原因：虽然旁瓣、尾瓣的能量分布非常小，但当旁瓣或尾瓣发射的电磁波在近距离遇到一些特别强的降水回波中心时，反射或散射回来的电磁波也可能被接收机接受到，从而产生虚假的回波。
尾瓣在PPI上的虚假回波——虚假回波与真实回波的强中心相似，关于雷达中心对称分布，并随着真实回波的移动而移动；
旁瓣在PPI上的虚假回波——“枝状回波”，分布在真实回波的两侧，并随着真实回波的移动而移动；
旁瓣在RHI上的虚假回波——“指状回波”，其形状与强回波中心相似；
2.降水回波
◆层状云连续性降水——片状回波
回波特征
PPI回波特征：分布成片，面积较大，结构均匀，边缘模糊，强度较弱（一般在20－30dBZ）；RHI回波特征：结构均匀，顶部平整，相对起伏较小（相对于对流云降水），垂直厚度不大（一般5－6km，因地区、季节而不同），水平尺度要比垂直尺度大得多。
零度层亮带：层状云降水的一个重要特征，通常出现在零度等温线以下几百米处的一个高回波强度带。
形成原因：融化效应
碰并聚合效应
速度效应
粒子形状效应
◆对流云阵性降水——块状回波
回波特征
PPI回波特征：通常由许多分散的单体组成，结构密实，边界清晰，回波强度大；
RHI回波特征：柱状，顶部常为云砧状或花菜状，结构中有强中心，厚度6-7km，夏天可大于10km。
◆积层混合云降水——絮状回波
回波特征
PPI回波特征：分布范围大，边缘破碎，内夹结实的团块，结构不均匀，有时会出现不完整的零度层亮带；
RHI回波特征：回波顶高度起伏，共存对流云阵性降水回波特征和层状云连续降水回波特征。
3.非降水回波
◆云的回波
回波特征（层云，积云，混合云）：类似于相应的降水回波
◆雾的回波
类似于层云，近地面1-2km，强度小于10dBZ，薄纱状
Ps:1、比较降雪回波和降雨回波的差异（10分）
答：关于雨雪回波的差异：
雪的回波通常更弱，因为复折射指数项更小、雪花数浓度低
雪的回波高度更低，因为是弱降水系统，发展高度低，只适合低仰角探测和显示（PPI）
降雨可分成对流型、层状云或混合型降水系统，但降雪通常是层状云降水系统，回波的分布相当均匀
降雨回波中可能出现零度层亮带，但降雪回波中不会出现
十二、对流性天气的雷达回波特征
1.超级单体风暴
定义：一种有特殊结构的强雷暴，高度组织化的内部环流
尺度和生命史：水平尺度几十千米，生命史几小时，
天气现象：强灾害天气，冰雹，龙卷（下击暴流），雷雨，大风
典型环境：大气层结强烈不稳定；云层有强风切变；风随高度强烈顺转；云下平均风强
风暴的结构：PPI；RHI（悬挂回波，无回波穹窿，回波墙）
风暴中的气流：上升，下沉，环境风
雹块的增长：多次托起，雹块大
◆冰雹云的典型回波特征：
PPI：钩状回波；V型缺口
RHI：有界弱回波区（穹窿）；强回波区伸展高度高（云砧）；尖顶旁瓣假回波（辉斑回波）强雷暴云的地面天气：
Ps:1.TBSS（即冰雹云的指状回波）及其成因
答：也称辉斑回波，雷达探测冰雹云时，由于冰雹强中心和地面多次反射使得电磁波传播距离变长，产生异常回波信号，回波返回所用的额外时间被雷达显示成更远处的回波，表现为从冰雹云中沿强回波中心径向方向延伸出去的尖峰，也称TBSS(Three-Body Scattering Spike) 。
2、说明和解释冰雹回波的主要特点（10分）。
答：冰雹云回波特征：回波强度特别强；回波顶高高；上升气流特别强。
PPI上，1、雷达与强回波的外延线上有“V”字形缺口，因为衰减；2、在风暴的右侧有一个持久的有界弱回波区，表示风暴的强上升气流，它在底层有时被称为入流缺口。最强的雷达回波出现在有界弱回波区的左侧。在底层，有界弱回波区的右侧经常可看到一个钩状的附属物。3、TBSS or 辉斑回波，回波返回所用的额外时间被雷达显示成更远处的回波。
RHI上：1、超级单体风暴中的穹窿、回波墙和悬挂回波。2、强回波高度高。3、旁瓣假回波。4、辉斑回波。5、在回波强中心的下游，有一个伸展达60-150km甚至更远的砧状回波速度图上可以看到正负速度中心分布在径线的两侧，有螺旋结构。有可能会出现速度模糊。谱宽图上也有高值区。
3.比较层状云降水和对流型降水回波的特点。（20分）
A、PPI：层状云降水的回波范围大，成片分布，大片的弱回波区中嵌着一些较强的回波，回波的边缘模糊，会出现一个环状或半环状的亮圈，它比周围回波强，称零度层亮带或融化带，是层状云降水的重要特征；持续时间相对较长。对流型降水回波通常由许多分散的回波单体组成，单体水平尺度从几km到几十km都有。回波单体结构紧密，边界清晰，棱角分明，回波强度强，持续时间变化大，回波生、消快，相对层状云降水寿命较短。由于其突发性，带来的灾害相对层云较大。
B、RHI：层状云降水的回波特征是结构较均匀，顶部虽有起伏，但与对流云比顶部比较平整，不出现明显的泡体，垂直厚度不大，一般在5~7KM左右，随地方和季节不同而变化。回波的水平尺度比垂直尺度大得多。会出现一条平展而且比较强的回波带，它的高度通常在零度等温线一下几百米的地方。对流型降水回波呈柱状结构，一些强单体，回波顶高比较高，顶部呈砧状或花菜状。垂直剖面上一般会有回波强中心，上方还有一些小的对流泡；
C、速度径向图：层状云降水图上风场范围很大，径向速度等值线分布比较稀疏，切向梯度不大。在零径向速度线两侧常分布着大范围且数值不大的正、负速度中心，常存在流场的辐合辐散区。对流型降水回波径向速度场分布尺度较小，径向速度等值线分布较密集，切向梯度较大。在RHI径向速度图上与回波强度分布大致相同，呈柱状、砧状、花菜状等。
D、谱宽图：层云的平均谱宽比对流云的谱宽值偏小。因为对流云的湍流大于层云。
气象学复习思考题
复习思考题 第一章大气概述 1.名词解释：气温垂直递减率、饱和差、相对湿度、露点、饱和水汽压。 2.大气在垂直方向上可分哪几个层次？各层次的主要特征有哪些？ 3.简述臭氧、二氧化碳、气溶胶的气候效应。 4.如何用相对湿度、饱和差、露点温度来判断空气距离饱和的程度？ 5.已知气温和饱和差，如何得出饱和水汽压、水汽压、相对湿度和露点温度？ 第二章辐射能 1.名词解释：太阳常数、大气透明系数(P)、太阳高度、可照时间、日照时间、直接辐射、大 气逆辐射、大气之窗、地面有效辐射、地面净辐射、逆温、平流逆温、辐射逆温、活动积温、有效积温。 2.为什么地面和大气的辐射是长波辐射？为什么说地面辐射是大气的主要能量的来源？ 3.太阳高度角计算公式中都包括哪些要素？如何计算到达地面的直接辐射、总辐射、反射率、 大气透明度？ 4.太阳辐射在大气中减弱的一般规律是什么？贝尔减弱定律的公式。 5.到达地面的太阳总辐射由哪两部分组成？试比较二者的异同及影响因子。论述植物和太阳辐 射的关系。 6.地面有效辐射的公式。影响地面有效辐射的因子有哪些？ 7.写出地面净辐射公式和各项的物理意义。 第三章温度 1.名词解释：逆温、平流逆温、辐射逆温、生物学温度、活动积温、有效积温。 2.写出地面（土壤）热量平衡方程，解释公式中各项的意义。 3.什么叫土壤日较差、气温日较差？影响土壤日较差、气温日较差的因子有哪些？ 4.土温的日变化和年变化有何规律？它与太阳总辐射的日变化和年变化有何差异？ 5.近地层气温的铅直变化规律。 6.简述辐射逆温形成的条件。逆温对农林业生产有何影响？ 7.界限温度的概念，5个界限温度在林业上的作用。 8.如何计算活动积温、有效积温？简述积温在林业生产中的意义。 第四章大气中的水分 1.影响蒸发的气象因子有哪些？ 2.道尔顿定律、蒸散的概念。 3.大气中水气的凝结条件是什么？其达到凝结的途径有哪些？云、露、霜、雾分别是在哪些冷 却方式下产生的？ 4.辐射雾、平流雾的形成条件有哪些？ 5.降水量、降水强度、降水相对变率、降水绝对变率的定义。降水相对变率和绝对变率分别可 用来表示什么？ 6.简述降水形成的原因和种类。 7.从你所学知识说明植物与空气湿度的关系。
气象学测试题(做)
第一章地球大气 第一节大气的组成 1.大气由干洁大气、水汽和大气杂质所构成 2.大气中的臭氧主要集中在10~50 km高度，称为大气臭氧层，其最大浓度层出现在20~30 km高度处。 3.大气臭氧层能够强烈吸收太阳紫外线辐射，形成平流层逆温，并对地球生物形成重要的保护作用。 4.大气中的二氧化碳、甲烷等能够强烈吸收地面辐射并放射大气辐射，对地面形成温室效应。 第二节大气的铅直结构 1.根据大气温度随高度的分布特点和大气铅直运动的状况，可将地球大气层分为对流层、平流层、中间层、热成层和散逸层。 2.对流层中存在着强烈的平流、对流和乱流运动。 3.对流层分为下层（摩擦层、行星边界层）、中层、上层和对流层顶。 4.贴地层是指距地面2 m的气层。 5.对流层和中间层大气的温度随高度的增加而降低，对流运动强烈。 6.平流层和热成层大气的温度随高度的增加而升高。 7.习惯上将极光出现的最大高度（1000~1200 km）作为大气上界。 第三节气象要素 1.气象要素包括日照、辐射、温度、湿度、气压、风、云、降水、蒸发、能见度、天气现象等。 2. 天气现象是指大气中或地面上产生的降水、水汽凝结物（云除外）冻结物、干质悬浮物和光、电现象，也包括一些风的特征。 第二章辐射 第一节辐射的基本知识 1.太阳短波辐射：l mm，lM＝ mm 0.1~4微米 8 地面长波红外辐射：l 3～80mm，lM＝10mm 大气长波红外辐射：l 4～120mm，lM＝15mm 2.辐射通量密度：单位时间通过单位面积的辐射能。单位J/(s^m2) 或 W/m2。 3.光通量密度（照度）：单位面积上接收的光通量。单位： lm/m2（流明）。 第二节太阳辐射 1. 太阳高度角（h）：太阳光线与地平面之间的夹角。 2.正午时刻的太阳高度角h＝90。 - φ + δ（φ观测点纬度，δ观测时间的太阳 倾角即赤纬，太阳直射点纬度） 春秋分δ＝ 0。 ，夏至δ＝ 23.5 。 ，冬至δ＝-23.5 。 3. 太阳方位角：阳光在地平面上的投影与当地子午线之间的夹角。 4. 可照时数（昼长）：一天中从日出到日落所经历的时间数。 5.可照时数北半球冬至→夏至加长，夏至→冬至缩短。 6.可照时数随纬度增加而加长，夏季尤为显著。 7. 光照时间＝可照时数＋曙幕光时间。 8.曙幕光时间夏长冬短，随纬度增加而加长。 9.大气对太阳辐射的减弱方式：吸收作用、散射作用、反射作用。
南京信息工程大学雷达气象学期末复习重点
测雨——厘米波雷达（微波雷达） ? 测云——毫米波雷达 ? 测风——风廓线雷达 ? 测气溶胶——激光雷达? 测温——声雷达 气象雷达的分类 （1）按照工作原理：常规天气雷达，多普勒天气雷达，偏振天气雷达，等。 （2）按照雷达工作波段：X 波段，C 波段，S 波段，L 波段，Ka 波段，等。 ! （3）按照安装平台：固定式，车载移动式，船载式，机载式，星载式，等。 天线方向：在极坐标中绘出的通过天线水 ?平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上。 天线增益：辐射总功率相同时，定向天线在最大辐射方向上的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比。G=10*lg （S 定向/S 各项均匀） 新一代天气雷达系统结构概述 构成：发射机，天线，接收机和信号处理器。 ? 主要功能：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基数据。 雷达数据采集子系统（RDA ）雷达产品生成子系统（RPG ）主用户处理器（PUP ） 散射现象：当电磁波传播遇到空气介质和云、降水粒子时，入射的电磁波会从这些质点向四面八方传播相同频率的电磁波，称为散射现象。 — 散射过程：入射电磁波使粒子极化，正负电荷中心产生偏移而构成电偶极子或多极子，并在电磁波激发下作受迫振动，向外界辐射电磁波，就是散射波。 单个球形粒子的散射 定义无量纲尺度参数：α=2πr/λ 当α<<1时：Rayleigh 散射，也称分子散射。如空气分子对可见光的散射。 当<α<50：Mie 散射。如大气中的云滴对可见光的散射。 当α>50：几何光学：折射。如大雨滴对可见光的折射、反射，彩虹等光现象。 思考：对于3cm 和10cm 雷达遇到半径0.1cm 的雨滴发生哪种散射 瑞利散射：方向函数的具体形式：当雷达波是平面偏振波时，瑞利散射在球坐标中的 ! 方向函数为：()() ??θλπ?θβ2 222 2 2464sin cos cos 2 116,++-=m m r 当入射雷达波长一定，散射粒子的大小和相态一定（即r 、m 为常数），则: ()()??θ?θβ222sin cos cos ,+=C 米散射：单个球形粒子的散射 Rayleigh 散射与Mie 散射不同点： Rayleigh ：前后向散射相等，侧向散射为零。 Mie ：散射前向大于后向散射，α越大向前散射所占比越大，侧向散射不为零。 关系： \
雷达气象学考试复习总结.doc
雷达气象学考试复习 1.说明和解释冰雹回波的主要特点（ 10 分）。 答：冰雹云回波特征：回波强度特别强（地域、月份、>50dBZ）；回波顶高高 （>10km）；上升（旋转）气流特别强 ( 也有强下沉气流， ) 。 PPI上，1、有“ V”字形缺口，衰减。2、钩状回波。3、TBSS or辉斑回波。 画图解释。 RHI 上：1、超级单体风暴中的穹窿（BWER，∵上升气流）、回波墙和悬挂回波。2、强回波高度高。3、旁瓣回波。画图解释。4、辉斑回波。5、在回波强中心的下游，有一个伸展达 60-150km 甚至更远的砧状回波。 速度图上可以看到正负速度中心分布在径线的两侧，有螺旋结构。有可能会出现速度模糊。 2.画出均匀西北风的 VAD图像 从 VAD 图像上可以获得环境风速和风向的信息，西北风的风向对应7/4 π(315 °) 如图所示，零速度线是从45°— 225°方位的一条直线（可配图说明）。由此可绘出 VAD图像。 速度 3π/4 π/4 7π/4 方位角 3.解释多普勒频移： 多普勒频移：由于相对运动造成的频率变化 设有一个运动目标相对于雷达的距离为r ，雷达波长为λ。 发射脉冲在雷达和目标之间的往返距离为 2r ，用相位来度量为 2π?2r/ λ。若发射脉冲的初始相位为φ 0，则散射波的相位为φ =φ0+4πr/ λ。
目标物沿径向移动时，相位随时间的变化率（角频率） d 4 dr 4 v r dt dt d 2f D 另一方面，角频率与频率的关系dt 则多普勒频率与目标运动速度的关系fD=2vr/ λ 4.天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分 布曲线图。天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上。 反映了雷达波束的电磁场强度及其能流密度在空间的分布；曲线上各点与坐标原点的连线长度，代表该方向上相对能流密度大小。 图中能流密度最大方向上的波瓣称为主瓣，侧面的称为旁瓣，相反方向的称为尾瓣。 5.天气雷达新技术： 多基地雷达系统 双偏振天气雷达（双极化） 双多普勒雷达观测阵 组网的多普勒雷达：难点共面显示。 CAPPI 晴空条件下的测风雷达：激光雷达测云、T、 机载多参数测雨雷达： 相控阵雷达 Phase Array Radar ：天线， time ， 风廓线雷达： 三维雷达回波图象 闪电定位系统 6.雷达气象业务涉及的软、硬件系统及内容： 1气象雷达系统（硬件部分） 2气象雷达系统（软件部分）
卫星气象学章考试题带答案
卫星气象学章考试题带 答案 集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]
卫星气象学1-4章考试题 一、填空题。每空1分，共45分。 1、卫星气象学是指如何利用（气象卫星探测）各种气象要素，并将（卫星探测）到的资料如何用于大气科学的一门学科。 2、利用气象卫星对大气进行遥感探测称作（气象卫星遥感），亦称（卫星大气遥感）。 3、卫星气象学主要研究（60KM ）以下大气中各气象要素的获取和应用。 4、遥感按工作方式可以分为（主动遥感）和（被动遥感）。 5、(暴雨）和（强雷暴）是灾害性危险天气系统，对人们的生命财产常造成严重损失。 6、卫星作为一个（天体），它要受到其他天体的（引力）的作用。 7、对于第一定律，圆锥截线表示为θcos 112e e a r +-=，θ是矢经与 半长轴之间的夹角，称（真近点角）。 8、由于卫星运动和地球的自转，星下点在地球表面形成一条连续的运动轨迹，这一轨迹称为（星下点轨迹）。 9、由于卫星绕地球公转的同时，地球不停地自西向东旋转，所以当卫星绕地球转一周后，地球相对卫星转过的度数称之为（截距）。 10、当卫星倾角为90°时，卫星通过南北两极，这种轨迹称之（极地轨道）。
11、地面的（散射辐照度）为分子散射、气溶胶粒子散射和地面与大气之间多次散射之和。 12、表示卫星探测分辨率的参数有三个，分别为：（空间分辨率）、（灰度分辨率）和（时间分辨率）。 13、卫星云图的增强处理是对灰度或辐射值进行处理，通过（灰度变化），将人眼不能发现的目标物细微结构清楚的表现出来。 14、从卫星到观测地表面积之间构成的空间立体角称作（瞬时视场）。 15、（等效噪声温度差）是指目标物温度的改变而引起投射到探测器的辐射功率的改变正好等于等效噪声功率时的温度差。 16、光学系统的作用是手机目标物发出的（辐射能），并将其传给探测器。 17、由于云和气溶胶（特别是火山灰）对太阳辐射的强散射作用，导致 到达地面的太阳辐射能减少，称为(阳伞效应或反射效应). 18、当太阳光从水面单向反射至卫星仪器内，则其在卫星云图上表现一片色调较浅的明亮区域，这区域称做（太阳耀斑区）。 19、（黑体）是指某一物体在任何温度下，对任意方向和波长的吸收率或发射率都等于1。
气象学试题
第三章温度 一、名词解释题： 1.温度(气温)日较差：一日中最高温度(气温)最低温度(气温)之差。 2.温度(气温)年较差：一年中最热月平均温度(气温)与最冷月平均温度(气温)之差。 3.日平均温度：为一日中四次观测温度值之平均。即 T 平均 =(T02 + T08 + T14 + T20) - 4。 4.候平均温度：为五日平均温度的平均值。 5.活动温度：高于生物学下限温度的温度。 6.活动积温：生物在某一生育期(或全生育期)中，高于生物学下限温度的日平均气温的总和。 7.有效温度：活动温度与生物学下限温度之差。 8.有效积温：生物在某一生育期(或全生育期)中，有效温度的总和。 9.逆温：气温随高度升高而升高的现象。 10.辐射逆温：晴朗小风的夜间，地面因强烈有效辐射而很快冷却，从而形成气温随高度升高而升高的逆温。 11.活动面(作用面)：凡是辐射能、热能和水分交换最活跃，从而能调节邻近气层和土层温度或湿度状况的物质面。 12.容积热容量：单位容积的物质，升温1C，所需要的热量。 13.农耕期：通常把日平均温度稳定在0 C以上所持续的时期，称为农耕期。 14.逆温层：气温随高度升高而升高的现象，称为逆温现象。发生逆温现象的气层，称为逆温层。 15.三基点温度：是指生物维持生长发育的生物学下限温度、上限温度和最适温度。 二、填空题： 1.空气温度日变化规律是：最高温度岀现在(1)时，最低温度岀现(2)时。 年变化是最热月在(3)，最冷月在(4)月。 2.土温日较差，随深度增加而(5)，极值(即最高，最低值)岀现的时间，随着深度的增加而(6)。 3.水的热容量(C)比空气的热容量(7)。水的导热率(入)比空气(8)。粘土的热容量比 沙土的要(9)，粘土的导热率比沙土(10)。 4.干松土壤与紧湿土壤相比：C干松土 一、填空（30分，T14=2分） 1使用雷达的PPI资料时，不同R处回波处于不同高度上 2根据衰减理论，波长越短，衰减愈大；雷达波在大气中传播时受到衰减的原因是：（1）电磁波投射到气体分子或液态、固态的云和降水粒子上时一部分能量被粒子吸收，变成热能或其他形式的能量。（2）另一部分能量将被粒子散射，使原来入射方向的电磁波能量受到削弱。 或者：大气对电磁波的吸收和衰减作用的总和（P33） ？3圆形的中气旋流场，在多普勒速度图上表示为零径向速度线穿过涡旋中心，一对左负右正，对称的正负速度中心，正负闭合等值线圈沿雷达距离圈排列（P289、407） 4大冰雹的后向散射截面比同体积的大水滴的后向散射截面大 5通常，超折射回波的本质是地物回波（ppt，P300） 6“V”型缺口通常表示冰雹云的回波（P381，ppt） 7 Z的物理意义是单位体积中降水离子直径6次方的总和，它与粒子大小有关（ppt） 8 以不同的仰角探测超级单体风暴云的回波特征，可能出现：钩状回波， 空洞回波（无回波穹窿），指状回波回波（ppt） 9层状云降水的雷达强度回波图上，经过加衰减后，其回波图上经常会出现零度层亮带，此现象在雷暴消散期也常常出现。（P306、309） 10 非降水回波包括云的回波，闪电的回波，雾的回波，晴空大气回波等回波（P345） ？11 同一块雨云由远至近地性质不变地逼近雷达站，在强度回波图上显示的回波范围越来越大，强度越来越强，这是由于距离衰减的影响 12 波束宽度指的是在天线方向图上两个半功率点方向的夹角（单位：°），它决定雷达的切向分辨率。（课堂笔记） 13 在雷达的速度回波图上若零速度带通过测站并呈一直线状，则表示测量范围内各高度层的风向不变（P278） 14 如果雷达发射功率很大，接收灵敏度也很高，那么天气雷达的探测能力的大小主要取决于：雷达电磁波束能否有效地照射到降水区中和反射率因子的大小（ppt习题） 15 多普勒天气雷达速度回波图中零速度带的意义是：实际风速为零或很小、实际风向与雷达探测波束相垂直（ppt） 16 层状云零度层亮带的成因主要是由于：融化作用，碰并聚合效应，速度效应，粒子形状的作用，（P308）二计算题 分别画出并计算图一、图二中1,2的真实风向 （画出！&计算！四个地方） 三、简答题（30分） 1用雷达资料判别冰雹云回波可以从哪些方面着手？（P380-385） （1）冰雹云的雷达回波强度特别强 复习思考题 第一章 1.名词解释：气温垂直递减率(每上升100m，气温约下降0.65℃，也称气温垂直梯度，通常 以γ表示)、饱和水汽压（p16 饱和空气产生的水汽压力称为饱和水汽压 E）、相对湿度（空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值 U）、露点（当空气中水汽含量不变，且气压一定时，使空气冷却到饱和时的温度称露点温度 td）、饱和差（在一定温度下，饱和水汽压与实际空气中水汽压之差成为饱和差 d）。 2.气候与天气的不同有哪些？天气：一个地方某一瞬间大气状态和大气现象的综合称为天气。 气候：一个地方多年间发生的天气状态，既包括平均状态又包括极端状态。 3.平流层和对流层的主要特点有哪些？平流层：①气温随高度的上升而升高②空气以水平运 动为主③水汽含量极少，大多数时间天气晴朗对流层：①气温随高度增加而降低②空气具有强烈的对流运动③气象要素水平分布不均匀 4.臭氧、二氧化碳、水汽和气溶胶的气候效应。臭氧：臭氧能大量吸收太阳紫外线，使臭氧 层增暖，影响大气温度的垂直分布；同时，臭氧层的存在也使地球上的生物免受过多太阳紫外线的伤害，对地球上生物有机体生存起了保护作用。二氧化碳：二氧化碳是植物进行光合作用制造有机物质不可缺少的原料，他的增多也会对提高植物光和效率产生一定影响。 二氧化碳是温室气体，能强烈吸收和放射长波辐射，对空气和地面有增温效应，如果大气中二氧化碳含量不断增加，将会导致温度上升，并使全球气候发生明显变化。水汽：形成各种凝结物如云、雾、雨、雪、雹等，水汽相变过程吸收或放出潜热，引起大气湿度变化，同时引起热量转移，对大气运动的能量转移和变化，地面及大气温度、海洋之间的水分循环和交换，以及各种大气现象都有着重要影响。能强烈吸收长波辐射，参与大气温室效应形成，对地面起保温作用。影响云雨及各种降水，对植物生长发育所需水分有着直接影响，最终影响到植物及农作物的产量。气溶胶粒子：使大气能见度变坏，能减弱太阳辐射和地面辐射，影响地面及空气温度。大气气溶胶微粒能充当水汽凝结核，对云、雨的形成有着重要的作用。 5.如何用饱和差、露点温度来判断空气距离饱和的程度？饱和差表示实际空气距离饱和的程 度d=E-e d>0未饱和露点温度：t＞td时，表示空气未饱和；t＝td时，表示空气饱和；t ＜td时，表示空气过饱和。 6.已知气温和相对湿度后，如何得出饱和水汽压、水汽压、饱和差、露点温度。P16 第二章、第三章 1.名词解释：太阳常数（在日地平均距离条件下，地球大气上界垂直于太阳光线的面上所接收到的太阳辐射通量密度，称为太阳常数以S0表示）、 2.大气透明系数(P大气透明系数是表征大气透明度的特征量，是指透过一个大气质量的透射辐射与入射辐射之比。)、 3.太阳高度(太阳光线和观测点地平线间的夹角，以h表示)、太阳直接辐射（太阳以平行光方式投射到与光线相垂直的面上的辐射称为太阳直接辐射用S表示）、总辐射（到达地面的太阳直接辐射和散射辐射之和称为总辐射用St表示）、大气逆辐射（投向地面的这部分大气辐射称为大气逆辐射以La表示）、大气之窗（大气之窗是指地球辐射中波长为8.5到11微米波段的辐射几乎没有为大气所吸收而能全部透过并进入太空，好像大气为这个波段长开了一个窗子，故名为“大气之窗”。）、地面有效辐射（地面有效辐射是地面发射的长波辐射与地面吸收的大气逆辐 以下各题中未注明单位的各物理量均为标准国际单位制。 1．C 2．C 3．A 4．B 5．D 6．C 7．C 8．C 9．B 10．B 11．A 12．B 13．D 14．C 15．C 16．C 17．B 18．A 19．B 20．B 一、单项选择题：(本大题20小题,共20分) 1．长江中下游地区，（）入梅对农业生产最有利。 A、5月下旬 B、6月上旬 C、6月中旬 D、6月下旬 2．露点温度表示（）。 A、潮湿地面温度 B、空气湿度 C、饱和湿空气温度 D、未饱和湿空气温度 3．一团饱和的湿空气作升降运动时，大气处于稳定状态的判定条件是（）。 A、γ<γm B、γ=γm C、γ>γm D、γ≤γm 4．低层大气能量的主要来源于（）。 A、太阳辐射 B、地面辐射 C、大气辐射 D、大气逆辐射 5．切变线是指（）急剧变化的界线 A、温度 B、湿度 C、气压 D、风 6．在三圈环流中，南、北半球各形成（）个气压带。 A、2 B、3 C、4 D、5 7．下面霜冻最轻的是（）。 A、谷地 B、洼地 C、山顶 D、坡地 8．温度愈高物体放射能力的波长愈向短波方向移动。已知太阳辐射最大放射能力的波长为0.475微米，由此计算得太阳表面的温度约为（）。 A、5780 K B、6500 K C、6000 K D、6300 K 9．大气中臭氧主要集中在（）。 A、散逸层，因该层紫外线辐射强，O与O2易合成O3 B、平流层，因该层紫外线辐射强，易形成O3 C、对流层，因该层温度低，O3不易分解 D、近地层，因该层温度高，O与O2易合成O3 10．在北球，冬半年，随着纬度的升高（）。 A、昼弧增长 B、夜弧增长 C、昼弧夜弧相等 D、昼弧变短 11．以下作物中属于长日照植物的是（）。 A、油菜 B、玉米 C、烟草 D、水稻 12．积雨云属于（）云系。 A、滑升云 B、积状云 C、波状云 D、层状云 任课教师：系（教研室）主任签字： 雷达气象学考试复习 雷达气象学考试复习 1.说明和解释冰雹回波的主要特点（10分）。 答：冰雹云回波特征：回波强度特别强（地域、月份、>50dBZ ）；回波顶高高（>10km ）；上升（旋转）气流特别强(也有强下沉气流，)。 PPI 上，1、有“V ”字形缺口，衰减。2、钩状回波。3、TBSS or 辉斑回波。画图解释。 RHI 上：1、超级单体风暴中的穹窿（BWER ，∵上升气流）、回波墙和悬挂回波。2、强回波高度高。3、旁瓣回波。画图解释。4、辉斑回波。5、在回波强中心的下游，有一个伸展达60-150km 甚至更远的砧状回波。 速度图上可以看到正负速度中心分布在径线的两侧，有螺旋结构。有可能会出现速度模糊。 2.画出均匀西北风的VAD 图像 从VAD 图像上可以获得环境风速和风向的信息，西北风的风向对应7/4π(315°)如图所示，零速度线是从45°—225°方位的一条直线（可配图说明）。由此可绘出VAD 图像。 3.解释多普勒频移： 多普勒频移：由于相对运动造成的频率变化 设有一个运动目标相对于雷达的距离为r ，雷达波长为λ。 发射脉冲在雷达和目标之间的往返距离为2r ，用相位来度量为2π?2r/λ。若发射脉冲的初始相位为φ0，则散射波的相位为φ=φ0+4πr/λ。 目标物沿径向移动时，相位随时间的变化率（角频率） 44r d d r v d t d t ?ππλλ== 另一方面，角频率与频率的关系2D d f d t ? ωπ== 则多普勒频率与目标运动速度的关系fD=2vr/λ 4.天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上。 反映了雷达波束的电磁场强度及其能流密度在空间的分布；曲线上各点与坐标原点的连线长度，代表该方向上相对能流密度大小。 π/4 3π/4 7π/4 方位角 速度 雷达气象学 绪论&第一章雷达基本概念 1.常用的测雨雷达波段与波长 X波段——cm、C波段（反射强，内陆地区，一般性降水）——cm、S 波段（穿透能力强、衰减少，沿海地区，台风、暴雨）——cm 2.雷达主要由哪几部分组成 ①雷达数据采集子系统（RDA）： A.发射机：RDA是取得雷达数据的第一步——发射电磁波信号。RDA主要 是由放大器完成，产生高效率且非常稳定的电磁波信号。稳定 是非常重要的，产生的每个信号必须具有相同的初相位，以保 证回波信号中的多普勒信息能够被提取。一旦信号产生，就被 送到天线。 B.天线：将发射机产生的信号以波束的形式发射到大气并接受返回的能量， 确定目标物的强度，同时确定目标物的仰角、方位角和斜距进行定位。 天线仰角的设置取决于天线的扫描方式（共有三种）、体扫模式（ VCP）和工作模式（分为晴空和降水两种模式）。 使用三种扫描方式： 扫描方式#1：5分钟完成14个不同仰角上的扫描（14/5） 扫描方式#2：6分钟完成9个不同仰角上的扫描（9/6）（我国） 扫描方式#3：10分钟完成5个不同仰角上的扫描（5/10）体扫模式定义4个： VCP11 --- VCP11规定5分钟内对14个具体仰角的扫描方式。 VCP21 --- VCP21规定6分钟内对9个具体仰角的扫描方式。 VCP31 --- VCP31规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。 VCP32 --- VCP32确定的10分钟完成的5个具体仰角与VCP31相同。 不同之处在于VCP31使用长雷达脉冲而VCP32使用短脉冲。 工作模式： 工作模式A：降水模式使用VCP11或VCP21，相应的扫描方式分别 为14/5 和9/6。 工作模式B：晴空模式使用VCP31或VCP32，两者都使用扫描方式 5/10。 C.接收机：当天线接收返回（后向散射）能量时，它把信号传送给接收机。 由于接收到的回波能量很小，所以在以模拟信号的形式传送给 信号处理器之前必须由接收机进行放大。 D.信号处理器：完成三个重要的功能：地物杂波消除，模拟信号向数字化 的基本数据的转换，以及多普勒数据的退距离折叠。 ②雷达产品生成子系统（RPG）：产品生成、产品分发、通过UCP (雷达控制台） 对整个雷达系统进行控制。 ③主用户处理器（PUP）：主要功能是获取、存储和显示产品。预报员主要通过 这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的 形式显示在图形监视器上。 ④宽/窄带通讯子系统（WNC）及附属安装设备 3.雷达的定位原理（距离、方位、仰角） 目标位置的确定——由于雷达收发共用天线，雷达的定位就是目标的定位 1、方位：极坐标360度，正北方位0度，顺时针旋转 2、仰角：地平为0度，向上为正 3、距离：以雷达为中心，径向延伸R=C*dT/2, C：光速；dT：电磁波从发射 到接收的时间 4.常用的雷达参数是哪些 南京农业大学试题纸 学年第学期课程类型：试卷类型： 课程：农业气象学班级：学 号：姓名：成绩： E、露点温度 F、大气压强 随着雷暴的来临，气压、温度和湿度会出现显著的变化，表现为。 B、温度升高 C、湿度升高 E、温度降低 F、湿度降低 根据大陆度指标，下列城市位于海洋性气候区的有。 B、南京 C、北京 E、成都 F、西安 三、单选题：（每小题1分，共20分） 光照强度是指单位面积上接收的光通量，其单位为。 B、lm C、J/s D、W/m2夏季，下列城市中光照时间最长的是。 B、上海 C、成都 D、海口 到达地面的太阳总辐射与地面反射辐射之差称为。 B、有效辐射 C、天光漫射 D、地面辐射差额 通常将高于生物学下限温度的日平均气温称为。 B、活动温度 C、有效温度 D、净效温度 土壤温度铅直分布呈时，随着深度增加，土壤温度逐渐升高。 B、辐射型 C、上午转变型 D、傍晚转变型 水面蒸发速率随而减小。 B、饱和差增大 C、气压升高 D、风速加大 地面上的霜和露是通过冷却降温而形成的。 B、接触 C、辐射 D、混合 ，按降水强度的等级划分，属于。 B、中雨 C、大雨 D、暴雨 目前气象上常用的气压及水汽压的标准单位是。 B、mb C、Pa D、hPa 在自由大气层中，水平气压梯度力与平衡时的风称为地转风。 B、惯性离心力 C、摩擦力 D、水平地转偏向力 地面行星风带在北半球低纬度地区为。 D、雷暴 D、12 D、初冬 D、黑灾 D、22 南半球的大气活动中心已标明，请直接在图中标出北半 7月11日）低空和地面的天气形势简图，请根据此图分析江淮梅雨低 20°02′N，110°21′E）在春分、夏至、秋分、冬至时正午时刻的太阳高度角。 卫星气象学1-4章考试题 一、填空题。每空1分，共45分。 1、卫星气象学是指如何利用（气象卫星探测）各种气象要素，并将（卫星探测）到的资料如何用于大气科学的一门学科。 2、利用气象卫星对大气进行遥感探测称作（气象卫星遥感），亦称（卫星大气遥感）。 3、卫星气象学主要研究（60KM ）以下大气中各气象要素的获取和应用。 4、遥感按工作方式可以分为（主动遥感）和（被动遥感）。 5、(暴雨）和（强雷暴）是灾害性危险天气系统，对人们的生命财产常造成严重损失。 6、卫星作为一个（天体），它要受到其他天体的（引力）的作用。 7、对于第一定律，圆锥截线表示为θcos 112e e a r +-=，θ是矢经与半 长轴之间的夹角，称（真近点角）。 8、由于卫星运动和地球的自转，星下点在地球表面形成一条连续的运动轨迹，这一轨迹称为（星下点轨迹）。 9、由于卫星绕地球公转的同时，地球不停地自西向东旋转，所以当卫星绕地球转一周后，地球相对卫星转过的度数称之为（截距）。 10、当卫星倾角为90°时，卫星通过南北两极，这种轨迹称之（极地轨道）。 11、地面的（散射辐照度）为分子散射、气溶胶粒子散射和地面 与大气之间多次散射之和。 12、表示卫星探测分辨率的参数有三个，分别为：（空间分辨率）、（灰度分辨率）和（时间分辨率）。 13、卫星云图的增强处理是对灰度或辐射值进行处理，通过（灰度变化），将人眼不能发现的目标物细微结构清楚的表现出来。 14、从卫星到观测地表面积之间构成的空间立体角称作（瞬时视场）。 15、（等效噪声温度差）是指目标物温度的改变而引起投射到探测器的辐射功率的改变正好等于等效噪声功率时的温度差。16、光学系统的作用是手机目标物发出的（辐射能），并将其传给探测器。 17、由于云和气溶胶（特别是火山灰）对太阳辐射的强散射作用，导致 到达地面的太阳辐射能减少，称为(阳伞效应或反射效应). 18、当太阳光从水面单向反射至卫星仪器内，则其在卫星云图上表现一片色调较浅的明亮区域，这区域称做（太阳耀斑区）。19、（黑体）是指某一物体在任何温度下，对任意方向和波长的吸收率或发射率都等于1。 20、如果物体的吸收率（或发射率）随波长而变，则这种物体称作（选择性辐射体）。 21、风云2号静止气象卫星星下点地面分辨率可见光为 （1.25km），红外为（5.0km），水汽为（5.0km）。 农业气象学试题（1）及参考答案 一、名词解释： (共16分,每小题2分) 1、辐射的波动性: 辐射以波动的形式发射或传播能量的过程。 2、太阳高度角太阳光线与地平面的交角 3、长日照作物需要经过一段时间长的白天和短的黑夜才能开花结果的植物，称为长日照植物。 4、相对湿度空气中的实际水气压与同温度下饱和水气压的百分比。 5、温度年较差一年中最热月的月平均温度与一年中最冷月的月平均温度之差。 6、季风环流由于海陆热力差异引起的东西方向的垂直环流。 7、副热带高压西太平洋副热带高压是指由于热带环流圈的下沉在30°N附近堆积下沉形成的高压系统。 8、农业气候资源可供农业生产利用的光、热、水等气候资源，称 为农业气候资源。 二、填空(共10分,每空0.5分) 1、广东大部分地区的年降雨量多在 1500mm 到 2000mm 之间,通常把一年的降水分成两大部分，前一部分的降水，称为 前汛期降水，主要是由锋面引起的；后一部分的降水 称为后汛期降水,主要是由台风引起的。 2、由于地球的自转，形成了地球上昼夜交替变化.由于 地轴与地球公转轨道面不垂直 ,且地球在公转时，地轴方 向保持不变，因而形成了地球上的季节交替和各地昼夜长 短不等。 3、地球接收到的太阳辐射，主要是短波辐射，地面和大气 向外发出的辐射，主要是长波辐射。 4、植物在繁育期期对低温的反应比生长期对低温的 反应更为敏感，这一时期往往就是植物的温度临界期期。 5、水面蒸发速度的大小，与风速和饱和差成正比， 与大气压力成反比。 6、台风是指形成在热带海洋上的强烈气旋。当台风在东经180度以西，赤道 以北的西北太平洋海区形成后，我国气象部门将对其进行命名和编 雷达系统组成：触发信号产生器，发射机，天线转换开关,天线，接收机，显示器 脉冲重复频率PRF ：每秒钟产生的脉冲数目，脉冲间隔决定了探测距离； 脉冲重复周期PRT ：两个相邻脉冲之间的时间间隔，PRT ＝1/PRF ； 脉冲宽度τ：脉冲发射占有时间的宽度，单位微秒 波长λ：电磁波在一个周期内在空间占有的长度； 脉冲发射功率P ：发射机发出的探测脉冲的峰值功率； 平均功率Pa:发射机在一个脉冲重复周期里的平均功率。 天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。 波束宽度: 在天线方向图上，两个半功率点方向的夹角。波束宽度越小，定向角度的分辨率越高，探测精度越高。 天线增益：辐射总功率相同时，定向天线在最大辐射方向上的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比。 灵敏度：雷达检测弱信号的能力。用最小可辨功率Pmin 表示，就是回波信号刚刚能从噪声信号中分辨出来时的回波功率。 平面位置显示器PPI ：雷达天线以一定仰角扫描一周时，测站周围目标物的回波。以极坐标形式显示。 距离高度显示器RHI ：显示雷达天线正对某方位以不同的仰角扫描时目标物的垂直剖面图 散射现象：当电磁波传播遇到空气介质和云、降水粒子时，入射的电磁波会从这些质点向四面八方传播相同频率的电磁波，称为散射现象。 散射过程：入射电磁波使粒子极化，正负电荷中心产生偏移而构成电偶极子或多极子，并在电磁波激发下作受迫振动，向外界辐射电磁波，就是散射波。 单个球形粒子的散射 定义无量纲尺度参数：α=2πr/λ 当α<<1时：Rayleigh 散射，也称分子散射。如空气分子对可见光的散射。 当0.1<α<50：Mie 散射。如大气中的云滴对可见光的散射。 当α>50：几何光学：折射。如大雨滴对可见光的折射、反射，彩虹等光现象。 瑞利散射：方向函数的具体形式：当雷达波是平面偏振波时，瑞利散射在球坐标中的 方向函数为：()() ??θλπ?θβ222222464sin cos cos 2116,++-=m m r 当入射雷达波长一定，散射粒子的大小和相态一定（即r 、m 为常数），则: ()()??θ?θβ222sin cos cos ,+=C 米散射：单个球形粒子的散射 Rayleigh 散射与Mie 散射不同点： Rayleigh ：前后向散射相等，侧向散射为零。 Mie ：散射前向大于后向散射，α越大向前散射所占比越大，侧向散射不为零。 关系： Mie 散射包含Rayleigh 散射，Rayleigh 散射是Mie 散射的特殊。 后向散射：θ= 180o，只有后向散射能量才能被雷达天线接收。 雷达截面：粒子向四周作球面波形式的各向同性散射，并以符号σ表示总散射功率与入射波能流密度之比，即雷达截面i s S R S 2 4)(ππσ=或)(4ππβσ= 前言 1) 按遥感方式划分，天气雷达属于主动遥感设备或有源遥感设备。 2) 我国目前已经布网了160多部新一代多普勒天气雷达。按波长划分，已布网的新一代多普勒天气雷达有S波段和C波段两种类型，S波段雷达部署在大江大河流域及沿海地区，C波段雷达部署在东北、西北、西南等内陆地区。 3) 天气雷达起源于军事雷达，最早出现天气雷达是模拟天气雷达。 4) 天气雷达最常用的扫描方式有PPI扫描、RHI扫描和VOL体扫描。 5) S波段天气雷达波长在10cm左右；C波段天气雷达波长在5cm左右；X波段天气雷达波长在3cm左右 第1章散射 1) 散射是雷达探测大气的基础，大气中引起雷达波散射的主要物质有大气介质、云和降水粒子。 2) 粒子在入射电磁波的极化作用下，做强迫的多极震荡而产生次波就是散射波。 3) 什么是瑞利散射及瑞利散射的特点？ 4) 什么是米散射及米散射的特点？ 5) 雷达截面也称作后向散射截面，它的大小反映了粒子的后向散射能力的大小，雷达截面越大，粒子的后向散射能力越强。 6) 什么是雷达反射率 ？ 单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和称为雷达反射率。 7) 相关研究表明，对于小冰球粒子，其雷达截面要比同体积小水球的小很多；对于大冰球粒子，其雷达截面要比同体积大水球的大很多； 8) 晴空回波产生的原因是什么？ 湍流大气（折射指数不均匀）对雷达波的散射作用；大气对雷达波的镜式反射（大气中折射指数的垂直梯度很大）。 9) 雷达反射率因子 与雷达反射率的区别 第2章衰减 1) 造成雷达电磁波衰减的物理原因是散射和吸收。 2) 造成雷达电磁波衰减的主要物质有大气、云和降水。 3) 水汽和氧气对电磁波的衰减作用主要是吸收 4) 云滴对雷达波的衰减随雷达波长得增加而减小。 5) 雨对雷达波的衰减一般与降水强度成近似的正比关系 第三章 雷达气象方程 1) 什么是天线增益G ？ 定向天线最大辐射方向的能流密度与各向均匀辐射天线的能流密度之比，称为天线增益，用符号G 表示。 2) 天线增益的物理意义 由方向性天线把辐射能量集中到某个方向上,使这个方向上的辐射能流密度增加为各向同性天线的 G 倍。 3) 有效照射深度由雷达脉冲宽度决定，其值为脉冲宽度的一半。 4) 有效照射体积除了与有效照射深度有关外，还取决于雷达波束的几何形状。 5) 充塞系数除了与云和降水有关外，还取决于目标物距雷达的距离和雷达波束宽度有关。 6) 解释雷达气象方程 02 220.222231101024(ln 2)2R kdR t r PG h m P Z R m θ?ψπλ--?=?+， 各物理参数的意义。 答题思路：写出各符号分别指代的参数，如Pr ：雷达回波功率，Pt ：雷达发射功率，G 天线增益… 7) 说明雷达气象方程中各物理参数在雷达探测中的作用。 第4章 折射 1) 什么是大气折射？ 光波或电磁波在大气中曲线传播的现象称为大气折射。 2) 折射产生的物理原因是光波或电磁波在不均匀介质中的传播速度不同而引起的。 第五章气压与风练习题 (一)单项选择 1、风由东吹向西，则称为_____风。 ①东②东南③西④西北 2、在北半球，吹地转风时,背风而立，低压在_____ 。 ①右边②右前方③左边④左前方 3、随着海拔高度增高，气压会______。 ①增大②降低③先增后降④先降后增 4、一个标准大气压等于_____ 百帕。 ①4／3 ②760 ③1000 ④1013 5、在陆地上，_____气压高。 ①春季②夏季③秋季④冬季 6、随着海拔高度的增高，_____增大。 ①大气质量②大气压力③单位气压高度差④大气柱 7、形成风的直接原因是____ 的作用。 ①水平地转偏向力②水平气压梯度力 ③摩擦力④惯性离心力 8、水平气压梯度力的方向是由_____ 。 ①高压指向低压②低压指向高压 ③中间指向四周④四周指向中间 9、在北半球，水平地转偏向力指向物体运动方向的____ 。 ①左前方②右后方③左方④右方 10、___ 越大，地转风的风速越大。 ①纬度②大气密度 ③气压梯度④地球自转角速度 11、梯度风未考虑_____ 的作用。 ①水平气压梯度力②水平地转偏向力 ③惯性离心力④摩擦力 12、在三圈环流中，南、北半球各形成_____ 个气压带。 ①2 ②3 ③4 ④5 13、由于季风影响．在_____ 季，我国东南沿海地区风从大陆吹向梅洋。 ①春②夏③秋④冬 (二)多项选择 14、我国是著名的季风区，夏季盛行_____。 ①东南风②东北风③西南风④西北风⑤东风 15、梯度风是自由大气中空气所受_____相平衡时的运动。 ①水平气压梯度力②水平地转偏向力 ③惯性离心力④重力⑤浮力 16、_____为自由大气中的风。 ①季风②梯度风③海陆风④焚风⑤地转风 17、地转风是空气所受_____相平衡时的运动。 ①重力②浮力③水平气压梯度力 ④水平地转偏向力⑤惯性离心力⑥摩擦力 18、北半球行星风带包括有_____。 ①西北信风带②东北信风带③盛行东风带 ④盛行西风带⑤极地东风带⑥极地西风带 19、_____ 为地方性风。 ①地转风②梯度风③摩擦风④焚风 ⑤海陆风⑥峡谷风⑦山谷风 20、海拔越高，则_____。 ①气压越高②气压越低③空气密度越大 第三章温度 一、名词解释题： 1. 温度(气温)日较差：一日中最高温度(气温)最低温度(气温)之差。 2. 温度(气温)年较差：一年中最热月平均温度(气温)与最冷月平均温度(气温)之差。 3. 日平均温度：为一日中四次观测温度值之平均。即 T平均 = (T02＋T08＋T14＋T20)÷4。 4. 候平均温度：为五日平均温度的平均值。 5. 活动温度：高于生物学下限温度的温度。 6. 活动积温：生物在某一生育期(或全生育期)中，高于生物学下限温度的日平均气温的总和。 7. 有效温度：活动温度与生物学下限温度之差。 8. 有效积温：生物在某一生育期(或全生育期)中，有效温度的总和。 9. 逆温：气温随高度升高而升高的现象。 10. 辐射逆温：晴朗小风的夜间，地面因强烈有效辐射而很快冷却，从而形成气温随高度升高而升高的逆温。 11. 活动面(作用面)：凡是辐射能、热能和水分交换最活跃，从而能调节邻近气层和土层温度或湿度状况的物质面。 12. 容积热容量：单位容积的物质，升温1℃，所需要的热量。 13. 农耕期：通常把日平均温度稳定在0℃以上所持续的时期，称为农耕期。 14. 逆温层：气温随高度升高而升高的现象，称为逆温现象。发生逆温现象的气层，称为逆温层。 15. 三基点温度：是指生物维持生长发育的生物学下限温度、上限温度和最适温度。 二、填空题： 1. 空气温度日变化规律是：最高温度出现在 (1) 时，最低温度出现 (2) 时。 年变化是最热月在 (3) ，最冷月在 (4) 月。 2. 土温日较差，随深度增加而 (5) ，极值(即最高，最低值)出现的时间，随着深度的增加而 (6) 。 3. 水的热容量(C)比空气的热容量 (7) 。水的导热率(λ)比空气 (8) 。粘土的热容量比 沙土的要 (9) ，粘土的导热率比沙土 (10) 。 4. 干松土壤与紧湿土壤相比： C干松土 雷达气象学
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2011农业气象学试题A卷(1)
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