天气雷达回波的分类与识别
多普勒天气雷达回波识别及解析总结计划之降水回波
多普勒天气雷达回波辨别和剖析之降水回波1.层状云降水雷达回波特色——片状回波层状云是水平尺度远远大于垂直尺度云团，由这种云团所产生的降水称之为稳固性层状云降水。
降水区拥有水平范围较大、连续时间较长、强度比较均匀和连续时间较长等特色。
⑴回波强度特色：①在 PPI 上，层状云降水回波表现出范围比较大、呈片状、边沿零落不规则、强度不大但散布均匀、无显然的强中心等特色。
回波强度一般在 20-30dBz，最强的为45dBz。
②在 RHI 上，层状云降水回波顶部比较平坦，没有显然的对流单体崛起，底部及地，强度散布比较均匀，所以色彩差别比较小。
一个显然的特色是常常能够看到在其内部有一条与地面大概平行的相对强的回波带。
进一步的观察还发现这条亮带位于大气温度层结0 度层以下几百米处。
因为使用早起的模拟天气雷达探测时，回波较强则显示越亮，所以称之为零度层亮带。
回波高度一般在 8 公里以下，自然会跟着纬度，季节的不一样有所变化。
⑵回波径向速度特色：因为层状云降水范围较大，强度与气流相对照较均匀，所以相应其径向速度散布范围也较大，径向速度等值线散布比较稀少，切向梯度不大。
在零径向速度型双侧常散布着范围不大的正、负径向速度中心，此外还常存在着流场辐合或辐散区。
⑶零度层亮带：如前所述，在 PPI 仰角较高或许 RHI 扫面时，总能在零度层以下几百米处看到一圈亮环或许亮带回波，亮带内的回波比上下两个层面都强。
因为亮带回波老是陪伴层状云降水出现，所以是层状云降水的一个重要特色。
（零度层亮带形成的原由：冰晶、雪花着落的过程中，经过零度层时，表示开始消融，一方面介电常数增大，另一方面出现碰并聚合作用，使粒子尺寸增大，散射能力加强，所以回波强度增大。
当冰晶雪花完整消融后，快速变为球形雨滴，受雨滴破裂和下降速度的影响，回波强度减小。
这样就存在一个强回波带，说明层状云降水中存在显然的冰水变换区，也表示层状云降水中气流稳固，无显然的对流活动。
5第五章雷达回波的识别技术
风向随高度先顺转后逆转
(三)风速风向都随高度变化的各种图象
当风速和风向都随高度变化时，可以得到许多不同的多普勒速度 图象。由于地面上风速为零，因此只有零值带穿过图象的中心。 图象边缘的多普勒速度出现了混淆，这是因为在那些高度上的风 速超出了50海里/小时的奈科斯特间隔（这是下一代天气雷达采用 的一种间隔）。从速度间隔一端到另一端色彩上的突变很清楚得 显示了速度混淆效应。
一、回波强度分析技术
由雷达反射率因子Z值大小即可判别回波强弱．
瑞利散射
另外，回波形态特征、回波特殊结构和形态、 回波移动特点可知回波强度
二、脉冲多普勒天气雷达径向速度场分析技术与方法
对多普勒径向速度场基本特征的研究，可按
•零径向速度线； •朝向雷达分量(负)、离开雷达分量(正)范围、分布及中心； •强多普勒径向速度梯度带
Single Doppler Interpretation
• Things to remember:
The Zero Isodop “Problem”
当径向垂直于风速时, 雷达
显示零速 - This “zero
zone” is called the
0%
“Zero Isodop”.
100%
当径向平行于风速时, 雷达显示最大风速
一、几种典型流场的PPI多普勒径向速度模式
雷达作低仰角探测：
取径向速度Vr(r)为常数c:
天线
风向
方位
(一)风向不变,风速随高度变化的各种图象
风向若在所有高度上保持一致，那么其多普勒速度图象中就总有一条直
的零值带，图象的其他部分就反映了风速的垂直廓线。 风速若不随高度变化，是个非零常数，那么多普勒速度的极值便由
短波天气雷达数据质量控制与分类识别研究
短波天气雷达数据质量控制与分类识别研究第一章绪论短波天气雷达（S-Band Weather Radar）已成为现代气象学重要的观测手段之一。
它通过发射短波电磁波，接收反射回波，实现对降水、风向风速等气象要素的探测。
然而，S-Band天气雷达的反射回波受到气象环境的影响，存在数据质量问题。
为了提高S-Band天气雷达探测效果和数据质量，需要对其数据进行质量控制和分类识别。
本文首先介绍了S-Band天气雷达的基本原理和数据质量影响因素，然后分析了数据质控和分类识别的目的和重要性，最后提出了一种综合应用的方法。
第二章 S-Band天气雷达数据质量影响因素S-Band天气雷达探测结果受到多种气象因素的影响。
其中，降水和非降水干扰、雷达本身的技术性问题、地物效应以及天气现象多样性是影响S-Band天气雷达数据质量的主要因素。
1. 降水和非降水干扰在一些特殊的气象条件下，S-Band天气雷达可能接收到来自其他物体反射的微波信号。
例如在海岸线上，雷达可能接收到海浪、潮汐、海鸟和飞机等非降水目标产生的回波信号。
此外，在闪电活动密集的时候，雷达接收到来自闪电放电的电磁波，造成雷达的接收通道失真。
2. 雷达本身的技术性问题S-Band天气雷达技术性问题也会造成数据质量下降。
例如，雷达天线所处高度、反射面精度、期间观测误差、系统同步不足和长时间观测等，这些因素都会影响雷达反射回波的扫描功率和观测范围。
3. 地物效应地物效应是由地面和人造干扰物体（如建筑物、桥梁、车辆和污染）引起的雷达回波的变化。
地物效应会干扰雷达的观测，造成探测误差，同时也会对数据质量产生负面影响。
4. 天气现象多样性S-Band天气雷达观测的天气现象多种多样，包括降水、冰晶和雨滴等。
不同类型的天气现象对雷达回波信号的特征不同，所以S-Band天气雷达数据质量受到了天气现象多样性的影响。
第三章 S-Band天气雷达数据质量控制S-Band天气雷达数据质量控制是提高雷达数据质量的关键步骤。
rsic名词解释
rsic名词解释RSIC（Radar Signal Identification and Classification）是雷达信号识别与分类的缩写。
它是一种利用雷达技术对目标信号进行识别和分类的技术。
RSIC技术通过对雷达回波信号的特性进行分析和处理，实现对目标信号的识别和分类，从而为雷达系统提供更准确的目标信息。
RSIC技术在军事、航空航天、气象、地质勘测等领域具有广泛的应用。
一、RSIC技术的原理RSIC技术基于雷达回波信号的特性，通过对信号进行时域、频域和空域分析，提取出目标信号的独特特征，从而实现对目标信号的识别和分类。
具体包括以下几个步骤：1.雷达信号采集：通过雷达系统收集目标的回波信号。
2.信号预处理：对收集到的信号进行去噪、滤波等预处理，提高信号质量。
3.特征提取：对预处理后的信号进行时域、频域和空域分析，提取出目标信号的独特特征。
4.信号识别与分类：利用提取到的特征，通过模式识别、机器学习等算法对目标信号进行识别和分类。
二、RSIC技术的应用1.军事领域：RSIC技术在军事领域具有广泛的应用，如对敌方飞机、导弹、舰船等进行识别和分类，为我方作战决策提供准确的目标信息。
2.航空航天：在航空航天领域，RSIC技术可以用于飞机、卫星等目标的识别和分类，为航空交通管理、卫星遥感等提供技术支持。
3.气象领域：RSIC技术可以用于气象雷达信号的识别和分类，实现对降雨、降雪、冰雹等天气现象的监测和预警。
4.地质勘测：在地质勘测领域，RSIC技术可以用于地质雷达信号的识别和分类，为资源勘探、地质灾害预警等提供技术支持。
三、RSIC技术的挑战与发展趋势1.信号处理算法的改进：随着信号处理技术的发展，如何提高信号识别和分类的准确性和实时性成为RSIC技术的研究重点。
2.抗干扰能力：在实际应用中，雷达信号可能受到各种干扰，如何提高RSIC技术的抗干扰能力是一个重要挑战。
3.多传感器信息融合：未来RSIC技术将向多传感器信息融合方向发展，通过整合不同类型雷达的信号，提高目标识别和分类的准确性。
新一代天气雷达海浪回波特征分析和识别方法研究
谭 学等 ： 新一代天气雷达海浪回波特征分析和识别方法研究 ９ ６ ３ 资料 ， 按出现时间关系将其分为两类 。 第 １ 类海浪回波强度一般较强 ， 主要出现在非台风期间降水过程的前后 ； 第 ２ 类海浪回 波强度较弱且均匀 ， 仅在台风期间的雷达位置的近 海 域 出 现 。 通 过 分 析 资 料 得 到 两 类 海 浪 回 波 不 同 于 对 应 降 水 回 波 的 各 种 确定识别海浪回波的最佳隶属函数 。 针对第 １ 类海浪回波 ， 考虑到海浪回波很少与降水回波混合 ， 采用了基于回波分块 特征 ， 和模糊逻辑的海浪回波识别方法 ， 首先利用算法预处理条件判断是否执行算法识别 ， 然后采用风暴 单 体 识 别 与 跟 踪 （ 算 Ｓ Ｃ Ｉ Ｔ） 法将回波组合成块 ， 计算每个独立回波块的属性值 ， 对 符 合 要 求 的 回 波 块 和 离 散 回 波 点 再 进 行 基 于 模 糊 逻 辑 的 逐 点 识 别， 借 直接采 鉴了刘黎平等 ２ ０ ０ ７ 年提出的分步式回波识别方法并加以改进来实现回 波 点 的 动 态 阈 值 识 别 。 针 对 第 ２ 类 海 浪 回 波 ， 用了基于模糊逻辑的分步式海浪回波识别方法 。 分析表明 ， 两种识别方法能 分 别 对 应 识 别 出 大 部 分 海 浪 回 波 ， 回波分块和分 步式方法对海浪回波的识别效果有明显的改善 ， 有效地降低了降水回波被误判为海浪回波的概率 。 关键词 海浪回波 ， 模糊逻辑识别 ， 回波识别 ， 质量控制 中图法分类号 Ｐ ４ １ ２
ｗ ｉ ｔ ｈａ ｎａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｚ ｚ ｌ ｏ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅｖ ａ ｌ ｕ ｅｏ ｆ ｔ ｈ ｅｅ ｃ ｈ ｏｐ ｉ ｅ ｃ ｅｍ ｅ ｅ ｔ ｓ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ａ ｒ ｅ ａｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ｙ ｇ
雷达气象学课件：5层状云降水、积层混合云降水回波分析
典型混合云降水回波 受低涡影响，黑龙江省境内6小时的最大降水量达54毫米。
回波面积大，几乎充满整个范围，边 缘破碎，无明显边界。在均匀的层状 云中镶嵌着密实的对流云团块，强度 最大值达48dBZ。
零速度线明显的“S”型，从低至到高层有暖平流存 在；近测站有“牛眼”，风速随高度先增后减，而 后又随高度增加；对应强度较强的对流云区，在正 南方，有逆风区，此处辐合辐散较强烈，对流云发 展旺盛。
混合云降水特殊回波——人字型回波
云体A云体B在测站南部距离50公里处 汇合，形成“人字型”回波，在回波 的前部清晰可看到出流边界，距强对 流前部约5km左右。
距测站50km处的南部的“人字型” 回波的汇合点,风速达17.2m/s,风速
最大值与“人字型”回波的汇合点 相对应。
层状云降水、积层混合云降水回波分析
1、层状云降水的雷达回波特征 2、积层混合云降水回波特征
1、层状云降水的雷达回波特征
PPI回波特征：成片分布，面积较大，回波边缘模糊发毛，在 大片弱回波中偶有个别强度较强的回波团（强度一般在20－ 30dBz）； RHI回波特征：结构均匀，顶部虽有起伏，但相对起伏较小 （相对于对流云降水），比较平整，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：又称融化带，是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的地方。
PPI回波特征：范围比较大，回波边缘支离破碎，没有明显 的边界，回波中夹杂有一个个结实的团块，强度40dBz或以 上，有时强回波带可形成一条短带； RHI回波特征：柱状回波高低起伏，高峰部分可达雷阵雨高 度，一般只有连续性降水所具有的回波高度，有时还共存对 流云阵性降水回波特征（柱状回波）和层状云连续降水回波 特征（零度层亮带）
新一代天气雷达演示
雷达平均速度图
中尺度（2-20KM）系统的速度图像特征
不是在整个显示屏范围内识别，而是在其中选择一个小区域（包含了整个中尺度系统），将其放大显示。 首先确定所选择的小区域在雷达有效探测范围内的方位及小区域的方向，并近似的认为该小区域在同一高度层上
纯气旋式流场；纯反气旋式流场；纯辐合流场；纯辐散流场；气旋式辐合流场； 气旋式辐散流场；反气旋式辐合流场；反气旋式辐散流场
雷达的导出产品：有30多种。常用的包括组合反射率因子； 垂直累计液态水含量；回波顶；风暴路径信息；冰雹指数；中 气旋；速度方位显示风廓线；1小时累计雨量；3小时累计雨量； 相对风暴径向速度区。
雷达数据质量控制
雷达数据质量控制主要涉及地物杂波抑制；去距离折叠和退速度模糊。
地物杂波：包括固定地物杂波和超折射地物杂波（AP杂波）。
一般雷暴（单个单体雷暴）
单个单体雷暴—在其生命发展史中自始至终只有一个孤立单体的风暴。 水平尺度：5-10km； 生命史：<1小时；雷达回波特征：回波较垂直，单体对称，少移，冰 雹小，灾害小。回波强度相对较弱，回波面积小，发展高度低、生命史较短，上升与下沉气流 无明显的倾斜性，气流结构易受损坏，不易发展强盛。
雷达基本产品反射率因子，平均径向速度和径向速度谱宽三 种基数据。
SA和SB两种雷达，反射率因子基数据沿雷达径向的分 辨率为1km，沿方位角方向的分辨率为1°，即1km*1°，平均 径向速度和速度谱宽基数据的分辨率为0.25km*1°；扫描仰角 从0.5°到19.5°。
SA和SB两种雷达，反射率因子观测范围为460km，径 向速度和谱宽为230km；大部分算法适用的范围位于230km内。 CC和CD型雷达的观测范围只有150km。
在中等到高的CAPE和弱的深层垂直风切变情况下，可以出现的唯 一强风暴是脉冲风暴，其不是一种独立的对流风暴类型，是以多单体风暴 形态出现，含有一个或多个脉冲单体。
航空气象 10.2雷达回波的识别
雷暴区降水平面和高度显示图
方位角55.5度
4.强风暴
与飑线相连的强风暴对应着一 条强降水线，这时几个雷暴排 成一排，降水区连在一起，强 回波形成一个个分离的红色区 域。有时有辉斑回波，表明可 能有冰雹出现。
飑线风暴的平面显示
雷达平面显示图上的“钩状”回波
雾的回波
三、雷达图上的雨带分析
1.暖锋雨带 2.冷锋雨带 3.对流云降水带
1.暖 锋 雨 带
带状结构，宽约100千 米，与地面锋线平行， 随时间缓慢移动。
暖锋雨 带
2.冷 锋 雨 带
窄雨带比较连续，宽雨带沿活跃 的冷锋分布，都与地面锋线平行
窄的冷锋雨带
宽的冷锋雨带
3.对流云降水带
（1） 零 散 阵 雨 （2）阵 雨 线 （3）雷 暴 区 （4）强 风 暴
3.混合性降水──絮Байду номын сангаас回波
在平显上，回波范围较大，边缘支离破 碎，没有明显的边界，回波中夹有一个 结实的团块，为黄色和红色。有时呈片 状、有时呈带状或块状。
1996年7月4日北京地区对流云降水回波
混合性降水
混合性降水
混合型降水的两种图像
方位角38.1度
4.雹云回波特征
在平显上表现为强度大 ，边缘 分明的块状回波。有时出现 “ U” 形 的 无 回 波 缺 口 指 状 或 钩状回波
（1）零散阵雨
零散阵雨
方位角58.3度
(2)阵雨线
雷达图上的阵雨线
方位角195.6度
3.雷暴区
雷暴区是由对流单体群组 成的， 在雷达网的图象分辨 率条件下， 雷暴尺度表现为 10～15km，作为这种雷暴活动 的特点是降水强度较大。
1200时(UTC)
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• 超折射回波主要特征是地物回波异常增多，呈米 粒状、辐辏状。其距离和范围与超折射层的高度 和厚度有关，并伴随他们的变化出现“移动”和 “变化”的现象，通过这些变化可以反推大气状 况变化
• 海浪回波：由海浪、涌浪和海洋近岸波对雷达电 磁波的反射和散射引起的。有许多分散的针状和 扇形回波组成，回波强度较弱，强度分布较均匀。
• 雾的回波：雾滴和云滴一样，粒子较小， 回波很弱。在反射率因子的PPI显示中，雾 的回波呈均匀分布，一般没有明显的强度 梯度。在RHI显示中可以看到雾的垂直厚度， 一般1km左右。
• 晴空回波：天空中没有云和降水的时候， 使用较高灵敏度的雷达仍可能探测到晴空 大气的回波。按形态大致分为点状、线状 和层状。在PPI显示中，点状回波变现为离 散的小亮点，线状回波表现为一条长达数 十千米的细线，层状回波小纤维水平延伸 不接地的薄而弱的回波层。
• 不论是在平显上还是高显上，对流云降水回波强度和强度 梯度都较大，一块对流云内部只有一个强中心，而多个对 流云单体组成的对流云降水,往往具有不规则的外形和多 个中心，强度也不一定相同（尖顶状的回波是虚假的称为 旁瓣回波）。
混合型降水回波：同时具有层状云降水回波和对流云降水回 波特征的回波。
• PPI显示中表现为大片层状云降水回波中夹 杂着团块状的对流云降水回波，强度梯度 不大，只有在团块状结构处有较强的回波 中心和明显的强度梯度。
气象回波
• 层状云降水回波 • 对流云降水波：由于大范围的空 气缓慢上升而成云致雨的。
• 水平范围大、持续时间长、强度比较均匀、 随时间变化缓慢
• 在PPI图上的回波特征呈片状分布，结构较 均匀，强度梯度较小，有时出现强度特别 大的窄带称为零度层亮带，亮带也可能成 弧状或圆环状。
天气雷达回波的分类与识别
回波：雷达发射的电磁波，在传播过程中遇到目标物以后目标物对电磁 波产生反射、散射，通过雷达屏幕显示的雷达接收机能接收到的那部分 反射、散射能量。天气雷达探测时，只要接收到的回波信号功率大于雷 达接收机的最小可测功率，则雷达都会在天线指向方向的相应距离处显 示出回波。
非气象回波
气象回波-非降水回波
• 云的回波 • 雾的回波 • 晴空回波
• 云的回波：对于一些还未形成降水的云， 云滴粒子较小，含水量少，必须用波长很 短的0.86cm雷达对其探测研究，但有时云 中含水量较大，云滴增长到足够大时，3cm 和5cm的雷达也可能检测到回波。在反射率 因子的RHI（距离高度显示器)显示中，层 状云回波一般平铺成一条长带，而积状云 的回波一般呈小柱状。在反射率PPI(平面位 置显示器)显示中，层状云只有在适当的天 线仰角才能检测到，而积状云通常表现为 零散孤立的小块状结构。
气象回波
降水回波 非降水回波
非气象回波
• 地物回波 • 海浪回波 • 同波长干扰回波 • 昆虫和鸟兽的回波
地物回波：当雷达探测的仰角比较低时，雷达站周围的山脉、 高大建筑物都可能反射雷达电磁波，形成地物回波
• 现代气象雷达通过设计硬件或软件消除地物回波， 但常常很难处理干净。地物回波受地理位置影响， 位置固定不变，故需要熟知本站在各种探测状态、 各种天气条件下的地物回波
• 在RHI图上云顶高度比较平整，也有一条强 度特别大的窄带呈水平分布（即零度层亮 带）。
零度层亮带：层状云降水的重要特 征
• 当冰晶下落通过溶化层时，它们的外表面 开始溶化。正好位于溶化层（0°层面）下 面，这些包着水外衣的冰晶反射率因子是 高的，产生增强的雷达信号，在PPI上象弧 形结构，在常规天气雷达上叫做“亮带”， 亮带会造成降水率的过高估计
• RHI显示中，回波顶部大部分比较平坦，可 以单刀回波中间存在若干相对较强的柱间 回波区，有事还能呈现柱状回波和0℃层亮 带共存的回波图像，不过这种亮带大部分 具有不均匀结构。
对流云降水回波：对流云发展到一定程度时，云中粒子在对 流运动中不断增强，知道已不能被上升气流所托住而降落形 成的
• 范围小、强度大、分布不均、生命史短、随时间变化快。
• 在PPI上特征为：对流云降水回波呈块状，尺度较小（从 几公里到几十公里），对流辐合体也可达几百公里，内部 结构密实，边缘清晰。
• 在RHI上特征为：对流云降水回波呈柱状，近处降水时底 部及地，云顶高度较高一般都在6-7km以上，随地区和季 节差异很大。
• 同波长干扰回波：相邻地区内两部波长相同的雷 达同时工作，一部雷达接受到另一部雷达发射的 电磁波所形成的干扰图像。图像受两部雷达的相 对位置、距离和发射波时序有关，但都具有螺旋 形状
• 昆虫和飞鸟的回波：昆虫和飞鸟成为散射体造成 的回波。通常呈离散点状，对天气探测没什么影 响。而且由于昆虫群一般随风飘移，他们的多普 勒速度正好是所在处径向风向风速的反映。