多普勒天气雷达基础
雷达知识点汇总
88多普勒天气雷达探测的基本原理1.天气雷达是探测（降水系统）的主要手段，是对强对流天气（冰雹、大风、龙卷和暴洪）进行监测和预警的主要工具之一。
天气雷达发射（脉冲）形式的（电磁波）当电磁波脉冲遇到降水物质（雨滴、雪花、冰雹等）时，大部分会继续前进，而一部分能量被降水物质向西面八方散射，其中（后向散射）的能量回到雷达天线，被雷达所接收。
根据雷达接收的降水系统的（回波）特征可以判别降水系统的特性（降水强弱）（有无冰雹）（龙卷和大风等）。
2.在我国东部和中部地区，装备先进的新一代S 波段（10cm）和 C 波段（5cm）多普勒天气雷达系统。
沿海地区设（S 波段）雷达，内陆地区设（C 波段）雷达。
3.新一代天气雷达系统的应用主要在于对（灾害性天气），特别是与（风害和冰雹）相伴的灾害性天气的监测和预警。
它还可以进行较大范围降水的（定量估测），获取（降水）和（降水云体）的风场结构。
4.新一代天气雷达系统的性能要求：对（台风）（暴雨）等大范围降水天气的监测距离应不小于（400km）。
对（雹云）、（中气旋）等小尺度强对流天气现象的有效监测和识别距离应大于（150km）。
雷达探测能力在50km处可探测到的最小回波强度应不大于（-7dBZ s波段）或（-3dBZ c波段）。
5、新一代天气雷达的应用领域：（对灾害性天气的监测和预警）(定量估测大范围降水) (风场信息)(改善高分辨率数值天气预报模式的初值场)6．新一代天气雷达采用（全相干）体制，共有（7）种型号，其中S 波段有(3)种型号，称为SA、SB、SC ，C 波段有(4)种型号，分别为CINRAD-CB、CC、CCJ、CD。
7.新一代天气雷达的三个主要部分：（雷达数据采集子系统RDA）、（雷达产品生成子系统RPG）和（主用户终端子系统PUP）以及连接它们的（通信线路）。
RDA 和 RPG 由一条（宽带）通讯线路连接，RPG 和 PUP 由一条（窄带）通讯线路连接。
多普勒天气雷达和偏振多普勒天气雷达
Vmax
• 速度模糊
PRF
4
速度的可能值 v-2nVmax或v+2nVmax
速度折叠
• Nyquist 间隔 –可分辨的速度范围 –最大不模糊速度±Vmax之间
• 如果粒子的径向速度超过了Nyquist 间隔，那么
11.天气多普勒雷达的应用
一、测量大气垂直速度
当多普勒雷达垂直指向天顶时，所测量的平均多普勒 速度实际上是有效照射体内粒子的平均下落木速度和 大气垂直速度之和。若能近似估计某一直径粒子的下 落末速度或所有粒子的平均下落末速度，则可根据实 测的平均多普勒速度算出大气的垂直速度。目前主要 有下三种测量方法。 速度谱低端法 w0-z关系法 综合测量法
假如有25个以上非零数据点（用户设定），算法用最小二乘法拟合这些点，可得到 一条正弦波曲线，正弦曲线的振幅表示水平风速，正弦曲线上的波谷（负值最大点） 所在方位角表示水平风向。
软件退折叠主要依据连续性原理，即在大气中风场的 分布总是连续的．因此，只要雷达的分辨率足够高、保证 风场的连续变化特征不会模糊掉，那么从理论上讲，在有 回波之处运用连续性原理，总可以从—点推得整个回波区 的速度值，因为速度的折叠总是使相邻库问的速度增加而 呈现出明显的突变，选择适当的N，使该速度梯度明显减 小时即可认为此时的速度值是实际速度。
二、测量滴的谱分布
当降水中气流的垂直运动速度W已知时，从5.1式可由雷达测得的多普勒平均径向速度， 计算出质点的下降末速度。由于质点的重力下降末速度与质点的直径之间存在着一定 的关系，由此便可以导出雨滴滴谱分布N(D)。本方法对稳定性降水效果较好，而对于 对流云降水效果则比较差。 当质点大小不等，下降速度不等，而气流垂直运动已知时，则先求质点下降末速度， 再求质点大小。
民用航空气象地面观测规范第14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（Radio Detection and Ranging）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。
天气雷达的基本工作原理和参数
WSR-
88
D
基 本 数 据 产 品
相对于风暴的 平均径向速度产品图(SRM)
与基本速度产品类似，只不过减去了由风暴 跟踪信息(STI)识别的所有风暴的平均运动速 度， 或减去由操作员选定的风暴运动速度。
(a)
(b)
（a）3.4度仰角
（b）14.9度仰角
2004年4月23日 长沙12:37时风暴相对径向速度图 (基本速度减去风暴的平均移动速度后得到的)
主用户处理器子系统（PUP）
• 多屏、多画面显示气象应用产品图形图 像功能 • 具有放大、动画、叠加等多种图像显示 功能 • 通过人机交互方式设置系统运行模式和 产品生成
多普勒天气雷达的产品介绍
新一代天气雷达系统的产品应用可 分为四类： 1. 基本数据产品 2. 物理量产品 3. 风场反演产品 4. 强天气自动识别和跟踪产品
2001年8月7日14:45反射率因子剖 面产品 (上海)
组合反射率因子 平均值产品图 (LRA)
2001年8月7日 15:26 中层（上图12~33 千英尺）和低层 （下图从地面到 12千英尺）
2010年8月7日15:02弱回波区产品图也 称为反射率因子多层透视图(上海)
风暴跟踪信息产品（STI）
常规天气雷达仅能提供反射率 因子资料。多普勒天气雷达将提供 两种附加的基本资料，径向速度和 速度谱宽，它们将增强对强风暴的 探测能力，也能改进对中尺度和天 气尺度系统的预报。
多普勒效应 多普勒效应是奥地利
物理学家 J.Doppler1842年 首先从运动着的发声 源中发现的现象，定 义为“当接收者或接 收器与能量源处于相 对运动状态时，能量 到达接收者（器）时 频率的变化”。
窄波束低旁瓣的天线
6、多普勒天气雷达原理与应用.doc
第六部分 多普勒天气雷达原理与应用（周长青）我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特征；新一代天气雷达产品第一章 我国新一代天气雷达原理一、了解新一代天气雷达的三个组成部分和功能新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：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 ）。
二、了解电磁波的散射、衰减、折射散射：当电磁波束在大气中传播，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上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。
衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。
折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率分布的不均匀性（密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，称为折射。
2/3730/776.0T e T P N +=波束直线传播波束向上弯曲波束向下弯曲000=><dz dN dzdN dzdN三、了解雷达气象方程 在瑞利散射条件下，雷达气象方程为：()22232ln 1024K h G P c t λθϕπ=Z r c P r 2=其中Pr 表示雷达接收功率，Z 为雷达反射率，r 为目标物距雷达的距离。
Pt 表示雷达发射功率，h 为雷达照射深度，G 为天线增益，θ、φ表示水平和垂直波宽，λ表示雷达波长，K 表示与复折射指数有关的系数，C 为常数，之决定于雷达参数和降水相态。
四、了解距离折叠最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离，Rmax=0.5c/PRF, c 为光速，PRF 为脉冲重复频率。
距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种辨认错误。
当距离折叠发生时，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。
新一代天气雷达介绍wwwPPT课件
CINRAD雷达与常规 天气雷达相比的优势
1.灵敏度提高 2.分辨率提高 3.具有风场探测 4.具有三维数据的自动采集能力 5.具有一套科学的数据处理的能力
频率控制精 度10-9 ！
10
•较合理的硬件工作模式和观测模式
为了能够获得最大不折叠距离探测范围同时获得最大 的不模糊径向速度，在雷达硬件工作模式方面，采用了连 续监测模式CS、连续Doppler模式CD和批模式B，对雷达脉 冲对数、脉冲宽度、脉冲重复频率等雷达参数进行了组合 ，以适应上述要求。在观测模式方面，设有四种观测模式 ，其中：降水模式有VCP11模式和VCP21模式两种，以适应 不同降水类型的需要。CINRAD-SA雷达由于发射机功率强大 ，接受机灵敏度高，还设有晴空模式：VCP31模式和VCP32 模式，用以探测晴空湍流、风切变等。在上述降水观测模 式中，为了达到获得最大探测不折叠距离和最大不模糊径 向速度，雷达采用了扫描方式与雷达参数相结合的办法实 现上述目标。
水中风场结构特征。
目前我国共有130多部多普勒雷达，分为 10cm的s波段和5cm的c波段两种，南方为 s波段、北方为c波段。西安的雷达型号 为CINRA—CB型。我省内共有5部多普 勒雷达：延安、榆林、汉中、安康、宝 鸡。
应用领域：主要在强对流天气的监测和 预警，天气尺度和次天气尺度降水的监 测，降水的测量、风的测量以及数据的 同化应用等
雷达图上，一般用紫色时表示不能识别的 值，观测时通过调整要尽量使紫色最小。
什么是Doppler速度 风矢量的径？向分量
不完全是水平的径向分量 一个体积内的主要风矢量 （注意：不是平均风矢量） 不是同一水平面上的风矢量（ 仰角不是零度） 风矢量的代表性（多尺度性） 误差 （器差，信息提取误差） 云、雨粒子的三维运动矢量
天气雷达的基本工作原理和参数-168页文档资料
常规天气雷达仅能提供反射率 因子资料。多普勒天气雷达将提供 两种附加的基本资料，径向速度和 速度谱宽，它们将增强对强风暴的 探测能力，也能改进对中尺度和天 气尺度系统的预报。
体扫模式 (VCP:Volume Cover Pattern） 扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角，
而具体是哪些仰角则由体扫模式来规定。WSR-88D 可有20个不同的VCP，目前只定义了其中的4个： VCP11 -- VCP11（scan strategy #1，version 1） 规定5分钟内对14个具体仰角的扫描方式。 VCP21 -- VCP21（scan strategy #2，version 1） 规定6分钟内对9个具体仰角的扫描方式。 VCP31 --- VCP31 （scan strategy #3，version 1）规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。 VCP32 --- VCP32（scan strategy #3，version 2）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。 WSR-98D未定义VCP32。
自相干多普勒天气雷达结构框图
全相干多普勒天气雷达结构框图
fo 发射脉冲的载频 fd 多普勒频率
发射频率 Vs 多普勒频移
发射频率 多普勒频移
中国新一代天气雷达系统简介
• 1、雷达数据采集系统（RDA） • 2、雷达产品生成子系统（RPG） • 3、主用户处理器子系统（PUP）
多普勒天气雷达：原理、应用与收获总结
多普勒天气雷达：原理、应用与收获总结以下是多普勒天气雷达原理与应用课程的总结：1.雷达基本原理与组成雷达是一种利用无线电波探测目标的电子设备。
它通过发射电磁波，并接收目标反射回来的电磁波，根据反射回来的电磁波的特性，推断出目标的位置、速度、形状等信息。
雷达主要由发射机、接收机、天线和显示器等组成。
发射机产生高频电磁波，并通过天线向空间发射。
当电磁波遇到目标时，它会被反射回来并被天线接收。
接收机接收到反射回来的电磁波后，对其进行处理和分析，以推断出目标的位置、速度、形状等信息。
2.多普勒天气雷达原理多普勒天气雷达是一种专门用于探测天气目标的雷达。
它利用多普勒效应原理，测量目标的速度和方向。
当雷达发射的电磁波遇到运动目标时，反射回来的电磁波的频率会发生变化。
多普勒天气雷达通过测量这种频率变化，可以推断出目标的速度和方向。
同时，根据反射回来的电磁波的振幅和相位等信息，还可以推断出目标的形状和大小。
3.多普勒天气雷达的应用多普勒天气雷达在气象领域有着广泛的应用。
它主要用于探测台风、暴雨、冰雹等恶劣天气，为气象预报和灾害预警提供重要依据。
此外，多普勒天气雷达还可以用于空气质量监测、气候变化研究、航空航天等领域。
4.课程收获与总结通过学习多普勒天气雷达原理与应用课程，我们了解了雷达的基本原理和组成，以及多普勒天气雷达的工作原理和应用。
我们学会了如何利用雷达数据分析和推断天气信息，并掌握了雷达在气象领域中的应用方法和技巧。
在本课程中，我们学习了很多有用的知识和技能，包括：雷达方程和散射截面、电磁波的传播特性、多普勒频移和速度估计、气象目标的识别和处理等。
这些知识和技能不仅可以帮助我们更好地理解雷达的工作原理和应用，还可以为我们的后续学习和工作打下坚实的基础。
总之，学习多普勒天气雷达原理与应用课程，不仅让我们深入了解了雷达的工作原理和应用，还提高了我们的数据处理和分析能力，为我们的后续学习和工作打下了坚实的基础。
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多普勒天气雷达基础
一、填空题
0.5，1.5 ， 2.4 ，
2、我国S波段雷达探测范围：当探测距离在230km、340km、460km时，雷达波束高度分别是 4.5 km 、9.2km 、15.3 km 。
3、雷达探测的局限性是波束展宽和Overshooting 。
4、超级单体风暴可能产生的灾害有：雷电、灾害性大风，强降水、冰雹、甚至龙
二、选择题
1、雷达通常观测地面以上的大气，通常采用最低仰角是0.5°度，这样做的原因（A ）
A.尽量减少地面的杂波
B.对近地层进行完美的扫描
C.随距离变远，波束中心逐渐变高，采样体积变大。
2、多普勒天气雷达的主要应用领域有（ABCDE）（多选）
A.强对流天气的监测与预警
B. 监测天气尺度和次天气尺度降水系统
C.降水估计测量
D.风的测量（VAD 风廓线）——提供风场信息
E.数据同化，改善数值预报模式初值场
3、下面那些中小尺度天气系统可以产生雷暴大风天气？（ABCD）（多选）
A.一般强风暴（超级单体或多单体风暴）
B.飑线
C.与强锋面有关的带状对流中处于成熟阶段的单体中的下沉气流
D.雷暴低层的强烈入流
4、下面不属于气象回波的有（BCDG）（多选）
A.絮状回波
B.超折射回波
C.鸟类回波
D.飞机回波
E.阵风锋
F.飑线G海浪回波H.0度层亮带
三、判断对错
1、在雷达图的产品中，0等速度线呈“S”形则说明大气风场结构为暖平流，呈反“S”形则为冷平流。
（对）
2、雷达波束随着距离的变远，采样体积变少。
（错）
3、雷达不能观测头顶的大气状态，但能观测所有近地面的大气。
（错）
4、雷达在扫描时一个波束以某仰角发射出来，转360°完成一个高度的扫描。
（对）
5.雷达不能观测到“头顶“的大气静锥区，环状无回波区。
（对）
四、简答题
1、雷达上能观测到的气象回波有那些？（至少写出8个）
答：稳定性层云降水回波（小雨、雪）
对流性积云降水回波（超级单体、龙卷、飑线、雷暴大风、冰雹、暴雨、暴雪、台风、阵风锋、海陆锋等
2、下图的强回波区域是什么回波？并简述理由。
A B
C D
答：。
理由：晴空超折射回波；强回波区域速度为0，抬高仰角后，强回波区域迅速减小。
3．请标出以下基本径向速度图中白色圆圈内的中γ尺度系统（气旋、反气旋、辐合、辐散，气旋性辐合，气旋性辐散，反气旋辐合，反气
旋辐散）
（1）答案：气旋性辐合
（2）答案：辐散
（3）答案：气旋（4）答案：
（5）答案：气旋
4．图3中哪个是基本径向速度图？哪个是基本反射率图？图中有没有三体散射特征？可能发生那种灾害性天气？
答案：左边基本反射率；右边速度；有雷暴、冰雹、大风。