雷达探测大气的基础知识散射
1 4k 2
|
∞ n=1
(−1)n (2n
+ 1)(an
− bn ) |2
对于小球形粒子，根据瑞利散射理论，其后向散射函数
β (π
)
=
16π 4r6 λ4
|
m2 m2
−1 +2
|2
22
经过距离R散射到天线处的散射能流密度
Ss (π )
=
Si R2
β (π )
假设散射粒子以Ss(π)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
瑞利散射方向性图
16
5. 散射函数或方向函数
瑞利散射时的总散射功率
SS
=
Si R2
β (θ ,ϕ)
=
Si R2
16π 4r6 λ4
m2 m2
−1 +2
2
(cos2θcos2ϕ
+
sin
2ϕ
)
瑞利散射的特征
粒子散射能力与λ 4 成反比。波长越短，散射越 强
粒子散射能力与D 6成正比。粒子半径越大，散 射越强
都是常数
β
(θ
,ϕ
)
=
16π 4r λ4
6
m2 m2
−1 +2
2
(cos2θcos2ϕ
+
sin
2ϕ
)
β(θ) = C cos 2θ（在x-y平面上，φ=0°）
在θ＝0或180°时，β有最大值，粒子的 前向散射和后向散射为最大
在θ＝90或270°时，有最小值，并且等于 0，粒子无侧向散射
15
5. 散射函数或方向函数
26
10. 雷达反射率与反射率因子
雷达天线接收到的是一群云、雨滴的后向散射功率的
总和。假定组成这群云、雨滴的粒子是互相独立、无规则
分布的，则这群粒子同时在天线处造成的总散射功率平均
值，等于每个粒子散射功率的总和。因此，定义
10.1 雷达反射率：
单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和，并以η表示，
常用单位是cm2/m3，即
=σ
6= 4λπ45r6 | mm22 +−12 |2
π 5D6 λ4
|
m2 −1 m2 + 2
|2
25
散射截面和雷达截面的区别
散射截面：
散射总功率与入射能流密度之比，Qs＝
Ps/Si 雷达截面：
假设各向同性散射，且都等于最大散射 能流密度，σ=Ss(max)*4πR2/Si
雷达截面对雷达探测更具有意义。
23
说明： 1、假想面积 2、描述目标在入射功率一定下后向散
射功率的大小 3、散射截面以面积单位来描述。面积
越大，后向散射能力越强，产生的回波功 率也就越大。
24
雷达截面σ的具体函数形式：
对于普遍的球形粒子
∑ =σ
πr2 α2
|
∞ n=1
(−1)n
• (2n
+ 1)(an
− bn )
|2
小球形粒子
雷达截面
σ = Ss 4π R2 或 σ = 4πβ (π )
Si
引入的意义：以入射波能流密度乘上雷达截面，得到一个
散射粒子的总散射功率；当散射粒子以这个总功率作各向同 性散射时，散射到天线处的功率密度正好等于该粒子在天线 处造成的实际的后向散射能流密度。
雷达截面的大小反映了粒子所造成的后向散射的大小。
反射率因子Z值的大小，反映了气象目标内部粒子的尺度和数密度， 常用来表示气象目标的强度。由于反射率因子Z只取决于气象目标本身而 与雷达参数和距离无关，所以不同参数的雷达所测得的Z值可以相互比较。
28
数目很多的小雨滴形成的Z值很小，而数目不多的大雨滴对 Z值贡献大，即大雨滴对观测到的回波功率起着主要作用
出脉动性。那么，对于处在某一固定距离上具有一定滴谱分布的云、雨，就不
能测得确定的回波功率瞬时值与它相对应，即粒子群造成的回波，不能简单地
看作各个粒子单独产生的回波的叠加。
理论研究发现：只要对回波功率Pr取适当的时间平均值，它就有比较稳定
的数值，而且在数值上等于每个粒子各自产生的回波功率的总和。
N
∑ Pr ∞
9
散射的分类
粒子散射电磁波的能力，除和电磁波的波 长等因素有关外，和粒子的大小、形状、以及 粒子的电学特性有关。当雷达波长确定后，球 形粒子的散射情况主要取决于粒子直径d和入 射波长λ的相对大小。
瑞利散射：d<<λ 米（Mie）散射： d≈λ
10
4. 瑞利散射和米散射
瑞利散射
1871年Rayligh推出散射公式，粒子直径和入射波长
长的雷达所测得的反射率η值可以相互比较，以确定气象目标的
差异。但是，用不同波长的雷达所取得的η值不能通过直接比较
来了解云、雨情况是否存在差异。
27
10.2 雷达反射率因子
为了使不同波长雷达所观测到的云、雨等情况可以直接比较，我们引 入雷达反射率因子这个量。
将瑞利散射的雷达截面公式代入雷达反射率公式，有：
5
3、散射特性
散射：只改变传播方向，不改变传播 能量的形式。
吸收：改变传播能量的形式（能量转 化）。
7
电磁波的传播过程
光速直线传播。 碰到障碍物——漫反射－－没有方向性 粒子对电磁波的散射：只改变电磁波的
传播方向,不改变电磁波能量大小。 粒子对电磁波的吸收：在粒子介质内部
传播时，电磁波能量转换为热量，能量 受到衰减。（雷达探测距离）
引进Ze值后．即使在米散射情况下．只要以Ze值代替Z值，雷达气 象方程仍可保持瑞利散射时的简单形式。
30
12. 瑞利散射与米散射的比较
πD
12.1
当 πD λ
<
λ
0.13时，瑞利散射和米散射近似一致，米散射雷达截面可以直接
使用瑞利散射雷达截面计算公式（1.25）计算而无须订正
12.2
当0.13
<
πD λ
8
散射波的形成
散射波：入射波照射到降水粒子上时，电磁 波使降水粒子极化，感应出复杂的电荷分布 和电流分布，它们也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 辐射电磁波，就是散射波。因此粒子在入射 电磁波极化下做强迫的多极振荡，从而发出 散射波。
散射波是全方位，是不均匀的，各向异性。
E
2 im
21
i =1
球形水滴和冰粒的散射
9. 单个球形粒子的雷达截面(后向散射截面)
雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷达方向(即θ
＝π)的那一部分能量，这部分能量称为后向散射能量。因
此，对探测云、雨等有意义的是粒子的后向散射。
对于普遍的球形粒子，根据米氏散射理论，其后向散
射函数
∑ β (π=)
第二章 雷达探测大气的 基础知识
2.1 散射 2.2 衰减 2.3 雷达气象方程 2.4 折射 2.5 雷达的探测能力
1
1、雷达探测大气的基础：气象目标的散射作用大云ຫໍສະໝຸດ 降气 介滴
水 粒
质
子
大
指大
气
数气
气
分介
体
布质
分
不折
子
均射
随粒子的相 态、几何形 状、大小、 电学特性而 异
2
2、散射现象
当电磁波传播遇到空气介质和云、雨质点时，入射的 电磁波会从这些质点向四面八方传播相同频率电磁波 ，称 散射现象。
29
11. 等效反射率因子
反射率因子Z是从用瑞利后向散射表示的反射率公式中引出的，
当用3.2cm或5.7cm短波长雷达探测强降水或冰雹，以及用10cm波
长雷达探测大冰雹时，瑞利条件不成立，这时用雷达气象方程求
得的Z值就不能与代表降水的实际滴谱分布情况相对应，故只能
说是等效的Z值，以Ze表示。
因为 所以
∑σ Mi = Ze
∑σ Ri
Z
∑∑ ∑ Ze = Z •
σ Mi σ Ri
=
λ4 π5
m2 −1 −2 m2 + 2
σ Mi
直接计算Ze值时，先测定实际粒子的滴谱，算出相对应的瑞
利散射的雷达截面，通过瑞利散射和米散射的关系求出米散射的
雷达截面，最后利用上式算出Ze值。
等效反射率因子Ze的意义：能够产生同样回波功率，与小球粒 子的 ∑ Di6 等效的Z的数值。
3
光波的散射现象
（1）夜间，日光灯照射到物体上，我们能够看到物 体，是物体散射日光灯的光线。
（2）天空乌云密布，仍然有部分光线，我们能够观 察到，是光线在大气中散射作用形成的。
（3）夜间我们能够看到事物，靠的是月光，月亮本 身不发光，反射太阳光，是散射作用的结果。
4
电磁波的散射
目标物越多，散射也就越强. 大雨滴将比小雨滴产生更 强的信号。
能量。能量/（时间×面积）
3、散射总功率 P：单位时间散射波的总能量。
能量/时间
4、折射指数：
m=sin(入射角)/sin(折射角)
12
5. 散射函数或方向函数
散射函数（方向函数） 散射能量的分布引入的量。
：为了研究
假定粒子是各向均匀散射的：
Ss
=
Si R2
β
假定粒子是各向非均匀散射的：
Ss
=
Si R2
瑞利散射时方向函数的函数形式：
β
(θ
,
ϕ
)
=
16π 4 λ4
r
6
m2 m2
−1 +2
2
(cos2θcos2ϕ
+
sin
2ϕ )
大气散射现象
大气散射现象
大气散射是重要而且普遍发生的现象，大部分进入我们眼睛的光都是散射光。
如果没有大气散射，则除太阳直接照射的地方外，都将是一片黑暗。
大气散射作用削弱了太阳的直接辐射，同时又使地面除接收到经过大气削弱的太阳直接辐射外，还接收到来自大气的散射辐射，大大增加了大气辐射问题的复杂性。
大气散射是大气光学和大气辐射学中的重要内容。
也是微波雷达、激光雷达等遥感探测手段的重要理论基础。
通常，根据光的散射的原因不同而将光的散射分为两类：一类是：廷德尔散射。
颗粒浑浊媒质（颗粒线度和光的波长差不多）的散射，散射光的强度和入射光的波长的关系不明显，散射光的波长和入射光的波长相同。
另一类是：分子散射。
光通过纯净媒质时，由于构成该媒质的分子密度涨落而被散射的现象。
分子散射的光强度和入射光的波长有关，但散射光的波长仍和入射光相同。
其原理是：光和粒子的相互作用，按粒子同入射波波长（λ）的相对大小不同，可以采用不同的处理方法：当粒子尺度比波长小得多时，可采用比较简单的瑞利散射公式；当粒子尺度与波长可相比拟时，要采用较复杂的米散射公式；当粒子尺度比波长大得多时，则用几何光学处理。
一般考虑
具有半径的均匀球状粒子的理想散射时，常采用无量纲尺度参数= 2πr/λ作为判别标准：当无量纲尺度参数<0.1时，可用瑞利散射；当无量纲尺度参数≥0.1时，需用米散射；当无量纲尺度参数>50时，可用几何光学。
同一粒子对不同波长而言，往往采用不同的散射处理方法，如直径1微米的云滴对可见光的散射是米散射；但对微波，却可作瑞利散射处理。
气象雷达工作原理
气象雷达工作原理气象雷达是一种用于探测大气中降水和其他天气现象的仪器。
它通过发射和接收无线电波来探测物体的散射信号，从而获得天气信息。
气象雷达的工作原理如下：一、发射信号气象雷达的首要任务是向大气中发射无线电波。
通常使用的是10公分到1毫米波段的无线电波，这些波段的电波能够穿透云层并与降水粒子进行散射。
雷达通过天线将电能转换成电磁波，并以高频率向外辐射。
二、波与物体相互作用当雷达波遇到大气中的物体，例如云层和降水粒子时，它们会与这些物体发生相互作用。
这种相互作用会导致电波的散射、衰减和反射。
散射：物体的尺寸比电磁波长短时，散射现象就会发生。
散射信号的强度与目标物体的特性以及电磁波的频率有关。
衰减：电磁波穿过介质时会发生衰减，这是由于介质中的颗粒和分子对电磁波的吸收和散射。
反射：当雷达波遇到大气中的物体时，一部分电磁波会被反射回雷达的天线。
接收到的反射信号会被用来分析物体的位置、形状和特征。
三、接收和分析信号雷达天线接收到反射信号后，将其转换为电能并传输到接收机。
接收机会对信号进行放大和滤波，以去除噪声和干扰信号。
接收到的信号会被转换成数字信号，并进行进一步处理、分析和显示。
四、图像生成和显示通过对接收到的信号进行分析，雷达系统可以生成气象图像。
这些图像显示了天空中的降水分布、云层结构、风暴系统等天气现象。
根据图像所显示的信息，气象专家可以预测天气的变化和趋势。
总结：气象雷达通过发射和接收无线电波来探测大气中的降水和其他天气现象。
它的工作原理包括发射信号、波与物体相互作用、接收和分析信号以及图像生成和显示。
通过气象雷达的工作，我们能够了解天气的变化情况，从而提前做好防范和安排。
希望以上内容符合您的要求，如有需要请再次告知。
雷达气象学之第一章(天气雷达系统及探测理论)
天气雷达产品的显示方式2
• RHI (距离高度显示）：固定方位角，天线 做俯仰扫描，探测某方位上回波垂直结构 。坐标：R－最低仰角的斜距； H－按测高 公式计算（标准大气折射）。
天气雷达产品的显示方式3
• CAPPI （等高平面位置显示）：雷达以多 个仰角（仰角逐渐抬高）做0－360 °扫描 ，得到三维空间回波资料（体扫描），利 用内插技术获得某高度的平面分布
• 基本径向速度：表示整个360度方位扫描径 向速度数据，径向速度即物体运动速度平 行与雷达径向的分量。径向速度有许多直 接的应用，可以导出大气结构，风暴结构， 可以帮助产生、调整和更新高空分析图等。 平均径向速度产品有两点局限性：一是垂 直于雷达波束的风的径向速度被表示为0； 二是距离折叠和不正确的速度退模糊。
• 散射开来的电磁波称 为散射波
入射波
散射波
• 雷达波束通过云、降水粒子时将被散射， 其中有一部分散射波要返回雷达方向，被 雷达天线接收，在雷达显示器上就反映有 回波信号。
二、散射成因
• 微粒——粒子在入射电磁波极化下作强迫 的多极振荡，从而发出次波（散射波）。
• 粒子对电磁波的散射只改变电磁波的传播 方向,没有改变能量大小。
• d≈λ的大球形质点的散射，称为米散射。
§3.2 球形水滴和冰粒的散射
• 雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷 达方向（即θ= 180º方向）的那一部分能量， 这部分能量称为后向散射能量。
在a 2 r 1时 的瑞利散射条件下
在a 2 r 复数1时模的平方
后(向) 散16射 44函r6数mm：22 12(2 代入 4 ( )中
• 产品生成：根据操作员的输入指令，RPG在 体积扫描的基础上产生所需产品。
第二章多普勒天气雷达原理
雷达气象方程
Pt G h Pr i 2 2 ln 2 r 单位体积 1024
2 2
假设条件：在波束宽度范围内，雷达的辐射强度是均匀 的；在有效照射体积内降水粒子大小的分布是均匀的。 上式中是对有效照射体积内所有降水粒子后向散射截面 求和而得到的
气象目标强度的雷达度量
气象目标对雷达后向散射能力的强弱通 常称为气象目标强度，参量为反射率和 反射因子
电磁波及其在大气中的传播
•气象目标对电磁波的散射
云和降水粒子散射的能量在各方向上不一致，而向后方（即 向雷达方向）散射的能量（回波功率）是雷达所关心的，因此 引入后向散射截面的概念。 散射截面的概念：假设一个理想的散射体，其截面积为σ，它 能把全部接收射到其上的电磁波能量，并能全部均匀地向四周 散射，若该理想散射体返回雷达天线处的电磁波能流密度恰好 等于同距离上实际散射体返回天线的电磁波能流密度，则该理 想散射体的截面积σ就称为实际散射体的向四周散射截面。
Pt G Pr 3 4 4 r
雷达气象方程（单目标）
2 2
单目标雷达气象方程，与雷达本身参数、气象目标物特性 （后向散射截面）和离开雷达的距离有关
有效照射深度和体积
有效照射深度：在雷达波束径向方向上，粒子的回波信 号能同时返回雷达天线的空间长度，h/2=ｔc/2； 有效照射体积：在波束宽度为θ和Ф范围内，粒子的回波 信号能同时返回雷达天线的空间体积。
第二章 多普勒天气雷达原理
第二章 多普勒天气雷达原理
电磁波及其在大气中的传播
电磁波在大气中的衰减
电磁波在大气中的折射
雷达气象方程
一、电磁波及其在大气中的传播
电磁波及其在大气中的传播
•气象目标对电磁波的散射
激光雷达探测大气原理
激光雷达探测大气原理
一、激光发射
激光雷达通过发射激光束来探测大气。
激光器产生特定波长的光，经过调制后以脉冲形式发射出去。
根据不同的应用需求，可以选择不同波长的激光，如近红外、中红外、远红外等。
激光束的发射角度和频率可以根据需要进行调整。
二、粒子散射
当激光束在大气中传播时，会与大气中的粒子（如气溶胶、水滴、冰晶等）发生散射。
根据瑞利散射理论，散射光的强度与入射光的波长四次方成反比，因此选择适当的波长可以增强散射信号，提高探测的灵敏度。
散射粒子的尺寸和浓度分布决定了散射光的空间分布和强度，因此通过测量散射光的特性可以反演大气的参数。
三、回波探测
激光雷达通过接收散射光回波信号来探测大气参数。
回波信号的强度、波长和传播时间等参数可以通过光电探测器进行测量。
回波信号的强度与散射粒子的浓度和尺寸有关，波长和传播时间则与大气折射率和消光系数有关。
通过对回波信号的测量，可以获取大气的温度、湿度、气压、气溶胶浓度等信息。
四、数据处理与分析
激光雷达获取的回波信号需要进行数据处理和分析才能得到大气参数。
数据处理主要包括去除噪声干扰、提取有效信号、校正光学系统误差等步骤。
分析则涉及利用物理模型和算法对数据进行反演，得到大气的温度、湿度、气压、气溶胶等参数的空间分布和时间变化。
数据处理和分析的结果可以用于气象预报、空气质量监测、气候变化研究等领域。
综上所述，激光雷达通过激光发射、粒子散射、回波探测和数据处理与分析等步骤来探测大气参数。
这种技术具有高精度、高分辨率和高灵敏度的优点，可广泛应用于气象、环境监测等领域。
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。
大气对激光的散射
6
考虑最一般情况，一个电荷沿一直线作振幅很小的的上下加速运动，在与 运动轴成 角方位的电场就沿着与 视线垂直的方向，并在包含加速度 与视线的平面内。设距离为 r，那 么在 t 时刻电场的大小为
E（t ) qa(t r / c) sin 4 0c 2 r
（ 12）
其中 a( t-r/c ) 是 ( t-r/c ) 时刻的加速度，叫做推迟 加速度。
d [dPs ( )] I（ （ s ） ）ns P i ( ) dx d
（4）
4
（ 式中，I（ 是散射的辐射强度； 是比例系数，它是散射角 和波长的函数； ） s ） ns 是散射粒子浓度；Pi ( )dx 是入射到厚度为 dx 的元体积上的某一波长激光的 光束功率。将上式改写为
图 1 两类散射模型的强度分布
其实质是大气分子或气溶胶等粒子在入射电磁波的作用下产生电偶极子或多极 子振荡，并以此为中心向四周发出与入射波频率相同的子波，即散射波。散射 波的能量分布同入射波的波长、强度以及粒子的大小、形状和折射率有关。
2
对一波长为 λ 的单色激光光束，在不均匀媒介内传播距离X后，由于纯散 射作用，将使光束沿 x 方向衰减为
图 2 电荷产生的电场
假设电荷按非相对论性的任何方式作加速运动，由此我们计算加速电荷所 辐射的总能量。
q 2 a '2 sin 2 S 0cE 16 2 o c3r 2
2
（ 13）
S 是能流密度，就是在 方向每平方米所辐射的功率。注意到它与距离平方成 反比，要求出向所有方向辐射的总能量，则必须对上式所有方向积分。
13
参考文献： 《激光雷达技术》上册，戴永江 《费曼物理学讲义》第一卷，郑永令等 《大气散射》地理国情监测云平台网站
气象雷达知识点
气象雷达知识点什么是气象雷达？气象雷达是一种用于探测大气中的降水、云和其他气象现象的仪器。
它通过发射微波信号并接收其反射信号来实现对大气的观测。
气象雷达能够提供关于降水的位置、强度、类型和移动方向等信息，对气象预报和天气监测非常重要。
气象雷达的工作原理气象雷达的工作原理基于雷达回波的测量。
雷达通过发射微波信号，当这些信号遇到大气中的降水或云等物体时，会被散射和反射回来。
雷达接收到这些反射信号后，根据信号的强度、频率和相位等参数，可以确定降水的位置和强度。
气象雷达的分类气象雷达可分为两类：天气雷达和气候雷达。
天气雷达主要用于短期天气预报，可以提供降雨、风暴和冰雹等天气现象的信息。
而气候雷达主要用于长期气候研究，可以观测大范围的降水和云的变化。
气象雷达的应用1.天气预报：气象雷达可以提供实时的降水信息，帮助气象预报员预测未来几小时的天气情况。
这对于农业、航空、交通等领域的决策非常重要。
2.水资源管理：气象雷达可以监测降雨情况，帮助水资源管理部门进行水文预报和水库调度，以应对洪水和干旱等水灾。
3.气候研究：气候雷达可以提供长期的降水和云的变化数据，帮助科学家研究气候变化、气候模式和气候预测。
4.气象灾害预警：气象雷达可以及时监测到雷暴、暴雨和冰雹等极端天气现象，提前发出预警，以减少灾害损失。
气象雷达的局限性和挑战尽管气象雷达在天气预报和气候研究中具有重要作用，但它也存在一些局限性和挑战：1.盲区问题：气象雷达的微波信号在传播过程中会受到地形、建筑物和植被等障碍物的影响，导致某些区域无法接收到雷达回波信号，形成盲区。
2.分辨率限制：气象雷达的分辨率有限，无法准确观测小尺度的降水和云的变化，对于短时强降水和小范围的气象现象预测存在一定难度。
3.数据处理和分析：气象雷达产生的数据量大，需要进行复杂的处理和分析才能得出有用的信息。
这对于数据科学家和气象预报员的技术要求较高。
4.新技术发展：随着新技术的发展，如卫星遥感和雷达图像处理算法的改进，气象雷达正面临着来自其他观测手段的竞争和挑战。
第十章_第一次课_气象雷达
第一节 气象雷达对目标的探测 一、雷达探测的基本知识
雷达探测的原理
雷达是以向空间发射电磁波，并检测来自目标的回波的方式来判断 目标是否存在以及目标的空间位置。
收发开关
发射机
接收机
图像处理
显示器
雷达工作示意图
一、雷达探测的基本知识
气象雷达的种类 用于进行气象探测的雷达叫气象雷达，根据用途不同可分为四类： 1、天气雷达 3、多普勒气象雷达 2、测云雷达 4、机载气象雷达
一、雷达探测的基本知识
雷达的显示 目标距离的测定 L = C△t/2 目标方位角和仰角的测定 气象目标的方位角和仰角的测定，是依靠天线的方向性来实现。 雷达显示 平面位置显示（PPI） 距离高度显示（RHI）
一、雷达探测的基本知识
影响雷达探测的主要因素 回波涨落的现象 粒子间距离比粒子本身尺度大得多，相互独立、无规则分布。 距离对回波的影响 气象目标的回波功率随距离的增加而减小，且回波功率有下届。 衰减对回波的影响 电磁波能量沿传播路径减弱的现象为衰减。电磁波被散射、吸收。 地球球面和大气折射对雷达回 波的影响 地球表面是球面，雷达探测距离受到限制。 大气折射指数分布的不均匀，电磁波发生折射现象。
其他类型降水回波
雪、冻雨和沙尘暴等的回波。
ห้องสมุดไป่ตู้
二、雷达回波的识别
非降水回波 云的回波 云回波的主要特征是强度弱、底部不及地。 层（波）状云 对流云
雾的回波 雾滴和云滴一样粒子比较小，回波弱。
三、雷达图上的雨带分析
非降水回波 暖风雨带 冷锋雨带
对流云降水带
零散阵雨 阵雨线 雷暴区 强风暴
一、雷达探测的基本知识
天气雷达对气象目标的探测 只要物体具有导电能力，就能对入射的电磁波产生一定程度的反射。 对降水区的探测 水是一种导体，液态的水滴具有良好的导电性。 对降雨区而言，雨滴的直径越大，所产生的雷达回波越强。 人们常用"dBZ"来表示反射率因子的大小。 对湍流的探测 天气雷达是通过与湍流夹杂在一起的水滴反射雷达波的多普勒 效应而检测湍流的。
衰减系数定义
衰减的一般规律
考虑一小段距离dR上的衰减：
衰减系数
d Pr 2kL P r dR
接收功率 的减少值 实际接收 功率
衰减系数定义：
d Pr kL 2 Pr dR
物理意义：由于衰减作用，单位接收功率在 大气中往返单位距离时所衰减掉的能量。
衰减因子K和衰减系数kL之间的关系
总衰减系数
Pr Pr 0 K
k L dR 0 P r P r 0e 2
R
K 分贝：
接收功率的衰减
10 lg
R Pr 2 4.343k L dR 0 Pr 0
1 长度
衰减系数
k 4.343kL
R Pr 10 lg 2 kdR 0 Pr 0
分贝 距离
衰减的一般规律有
总衰 减系 数
从电磁场理论 吸收截面 散射截面 衰减截面 可表示为：
2 P Qt t Re (2n 1)(an bn ) Si 2 n 1
Ps 2 Qs Si 2
(2n 1)( a
n 1
2
n
bn )
2
Pa Qa Qt Qs Si
云、降水粒子的衰减系数
8 2 r 3
瑞利近似下云的衰减系数
ktc 0.4343 Ni Qti 0.4343 Ni Qai
i i
m2 1 3 0.4343 Im 2 N r i i m 2 i
8 2
引入云中含水量
M 3 N i ri 0 4 i
3
云滴谱
（3）考虑衰减的意义：由于衰减，使回波图像、定量
测量情况与实际情况之间出现偏差，造成回波的失真。 了解衰减对雷达探测的影响，对于正确使用回波资料是 十分重要的。