雷达气象总复习

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？

当 α <0.13时，发生瑞利散射

当 α >0.13时，发生米散射

当θ = 0º 或 180º 时.表明粒子的前向和后向散射为最大;

当θ = 90º 或 270º 时.表明粒子没有侧向散射。

若θ = 0º 或 180º，则表明其在 Y-O-Z 平面内各向同性散射。

4) 什么是米散射及米散射的特点？

散射波的能流密度是各向异性的，大部分散射能量集中在θ = 0º 附近的向前方向上，且α 值越大，向前散射的能量占全部散射能量的比重越大；

2r

D ππαλλ

==其中λ 为雷达波长， r 为粒子半径， D 为粒子直径

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η？

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Z 及与雷达反射率的差异？

A.雷达反射率与波长有关

B.雷达反射率因子与波长无关，大小只取决于云雨滴谱的情况

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

60()(1.29)

Z n D D dD ∞

=⎰

02

220.222231101024(ln 2)2R kdR t r PG h m P Z R m θϕψπλ--⎰=⨯+， 各物理参数的意义。

Pr ：雷达回波功率，Pt ：雷达发射功率，G 天线增益，θ水平波束宽度，ψ垂直波束宽度，h 脉冲宽度，λ波长，Ψ充塞系数，R 目标物到雷达的距离，m 负折射指数因子，Z 雷达反射率因子，k 衰减系数

7) 说明雷达气象方程中各物理参数在雷达探测中的作用。

a 关于发射功率P r

增大发射机的功率要视具体情况而定。

b 关于脉冲宽度 h

增大 h ，回波功率增大，可以提高探测距离；

增大 h ，使雷达的分辨率降低，盲区增大；

解决办法：或者采用适当的脉冲长度，或者采用可变的脉冲长度。

c 关于波束宽度

增大波束宽度不仅会使天线发射的能量更加分散，减弱回波能量；而且很难保证距离较远处的充塞程度；

d 关于天线增益 G

增大天线增益是提高雷达探测能力的一个重要途径，

但在波长不变的情况下提高其几何截面积可以实现 G 的增大，但太大又使其转动性能、抗风能力下降；

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。

3) 折射指数N 随气压P ,水汽压e 的增大而增大，随温度的减小而增大。

4) 实际大气的N 值一般随高度的增加而减小。

5) 什么是等效地球半径'

m R ？

由于大气折射，雷达波的传播路径通常是弯曲的，不利于计算和分析。为此，假设地球半径m R 加大到某一数值'm R ，使得电磁波在以'm R 为半径的球面上沿直线传播时的最大探测距离与其

在真实地球表面沿曲线传播时的最大探测距离相同，则称

'

m

R为等效地球半径。

6) 常用的折射指数单位，除了N单位外，还有M单位和B单位。

7) 用文字描述或示意图方式，解释说明雷达电磁波在大气中折射的几种形式，及每种折射形成的条件。

第5章雷达探测能力和精度

1) 用测高公式

2

sin

2'

m

R

H h R

R

δ

=++,计算下面两种情况回波的高度H。

1：雷达架设高度为158m，在标准大气折射情况下，即等效地球半径为8500km，在1.0度仰角的PPI回波图中，有一强回波，回波的位于（32度，150km），请计算该回波的高度H（四舍五入保留小数点后两位）。sin(1.0)0.018sin(32.0)0.530

≈≈

2：雷达架设高度为1.2km，在临界大气折射情况下，在0.0度仰角的PPI回波图中，有一强回波，回波的位于（15度，100km），请计算该回波的高度H（四舍五入保留小数点后两位）。sin(15.0)0.259

≈

2) 什么是雷达分辨率？

雷达在屏幕上所能分辨的两个目标物的最小实际距离。

3) 雷达的空间分辨率可以分成径向分辨率和切向分辨率；径向分辨率与脉冲长度等有关；切向分辨率与波束宽度等有关；

4) 一般来说雷达的径向分辨率要比切向分辨率高。

第7章雷达定量测量降水

1) 解释说明雷达估测降水的原理。