C波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参量应用分析
一次极端特大暴雨天气过程C波段双偏振雷达资料分析
一次极端特大暴雨天气过程C波段双偏振雷达资料分析一次极端特大暴雨天气过程C波段双偏振雷达资料分析暴雨是一种极端天气现象，具有短时间内强降雨、猛烈扰动和广泛影响的特点。
通过对暴雨过程的分析，可以更好地理解其形成机制、特征以及对社会和生态环境的影响。
本文将基于C波段双偏振雷达资料，对一次极端特大暴雨天气过程进行分析。
首先，我们需要了解C波段双偏振雷达在暴雨过程中的应用。
C波段双偏振雷达是一种主要用于天气雷达观测的仪器，可以获取降水粒子的垂直和水平分布特征。
通过观测降水粒子的偏振信号，可以对不同类型的降水粒子进行识别和定量化分析。
以某地区一次极端特大暴雨为例，分析该过程中降雨的分布特征和演变规律。
在暴雨发展初期，C波段双偏振雷达可以观测到大量的小尺度回波信号，表明降雨开始发展。
通过分析垂直剖面图，可以发现暴雨云体的顶部高度较高，降水粒子的聚集程度较低，说明降雨过程处于初期阶段。
随着时间的推移，降雨逐渐加强。
C波段双偏振雷达可以观测到回波信号强度的增加以及降水粒子的聚集度的提高。
根据水平偏振率的变化，可以判断降水粒子的形态和类型。
在暴雨过程中，通常会出现强降雨和冰雹等极端天气现象。
通过分析雷达的差分反射率和差分相位，可以精确识别出冰雹区域，并了解冰雹的大小和密度。
另外，C波段双偏振雷达还可以提供降水速度和方向的信息，通过这些信息可以研究风场对降雨的影响。
风场对暴雨过程的发展和演变起着重要的作用。
通过分析降水速度和降水方向的变化，可以了解暴雨过程中风的强度和变化态势。
同时，还可以通过雷达回波的时序监测和数据对比，分析降水带的移动路径和速度，为预警和防灾工作提供参考。
最后，C波段双偏振雷达还可以提供云滴和降水粒子的尺寸和分布特征。
通过分析雷达的差分反射率和差分相位，可以判断不同粒径的降水粒子在不同高度上的分布。
通过建立降水粒子粒径谱，可以定量计算降水粒子的数量和粒径分布。
这些信息对于研究暴雨过程的强度、持续时间和空间分布具有重要意义。
多普勒天气雷达原理与业务应用
多普勒天气雷达原理与业务应用摘要：多普勒雷达是世界上目前为止最先进的雷达，有“超级千里眼”之称。
相较于传统天气雷达，多普勒天气雷达能够监测到与地面垂直距离在8－12公里范围内的对流云层的产生和变化，能够判断云层的移动速度，对于天气的预报结果而言会极大的减小误差。
为了对天气进行精准预测，各类型的天气探测设备不断涌现，本文主要是对多普勒天气雷达的原理和应用范围进行简单分析。
关键词：多普勒天气雷达、原理、应用引言：随着科学技术的发展和社会的进步，人们对不可控事物的掌控欲望逐步增强。
天气的变化是影响人们劳作、改变人们生活规律的主要原因，以前天气的不可预测性使人们不能够根据天气进行合理的劳作安排。
因此人们开始向探测天气方面进行研究，多普勒天气雷达是目前为止最有效的天气探测设备。
其应用范围宽泛，探测效果优良。
天气雷达的工作原理和普通的雷达一样，通过定期向高空发射电磁脉冲，之后通过接收器接受被高空气象反射回来的电磁脉冲，并通过计算机进行处理和显示，达到探测天气的目的。
1842年，奥地利数学家多普勒在经过铁路交叉处时，发现了火车由远及近时汽笛声变响，反之亦然。
他对这种现象进行研究，研究表明这种现象时由于震源与观察者之间产生了相对运动。
后人为了纪念，将这种现象称之为多普勒现象。
二十世纪七十年代以来，多普勒效应被广泛用于武器火控和天气探测等方面。
多普勒天气雷达比一般天气雷达发射的电磁脉冲波长更短，并且能够在探测降雨位置、强弱基础上可以帮助分析天气的性质以及对流天气等[1]。
多普勒天气雷达的主要应用领域1.强对流天气的监测和预警强对流天气包括雷暴、雷暴大风、冰雹、暴雨和龙卷风等天气现象。
一般而言，强对流天气都是危险天气，对于人们的日常生活和社会生产会产生重大影响。
因此对于强对流天气的监测显得尤为重要，多普勒天气雷达对于研究强对流天气具有重要意义。
对于风暴的研究，不同的角度具有不同优劣性，从简单的二维回波区域到具备显示具有物理意义的三维虚拟体，为强对流天气的跟踪和提前预测展开了新的发展层面。
C波段双偏振天气雷达降雨和部分地形遮挡衰减订正研究
C波段双偏振天气雷达降雨和部分地形遮挡衰减订正研究C波段双偏振天气雷达降雨和部分地形遮挡衰减订正研究摘要：天气雷达是一种关键的天气监测和预测工具。
然而，雷达回波受到各种因素的影响，其中地形遮挡是影响雷达测量降雨的重要因素之一。
本文针对C波段双偏振天气雷达的降雨测量以及部分地形遮挡引起的衰减现象进行了研究。
通过分析地形对雷达回波的影响，开展了相应的订正方法研究，并通过实验验证了该方法的有效性。
1.引言天气是人类生活中重要的自然要素之一，而天气雷达则是监测和研究天气变化的重要工具之一。
C波段双偏振天气雷达由于较低的工作波长，在降雨测量方面具有较好的性能。
然而，地形的存在会对雷达回波产生遮挡，从而影响降雨的测量结果。
2.地形遮挡的衰减效应地形的存在会导致雷达波束发射和接收信号的部分被山体所遮挡，从而降低雷达的探测能力。
这种遮挡效应不仅影响雷达回波的强度，还会改变回波的极化特性，进而影响对降雨的定量测量。
3.C波段双偏振雷达测雨原理C波段双偏振雷达通过测量雷达回波的强度和极化特性来对降雨进行测量。
强度反映了雨滴的体积和浓度，而极化特性则反映了雨滴的形状和组织结构。
在测量中考虑地形遮挡衰减后，可以更准确地反映实际的降雨情况。
4.地形遮挡对C波段双偏振雷达测雨的影响通过实地观测和数值模拟分析，可以发现地形的存在对C波段双偏振雷达测雨造成了明显的影响。
在遮挡区域，雷达回波的强度较弱，同时极化特性也发生了变化。
这种影响会导致对降雨的测量产生误差。
5.地形遮挡衰减订正方法研究针对地形遮挡引起的衰减现象，可以通过采取一系列的订正方法来改进雷达测量。
例如，可以利用数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)来对地形进行准确建模，并引入雷达回波的修正因子来消除地形遮挡引起的影响。
6.实验验证通过在真实的地理环境中设置观测场景，利用C波段双偏振雷达进行实地观测，对比未进行地形遮挡衰减订正前后的测量结果，可以验证订正方法的有效性。
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计
分析全固态双线偏振多普勒天气雷达系统设计全固态双线偏振多普勒天气雷达系统是一种先进的天气检测设备，具有高分辨率、高灵敏度、高精度的特点，能够实时监测大气中的降水、风暴和其他天气现象。
本文将对全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的设计进行分析，包括系统组成、工作原理、技术特点和应用前景等方面。
一、系统组成全固态双线偏振多普勒天气雷达系统由以下主要部分组成：天线、发射机、接收机、信号处理模块、控制模块等。
1. 天线：全固态双线偏振多普勒天气雷达系统采用双线偏振天线，能够同时接收垂直和水平方向的电磁波，从而实现对降水微物理参数的探测和分析。
2. 发射机：发射机是全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的核心部件，通过发射一定频率和功率的微波信号，形成雷达波束，与大气中的降水粒子发生散射并返回，实现降水的探测。
3. 接收机：接收机用于接收来自大气中散射的雷达信号，并将信号转换成数字信号，然后传输给信号处理模块进行处理和分析。
4. 信号处理模块：信号处理模块是全固态双线偏振多普勒天气雷达系统中的关键模块，能够实现对接收到的雷达信号进行距离、速度和功率的处理，从而实现对大气中降水的无损探测。
5. 控制模块：控制模块用于实现对全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的控制和监测，包括雷达系统的开关、校准、故障诊断和数据传输等功能。
二、工作原理全固态双线偏振多普勒天气雷达系统的工作原理是基于雷达波束与大气中降水粒子的相互作用。
具体而言，当雷达波束与降水粒子发生相互作用时，会产生散射现象，散射回来的信号经过接收机接收后，通过信号处理模块进行处理和分析，最终得到降水的距离、速度和粒子大小等参数。
三、技术特点全固态双线偏振多普勒天气雷达系统具有以下技术特点：1. 高分辨率：全固态双线偏振多普勒天气雷达系统能够实现对降水的高分辨率探测，可以精确地测量降水的位置、速度和粒子大小等参数。
4. 全固态设计：全固态双线偏振多普勒天气雷达系统采用全固态设计，具有结构简单、可靠性高、维护成本低等优点，具有较长的使用寿命和良好的稳定性。
最新双偏振雷达产品和应用介绍
Beijing Metstar Radar Company
15
CC产品显示融化层
C波段雷达CC产品 样例，7.5度仰角
CC产品清晰显示融 化层的分布
Beijing Metstar Radar Company
16
差分传播相移ΦDP
水平和垂直通道相位差 电磁波在雨中传播速度变慢 水平极化的电磁波传播相比垂直慢一些
10
ZDR与冰雹
dBZ大，但ZDR小是冰雹存在一个显著的特征
Beijing Metstar Radar Company
11
ZDR产品
C波段雷达ZDR产 品样例，ZDR大的 区域对应降水强的 区域
Beijing Metstar Radar Company
12
协相关系数(ρHV/CC )
描述水平和垂直极化的回波信号变化的相似度
双偏振雷达产品和应用介绍
目录
双偏振原理 双偏振二次产品 升级双偏振的优势 业务兼容性设计
Beijing Metstar Radar Company
2
1 双偏振原理
Beijing Metstar Radar Company
3
为什么要双偏振？
雷达方程以球形粒子为假设条件，但实际上粒子并非总 是球形。
水平通道的信号用于生成单偏振数据，而双通道信 号之间的差异是双偏振雷达的关键： 双通道幅度差 系统要求双通道幅度差<0.2dB 双通道相位差 系统要求双通道相位差<2度
Beijing Metstar Radar Company
6
粒子双偏振差异表现在
后向散射特征不同 ZDR-反射率在不同极化方向上的差别 LDR-反射率在不同极化方向上的交叉转化
C波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参量应用分析
C波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参量应用分析C波段双偏振多普勒天气雷达的原理主要包括发射系统、接收系统和信号处理系统三部分。
发射系统通过天线向大气中发射一束电磁波，波长通常在2-4厘米之间。
接收系统接收被大气散射回来的电磁波，其中包含了与水滴、冰晶等天气粒子的相互作用信息。
信号处理系统对接收的电磁波进行处理和分析，提取出天气现象的相关信息，如降水率、降水类型、风速、风向等。
C波段双偏振多普勒天气雷达的主要应用之一是降水类型的判别。
偏振参数可以用来区分不同类型的降水，如雨、雪、冰雹等。
一般来说，雨滴的偏振特性与雪花和冰晶有所不同，因此可以通过观测不同偏振参数的变化来区分不同类型的降水。
例如，线偏振比参数可以用来判断降水中的冰晶含量，而差分反射率可以用来反映降水类型的不均匀性。
另外，C波段双偏振多普勒天气雷达还可以用于测量降水的强度和速度。
降水强度可以通过测量反射率来估计，而降水速度可以通过多普勒频移来计算。
多普勒频移是由于降水粒子的运动引起的频率变化，可以通过测量接收到的电磁波的频率来确定。
通过对多普勒频移的分析，可以得到降水中的风速和风向等信息。
此外，C波段双偏振多普勒天气雷达还可以用于探测风暴等大气现象。
风暴具有强烈的垂直运动和雷暴活动，这些现象在雷达观测中通常表现为强反射信号和强多普勒频移信号。
通过分析不同偏振参数的变化，可以获得风暴的空间结构和演变特征，从而提供强对流天气的监测和预警。
总而言之，C波段双偏振多普勒天气雷达通过观测和分析不同的偏振参数，可以用于判别降水类型、测量降水强度和速度，以及检测风暴等大气现象。
这些信息对于天气预报和气象灾害预警具有重要意义。
6多普勒天气雷达原理与应用
6多普勒天气雷达原理与应用多普勒天气雷达是一种利用多普勒效应来探测降水、风速和风向等气象参数的雷达，广泛应用于气象预报、水资源管理、防灾减灾等领域。
下面将从多普勒天气雷达的原理和应用两个方面进行详细介绍。
一、多普勒天气雷达原理：多普勒天气雷达利用物体回波的多普勒频移来测量物体的运动状态。
其原理可以通过以下几个步骤来理解：1.信号发射与接收：雷达通过天线向大气中发射脉冲信号。
脉冲信号是一种特殊的波形，其特征是能够精确测量反射信号的时延。
雷达波束探测的范围称为体积样积分区（VCP）。
2.对流层的多次散射：当雷达脉冲信号遇到大气中的物质（如雨滴、冰晶等）时，部分能量会被这些物质散射反射回来，形成回波。
3.多普勒频移的测量：回波信号中包含了大气物质运动的信息。
相对于静止的物体而言，当物体以一定速度向雷达或远离雷达运动时，回波信号的频率会发生变化，这就是多普勒频移效应。
4.频谱分析与信号处理：雷达对回波信号进行频谱分析，可以得到回波信号频率的分布情况。
通过计算信号的频移量，可以得到大气物体沿径向的速度和方向。
二、多普勒天气雷达的应用：多普勒天气雷达主要应用于气象预测、水资源管理和防灾减灾等领域，具有以下几个方面的应用：1.气象预报：多普勒天气雷达可以精确测量降水的强度、区域分布和降雨类型（如雨、雪、冰雹等），有助于提高天气预报的准确性。
通过观测和分析雷达回波，可以及时预警并预测强降水、洪水、暴风雨等极端天气事件，为防范和减轻灾害提供重要数据支持。
2.水资源管理：多普勒天气雷达能够实时监测和测量降水的强度和分布，在水资源管理中起到重要作用。
通过对降水数据的分析，可以为城市供水、水库调度、灌溉农业等方面的决策提供准确的水资源量和雨量预测信息。
3.风速与风向测量：多普勒天气雷达还可以测量大气中的风速和风向。
利用雷达的多普勒频移原理，可以从回波中获取风场流场的信息，包括垂直风速的分布、风向的变化等，为气象、航空、海洋等领域提供有关风的数据。
C波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参量应用分析
总753期第十九期2021年7月河南科技Journal of Henan Science and TechnologyC波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参量应用分析郭桐1柳东慧2（1.庆阳市气象局西峰雷达站，甘肃庆阳745000；2.庆阳市气象局，甘肃庆阳745000）摘要：双偏振多普勒天气雷达是现今气象监测的重要手段。
本文主要介绍了双偏振多普勒天气雷达的工作原理，并对其主要偏振参量进行分析，了解其独有的物理意义和实际中的应用方法。
关键词：双偏振多普勒天气雷达；偏振参量；差分反射率；双程差分传播相位；双程差分传播相位常数中图分类号：P412.25文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）19-0140-03 Analysis of Principle and Application of Main Polarization Parameters of C-band Dual-Polarization Doppler Weather RadarGUO Tong1LIU Donghui2（1.Xifeng Radar Station of Qingyang Meteorological Bureau，Qingyang Gansu745000；2.Qingyang Meteorological Observatory，Qingyang Gansu745000）Abstract:Dual polarization Doppler weather radar is an important means of meteorological monitoring.This paper mainly introduces the working principle of dual polarization Doppler weather radar,analyzes its main polarization pa⁃rameters,and understands its unique physical significance and application method in practical application. Keywords:dual-polarization Doppler weather radar；the polarization parameters；differential reflectance；two way differential propagation phase；two way differential propagation phase constant双偏振多普勒天气雷达主要用来探测各种天气现象和气象要素数据，是目前世界上最先进的天气监测设备，在气象预报预警尤其是降水、强对流天气等方面发挥着重要作用。
双偏振雷达产品和应用介绍
双偏振数字中频模块
高度集成化的多通道模块，集成度的提高降低故障率，大大增强和扩展了信号处理能力。
高度集成化数字中频/信号处理模块。多通道，16位A/D，实时处理4K以上距离库数据； I/Q数据通过网线传输至主机，可实时存档I/Q数据；
发射机Burst信号采样和订正
CC产品显示融化层
Beijing Metstar Radar Company
*
CC产品清晰显示融化层的分布
C波段雷达CC产品样例，7.5度仰角
水平和垂直通道相位差
差分传播相移ΦDP
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电磁波在雨中传播速度变慢
水平极化的电磁波传播相比垂直慢一些
01
02
Beijing Metstar Radar Company
ZDR产品
Beijing Metstar Radar Company
*
C波段雷达ZDR产品样例，ZDR大的区域对应降水强的区域
协相关系数(ρHV/CC )
*
描述水平和垂直极化的回波信号变化的相似度 高CC 低CC
Beijing Metstar Radar Company
*
每个仰角更新，提供实时不同方位的融化层高度信息；
融化层高度信息有助于分析雷达数据，尤其是区分固态和液态粒子；
粒子相态分类产品HCL
Beijing Metstar Radar Company
*
算法输入： 双偏振基数据：Z、ZDR、V、CC、PDP、KDP等6种数据。 算法输出： 地物杂波（GC，Ground Clutter） 生物杂波（BI， Biological Scatters） 干雪（DS， Dry Aggregated Snow） 冰水混合物（WS， Wet Snow） 冰晶（IC， Ice Crystals） 霰（GR， Graupel） 大雨滴（BD， Big Drops） 小雨滴（RA， Light and Moderate Rain） 强降雨（HR， Heavy Rain） 冰雹（RH， Mixture of Rain and Hail）
2DU简介双偏振多普勒天气雷达原理与应用 PPT课件
4、交替发射工作方式时的回波采样情况。如图6所 示：
ZH1 ZH3 ZH2i-1
ZV2 ZV4 ZV2i
图6 交替发射方式的回波采样信号时间序列示意图
（二）、功分后双发双收双偏振体制（也 称同时单发、双收体制）
1、含义图3 2、同时发射方式示意图。
。
3、同时发射工作方式的回波采样情况，如4所示
波功率 （或 ），通过旋转小椭球粒子群时的雷达气象方 程经距离订正后获得， 2、非球形粒子，为什么会产生ZH与ZV的差异 （1）先从单个非球形（如椭球）粒子看，当满足瑞利条件 时，见下图所示的极化情况，就造成ZH≠ZV，ZDR≠0。
图7 圆球及扁旋转椭球极化示意图
（2）实际回波来自一个有效照射体V*内所有粒子的后向 散射产生的功率，这就要考虑一群粒子的数量、大小、 形状及取向等情况。故ZH与ZV的差异，是一群非球形粒子所造成 。 （3）要获得ZH与ZV，还必须先建立适用于非球形粒 子群、在不同偏振波照射下的雷达气象方程。并且还要 考虑非球形粒子群旋转轴在空间的不同取向。
里
即KDP是双程传播相位变化值φDP随距离的变化程度。 2、若 (rm) 与 (rn) 不是相邻两库的距离，而是相隔较远的两个库之
间的距离，则KDP代表该降水段上的平均值。 3、KDP值的大小：一般KDP＜1°/Km，但含有冰核的大雨滴，KDP
（五）双线偏振雷达的退极化因子LDR
1、LDR的定义为：
（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（可包含非球形粒子组成），散射 回天线处的相位分别为φHH及φVV，则定义： φDP=φHH -φVV=δ+ ɸdp
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C波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参量应用分
析
C波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参数应用分析
一、引言
雷达技术是现代气象学中非常重要的观测手段之一，可以提供大气中降水、风场以及悬浮颗粒物等信息。
而C波段双偏振多普勒天气雷达作为目前气象雷达中应用较多的类型之一，具备了高分辨率、高灵敏度等优势。
本文将详细介绍C波段双偏振多普勒天气雷达的原理及其主要偏振参数的应用分析。
二、C波段双偏振多普勒天气雷达原理
C波段双偏振多普勒天气雷达是基于双偏振技术的，通过观测目标散射的双向偏振特性，来获得降水和颗粒物的物理参数。
其基本工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 天线发射和接收信号
C波段双偏振多普勒天气雷达的天线首先发送一个具有一定频率和极化状态的微波波束，这个波束会与大气中的目标相互作用，然后被目标散射回来。
2. 接收信号的极化分离
雷达接收到回波信号后，首先需要进行极化分离，将水平极化和垂直极化信号分离出来，以获得目标的双向极化特性。
3. 目标退偏振比计算
在完成极化分离后，可以利用修正的双偏振天线系数，计算目标的退偏振比。
这个参数可以描述目标相对于水平和垂直方向的散射强度差别。
4. 目标的径向速度估计
利用多普勒频移原理，可以根据接收到的回波信号的频率偏移，计算出目标在雷达天线方向上的径向速度。
通过多普勒频移，我们可以判断目标是否在向雷达靠近或远离。
5. 目标的径向散射强度估计
利用雷达接收到的信号，可以计算出目标的径向散射强度。
这个参数可以反映目标散射微波的能力，从而进一步了解目标的强度和大小。
三、主要偏振参数应用分析
C波段双偏振多普勒天气雷达的主要偏振参数包括退偏振比和
线性偏振比。
这些参数在气象研究中有着广泛的应用。
1. 退偏振比的应用
退偏振比是衡量目标散射极化特性的重要参数。
在气象雷达中，退偏振比常用于识别和区分不同种类的降水。
例如，在雷达图像中，雪花和冰雹的退偏振比可以有较大的差异，利用退偏振比可以准确区分这两种降水类型。
2. 线性偏振比的应用
线性偏振比是描述目标散射偏振状态的参数，常用于研究大气散射的机制。
例如，可以利用线性偏振比来分析降水颗粒的形状和大小，进而研究降水的特性和动力学过程。
3. 利用多偏振雷达数据的气象研究
C波段双偏振多普勒天气雷达提供的多偏振数据可以应用于多
种气象研究。
例如，在降水预测方面，可以利用退偏振比和线性偏振比来识别强降水区域，提供更准确的降水预报。
另外，通过分析多偏振雷达数据，还可以研究雷暴云内部的微物理过程，以及降水形成的机制等。
四、结论
C波段双偏振多普勒天气雷达作为一种重要的气象观测手段，
其利用偏振参数来研究大气中的降水和颗粒物具有很高的应用价值。
文章详细介绍了C波段双偏振多普勒天气雷达的原理及其主要偏振参数的应用分析，通过对多偏振雷达数据进行分析，可以提供更准确、更详细的气象信息，为天气预报和气象研究提供有力支持
综上所述，C波段双偏振多普勒天气雷达在气象研究和降
水预测中具有广泛的应用价值。
通过利用退偏振比和线性偏振比等偏振参数，可以准确识别和区分不同种类的降水，分析降水颗粒的形状和大小，以及研究降水的特性和动力学过程。
同时，多偏振雷达数据的分析也可以揭示雷暴云内部的微物理过程和降水形成的机制。
因此，C波段双偏振多普勒天气雷达的
应用为天气预报和气象研究提供了更准确、更详细的气象信息，为气象监测和预测工作提供了有力支持。