第九章 雷达回波的识别和分析(南京信息工程大学 雷达气象学)
雷达回波的识别技术优秀课件.ppt
(二)风速不变、风向随高度变化的各种图象
当风速随高度保持不变时，各种颜色的多普勒速度带 都收敛于显示区的中心，即雷达所在处。多普勒速度 零值带的曲率表明了风向随高度的变化，逆转风产生 一个反型S的零值带而顺转风产生一个S型的零值带。 当风向随高度先顺转后逆转时，S 型带随雷达距离的 增加（高度增加）而转变为反S带。
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
雷达回波的识别技术优秀
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
Perpendicular
（a）环境风场的平面图：固定风速为40海里/小时，风向在地面为 南风（图象中心），均匀地经西南风变为图象边缘处的西风。（b） 相应的单多普勒速度图象。（c）说明如何利用多普勒零值曲线来解 释水平均匀流场的风向。（a）中的箭头长度正比于风速。颜色表示 多普勒速度值：正值（红色，桔黄色）表示离开雷达，负值（绿色， 兰色）表示朝向雷达。
雷达回波的识别技术优秀
风速随高度增加（地面为0）、风向随高度顺转的垂直风廓线（左图） 以及相应的多普勒速度图象（右图）。多普勒速度负值是朝向雷达 而正值是离开雷达，图象东部和西部边缘的颜色突变代表了己被了 混淆的更大的速度值，因为它们超出了±50海里/小时的奈科斯特速 度间隔。雷达位于图象中心。
雷达回波的识别技术优秀
雷达回波的识别技术优秀
Single Doppler Interpretation
雷达回波识别
合肥 7月10日08时
合肥 02 6月27日
合肥 02 6月24日
3.4降雪 特征: PPI 与连续降雨回波类似(分布均匀, 丝缕状),水平范围大, 回波强度弱 10 ~15dBZ RHI:回波顶高比层状云连续降雨高度低,平整
2006年1月18山西临汾
4.非降水回波
4.1云的回波 （1）云滴大小,以测雨雷达为准 （2）回波特征,强度弱 （3）云分类:层云,积云,混合云
7月2日 01：12
2.3同波长干扰
产生原因：近距离有两部以上波长相同的雷达同时工作,一 部雷达发射出来的电磁波能量通过地物或降水的散射，进 入另一部雷达接收机。 特点：单条或多条线状，点线状回波带，从中心以等间隔 呈螺旋状向四周放射。
2.4飞机、船只回波
特点： 点目标，在雷达PPI回波上呈圆点状或者”一”字形
Laughlin, TX (KDLF) Precipitation Mode Bat Roost Rings
(/groups/birdrad/COMMENT.HTM)
2.5海浪回波
形成原因：海水表面张力波和重力波引起的散射和反射，当雷达频 率>=X波段，前者起主导，否则两者都有作用，除非发射频率足够 低，前者可忽略。 特点： 由许多针状组成，呈扇形向外辐射，强度弱且均匀。 影响条件（1）雷达性能参数；(2)海面及风浪情况；(3)雷达探测条件
4.2雾的回波 近地面,比云更弱,类层云.
4.3闪电回波
4.4 晴空大气回波 1.定义:无降水云时的晴空出现回波 2. 回波特征: PPI 圆点状 窄带状,波状 3.产生原因
4.湍流散射回波
大气湍流散射回波与降水回波相似，呈现弥散目 标的特性，引进ŋ（湍流等效反射率因子）描述散射 能力(Tatarski)。
《雷达回波识别分析》课件
03
雷达回波分析应用
天气预报
天气预报是雷达回波分析的重要应用领域之一。通过分析雷 达回波数据，气象学家可以监测和预测天气系统的移动、发 展和消亡，从而为公众提供准确的天气预报和预警信息。
雷达回波分析可以帮助气象学家识别降水系统，如暴雨、冰 雹、龙卷风等，并预测其可能的影响范围和强度。这有助于 提前采取措施，减少灾害损失。
，需要深入研究其传播规律和特性。
多模式、多频段雷达数据融合算法
02
多模式、多频段雷达数据的融合需要发展高效、可靠的算法和
技术，以提高数据融合的准确性和实时性。
雷达回波信号处理和目标识别技术
03
雷达回波信号处理和目标识别技术是雷达回波技术的核心，需
要不断研究和改进，以提高其准确性和可靠性。
雷达回波技术未来发展方向
带宽和存储空间。
03
复原处理
对失真或损坏的回波信号进行 复原，提高信号的可识别性。
雷达回波特征提取
03
幅度特征
频率特征
波形特征
提取回波信号的幅度信息，如峰值、平均 值、方差等，用于描述目标的大小和强度 。
分析回波信号的频率成分，提取出与目标 特性相关的频率特征，如多普勒频移。
描述回波信号的波形形状，如周期、相位 、波形变化等，用于区分不同类型目标。
雷达回波模式识别算法
01
02
03
统计模式识别
基于统计学原理，对提取 的特征进行分类和识别， 如支持向量机、朴素贝叶 斯等。
神经网络模式识别
利用神经网络的自学习能 力，对回波信号进行分类 和识别，如卷积神经网络 、循环神经网络等。
模糊模式识别
利用模糊逻辑和模糊集合 理论，对回波信号进行分 类和识别，如模糊K近邻 、模糊聚类等。
雷达回波识别与分析共83页文档
雷达回波识别与分析
1、合法而稳定的权厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
雷达回波的判断与分析
雷达回波的判断与分析作者：黄强张金凤张会贞来源：《农业与技术》2019年第11期摘要：本文针对不同回波特征进行分析，探讨不同降水系统下雷达回波特征，区分气象回波和非气象回波的差异，以精确分析判断气象雷达回波，为夏季灾害性天气和短视天气预报提供可靠数据资料。
关键词：雷达回波;降水系统;判断分析中图分类号：S163文献标识码：ADOI：10.19754/j.nyyjs.201906150631不同回波特征分析1.1层状云回波在平显上通常要适当抬高仰角才看得到层状云回波，呈均匀片状，回波暗淡、强度弱、边缘模糊犹如薄纱，探测距离约几十公里。
在高显上看回波呈一水平带，底部较平整、不接地，高度为1.4～8.7km（常反映阴天无降水）。
1.2层（波）状云降水回波在平显上，层（波）状云降水回波呈均匀片状，强度弱到中等，范围大，内部没有明显块体结构，边缘发毛，破碎模糊。
在高显上回波顶部平坦，且较均匀常看到0℃层300～1000m 的亮带，高度为3.6～8km（常反映大范围稳定性持续降水）。
1.3对流云回波在平显上回波呈小块状，有时零散孤立，有时排列成带状和不规则形状。
高显上常呈柱状、针状，底部不接地，强度为中等，高度为2.2～4.9km（为无降水）。
1.4阵雨回波在平显上回波呈孤立分散的小块单体或回波群，结构较松，边缘不清晰，单体水平尺度在10km以下，强度中等。
高显上回波呈针状顶部发毛，结构松散，回波高度在7～8km以下，回波底部接地（常反映短阵雨）。
1.5雷雨回波在平显上回波块体结识、肥大、紧密、轮廓清晰、边缘多折，单体水平尺度在10km以上，强度特强，很明亮。
在高显上呈柱状，低的仅5～6km，高的可达17～18km（常反映短暂雷雨）。
1.6雹云回波在平显上块体较大，结构紧密，发展急剧、多棱角、突起或小切口，移动迅速，强度特强，回波单块体范围小于10km。
在高显上强度最大值常出现在高于0℃等温线2～3km以上，云顶很高常在12～13km以上.通常呈针状接地的是阵雨回波，不接地的是对流云回波，平显上看单块体回波范围>10km、高显呈柱状，此回波可判定为雷雨回波。
雷达回波的分析
3.雷达显示
• (1)平面位置显示（PPI）
(2)距离高度显示（RHI）
CTL天气雷达回波的平面显示和高度显示
雷达回波的分析
2019/3/8
第一节 气象雷达对目标的探测
一、雷达探测基本知识
• (一)雷达探测的原理 向空间发射电磁波， 检测来自目标的回波。
雷达回波
雷达发射和接收
基本部件
雷 达 的 天 线
民航使用的 714SDN天气雷达
(二)气象雷达的种类
• • • • 天气雷达 测云雷达 多普勒气象雷达 机载气象雷达
1.天气雷达
• 用于探测降水的发生、发展和移动， 并以此来跟踪降水系统的天气雷达
• 工作波长为3～5cm，它能探测200～ 400• 千米
雷达工作过程示意图
2.测云雷达
• 主要用以探测未形成降水的云层高度、 厚度以及云中物理特性的雷达 • 测云雷达选用比较短的波长
3.多普勒气象雷达
• 利用多普勒效应来测量云和降水粒 子相对于雷达的径向运动速度的气 象雷达 除具有一般天气雷达的功能外，还 可以测出各高度上的风向风速
生活中的多普勒效应
多普勒雷达的探测显示
4.机载气象雷达
• 机载气象雷达是供飞行人员在飞行 中探测航线上的积雨云、雷暴等危 险天气的雷达 • 能有效探测的仅仅是 “湿性”气 象目标 • 气象目标回波在显示器上以多种色 彩显示
机载气象雷达的探测
机载气象雷达的显示
(三)天气雷达对气象目标的探测
1.对降水区的探测
2.对湍流的探测 3.一般的云、雾不能被有效检测
对降水区的探测
• 雷达能透过近距离目标的遮挡发现较 远的目标 • 雨滴的直径越大，产生的回波就越强 湿雪和湿冰雹，能形成很强的回波。 • 干雪和干冰雹对雷达波的反射能力很 差。
第九章 雷达回波识别和分析(南京信息工程大学 雷达气象学)
雷达回波的识别与分析Ø回波探测概述Ø探测内容（回波位置，高度，强度与速度，形状，移向移速，演变趋势）Ø回波分类Ø非气象回波Ø降水回波Ø非降水回波N U I S T201312雷达扫描方式n PPI 扫描。
固定仰角，雷达在360゜方位上做圆锥面扫描。
n RHI 扫描。
固定方位角，雷达在垂直面上做上下扫描。
nVOL 体积扫描。
多仰角PPI 扫描。
N U I S T201312l CAPPI ：等高平面位置显示。
实际工作中需要等高面的回波显示，用体积扫描（不同仰角的一系列PPI 扫描）资料经计算机插值处理而合成。
N U I S T201312dBZ 反射率因子—降水回波的位置、范围、高度、强度、强中心位置、回波形状、结构、性质（气象或非气象）、移向移速、演变趋势。
Vr 径向速度分布—零速线的分布、正负速度的大小和面积、辐合辐散、涡旋、切变线、锋区、逆风区。
（注：此处重点介绍dBZ 的回波特征，Vr 前面已讨论过）N U I S T201312回波位置：PPI 上的距离、方位所对应的地理位置l注意：由于衰减作用，无回波处未必无降水；地物遮挡影响最大探测距离回波高度：RHI 上读出；PPI 上算出（测高公式）回波强度：dBZ 色表分档标出回波速度：Vr 色表分档标出回波形状：涡旋状、均匀片状、零散孤立、絮状、带状、钩状、指状N U I S T201312N U I S T201312N U I S T201312N U I S T201312N U I S T201312回波性质气象回波降水非降水非气象回波探测内容回波回波层状云降水混合云降水对流云降水云、雾晴空湍流地物、超折射飞机船只海浪旁瓣假回波同波长干扰NUIST2131214：30N U I S T20131215：12N U I S T20131215：37N U I S T20131215：55N U I S T20131216：07N U I S T20131216：13N U I S T20131216：19N U I S T20131216：25N U I S T20131216：31N U I S T20131216：37N U I S T20131216：43N U I S T 20131216：49N U I S T 20131216：55N U I S T 20131217：02N U I S T 20131217：08N U I S T 20131217：14N U I S T 20131217：20N U I S T 201312N U I S T 201312N U I S T 201312N U I S T 201312N U I S T201312N U I S T201312回波分类l 非气象回波——非气象目标物对电磁波的散射或反射以及由于雷达性能引起的虚假回波。
南京信息工程大学雷达气象总复习_
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。
160多部新一代多普勒天气雷达。
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、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。
、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 3cm 左右6、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。
7、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。
8、雷达截面也称作后向散射截面，它的大小反映了粒子粒子的后向散射能力越强。
9、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；10、造成雷达电磁波衰减的物理原因是散射和吸收。
11、造成雷达电磁波衰减的主要物质有大气、云和降水。
12、水汽和氧气对电磁波的衰减作用主要是吸收 13、云滴对雷达波的衰减随雷达波长得增加而减小。
14、雨对雷达波的衰减一般与降水强度成近似的正比关系15、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。
16、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。
17、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。
的传播速度不同而引起的。
N 随气压P,水汽压e 的增大而增大，随温度的减小而增大。
N 值一般随高度的增加而减小。
N 单位，还有M 单位和B 单位。
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22、一般来说雷达的径向分辨率要比切向分辨率高PPI 扫描是固定仰角，雷达在360度方位上做圆锥面扫描。
VOL 体扫描，多仰角PPI 组合扫描。
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NUIST 201312
NUIST 201312
层状云连续性降水——片状回波
201312 l 层状云降水又称为稳定性降水或连续性降水，通常是 由于大范围空气缓慢上升而成云致雨的。这种降水的 特点是降水区的水平尺度较大、持续时间较长、强度 比较均匀和随时间变化比较缓慢。
l 回波特征
n PPI回波特征：分布成片，面积较大，边缘模糊， 结构均匀，相对较弱（一般在20－30dBZ）；
雷达回波的识别与分析
Ø回波探测概述
12 Ø探测内容（回波位置，高度，强度与速度， 3 形状，移向移速，演变趋势） 01 Ø回波分类 2 Ø非气象回波 IST Ø降水回波 NU Ø非降水回波
探测内容
201312 雷达扫描方式
n PPI扫描。固定仰角，雷达在360゜方位上做圆锥面扫描。 n RHI扫描。固定方位角，雷达在垂直面上做上下扫描。 n VOL体积扫描。多仰角PPI扫描。
NUIST
探测内容
201312 l CAPPI：等高平面位置显示。实际工作中需要等高面的 回波显示，用体积扫描（不同仰角的一系列PPI扫描） 资料经计算机插值处理而合成。
NUIST
探测内容
dBZ 反射率因子—
2 降水回波的位置、范围、高度、强度、强中心位置、回波 1 形状、结构、性质（气象或非气象）、移向移速、演变趋
高；
NUIST 201312
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非气象回波
201312 超折射回波 l 特点：发生超折射现象时产生的回波，实为远处的地物回 波，范围扩大，波束不断折向地面，所以回波沿着径向呈 辐揍状，远处的回波有间断。 l 气象意义 n 预示着大气低层或中层存在逆温层，即大气比较稳定； n 在降水过程中出现时预示对流已减弱，降水即将终止； T n 长期存在时需要发出环境污染预报； IS n 当有强冷空气入侵时还可能出现强对流天气。 U l 产生超折射回波的气象条件 N n 辐射超折射 n 平流超折射 n 雷暴超折射
T n RHI回波特征：结构均匀，顶部平整，相对起伏较 IS 小（相对于对流云降水），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
NU 直尺度大得多。
l 天气背景
n 低压、静止锋、地面暖锋、高空低涡、切变线等
NUIST 201312
NUIST 201312
NUIST 201312
T n 旁瓣在PPI上的虚假回波——“枝状回波” ，分布在真实回波 IS 的两侧，并随着真实回波的移动而移动； U n 旁瓣在RHI上的虚假回波 ——“指状回波”，其形状与强回波 N 中心相似；
NUIST 201312
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18：14
探测内容
201312 回波分类
l 非气象回波——非气象目标物对电磁波的散射或反射 以及由于雷达性能引起的虚假回波。
n 地物；超折射（远处的地物）；同波长干扰；飞机，船只，
海浪，假回波。
IST l 气象回波——气象目标物对雷达电磁波的散射或反射 引起的回波。 NU n 降水回波：层状云降水；对流云降水；混合云降水。 n013 Vr 径向速度分布— 2 零速线的分布、正负速度的大小和面积、辐合辐散、涡旋、
切变线、锋区、逆风区。
NUIST （注：此处重点介绍dBZ的回波特征，Vr前面已讨论过）
探测内容
201312 回波位置：PPI上的距离、方位所对应的地理位置 l 注意：由于衰减作用，无回波处未必无降水；地物遮挡影 响最大探测距离
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春夏之季，雨过晴夜，上干下湿的辐射逆温易出现。地物回 波异常增多，米粒状，辐辏状。
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非气象回波
201312 同波长干扰 n 当近距离有两部以上波长相同的雷达同时工作时， 会出现特殊的回波，常表现为单条或多条线状， 有时也呈点线状回波带，从中心以相等的间隔呈 螺旋状向四周放射出来。 NUIST
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NUIST 201312
NUIST 201312
NUIST 201312
非降水回波
201312 云的回波
l 未及地的降水云（将降水或已残留），云滴的 大小已接近雨滴测雨雷达才可测到。
l 回波特征：分为层云、积云、混合云，类似各 自的降水回波，但不及地，强度较弱。
l 主要用毫米波雷达探测
回波性质
降水
气象 回波
非降水
20131非回2气波象
层状云 降水
回波
对流云 降水
回波
IST 混合云 云、雾 NU 降水 晴空湍流
地物、 同波长 旁瓣 超折射 干扰 假回波
飞机 船只 海浪
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NUIST 201312
15：12
NUIST 201312 15：37
NUIST 201312 15：55
n 研究大气波动和湍流
晴空回波
201312 a NUIST b
c
d
晴空回波
NUIST 201312
阵风锋的回波
• 定义：对流风暴中的冷性下沉气流到达低
12 空，并向外扩散，与低层暖湿空气交汇而 13 引发强风，其前缘就是阵风锋。 20 • 一种灾害性的中小尺度天气系统，过境时
能引起温、压、湿、风等气象要素的剧烈
回波高度：RHI上读出；PPI上算出（测高公式）
T 回波强度：dBZ 色表分档标出 IS 回波速度：Vr 色表分档标出 NU 回波形状：涡旋状、均匀片状、零散孤立、絮状、带
状、钩状、指状
NUIST 201312
NUIST 201312
NUIST 201312
NUIST 201312
探测内容
亮带形成原因
2 n 融化效应 1 n 碰并聚合效应 3 n 速度效应 01 n 粒子形状效应 2 亮带的意义 T n 层状云连续降水的一个重要特征 IS n 反映了这类降水中有明显的冰水转换区，利于探讨降
水机制
NU n 表明层状云降水中气流稳定无明显对流活动
n 可由亮带位置大致确定0゜等温线高度
雪的回波
回波具有层状特征，强度弱
201312
NUIST
2007年3月2日江苏境内自西向东出现了一次雨雪天气 ，18：10的回波
NUIST 201312
对流云阵性降水——块状回波
• 对流云降水是对流云发展到一定程度时，云中的降水粒子己
2 不能被上升气流所托住而降落形成的。特点是水平范围小、 1 垂直尺度高、强度大、分布不均匀、持续时间短、随时间变 3 化迅速。实为积云降水（对流是积云的特征），包括：阵雨、 1 雷雨、冰雹等。 0 回波特征 2 n PPI回波特征
夏天可大于10km，最高可达20km左右。
对流云阵性降水——块状回波
天气背景
2 l 锋面上，冷锋前暖区，气团内部，副高边缘，台 1 风外围 13 探测的一般结论 20 n 生消变化快，单体生命史从几分钟到十几分钟，
单体大则维持时间长；
T n 强回波顶上升速度比云顶上升速度快（回波顶≠云 IS 顶）； NU n 对流云降水回波无零度层亮带
NUIST 201312
NUIST 201312
NUIST 201312
NUIST 201312
NUIST 201312
201312
UIST PPI N 钩状回波-入流缺口
RHI 注意：强回波单体的高度
积层混合云降水——絮状回波
l 层状云降水和对流云降水混合在一起的降水，
2 称为混合型降水。 31 回波特征 01 n PPI回波特征：大范围边缘破碎的片状回波中存在
2 棉絮状的较强块状回波，结构不均匀； T n RHI回波特征：在较为平坦的回波顶上，有一个个 IS 对流单体突起，高度通常不超过10km。
l 回波中存在对流云降水的柱状回波单体和不完整的零度
NU 层亮带。
积层混合云降水——絮状回波
天气背景
2 高空低槽，低涡，切变线，地面静止锋 131 意义 20 n 回波在连阴雨天气中常见，由于降水时 T 间长，积累雨量大，有时可造成大暴雨， IS 江淮一带的梅雨期降水和北方地区出现 NU 的暴雨中常出现此类回波。
非气象回波
地物回波
2 l 特点：块体小，强度大，回波边缘清晰，位置固定不 1 变，且回波和地物所在的位置是一致的。如山脉、丘 3 陵、岛屿、海岸线、高大建筑物、农作物等。 1 l 常用的识别方法： 20 n 降水回波变化大，地物固定少变；
n 抬升仰角（0.5-2度），地物消失，降水仍存在；
T n 晴空时仍可探测到； IS n 注意两次观测的移动，不移动的是地物； U n 因地物速度回波速度脉动小，可以消除地物； N n RHI观测中，可以看到地物回波很低，降水回波较
T 雾的回波 IS l 类似于层云，近地面1-2km，强度小于10dBZ， NU 薄纱状
非降水回波
201312 晴空大气回波
l 无降水云的晴空产生的回波 l 散射机制不同，Bragg散射，大气中温、压、
湿梯度强，大气湍流所致回波特征。 l 回波特征和分类
n 圆点状：鸟或昆虫，热对流泡
T n 窄带或层状：大气中强折射指数梯度， IS 湍流 U l 研究价值： N n 热雷雨先兆，热力泡可发展成雷雨
NUIST 201312
层状云连续性降水——片状回波
201312 零度层亮带（0゜层融化带）
l 层状云降水的一个重要 特征，通常出现在零度 等温线以下几百米处的 一个高回波强度带（厚 度<1km）。