多普勒天气雷达原理与业务应用思考题070831
多普勒雷达技术及其在气象预报与空管管理上应用
多普勒雷达技术及其在气象预报与空管管理上应用简介多普勒雷达技术是一种利用多普勒效应测量目标运动速度的无线电技术。
它可以有效地探测目标的速度、方向和位置，因此在气象预报和空管管理等领域广泛应用。
本文将介绍多普勒雷达技术的原理、应用以及其在气象预报与空管管理上的重要性。
多普勒雷达技术原理多普勒雷达技术基于多普勒效应，通过测量目标反射回来的电磁波频率的变化来计算目标的速度、方向和位置。
当雷达波束与运动目标相对运动时，反射回来的电磁波频率发生了变化。
根据多普勒效应的原理，目标向雷达靠近时回波频率增加，目标远离雷达时回波频率减小。
利用这种频率变化，可以计算出目标的运动速度和方向。
多普勒雷达技术应用于气象预报气象预报是多普勒雷达技术最常见的应用之一。
多普勒雷达可以探测并跟踪雷暴中的风暴系统，提供关键的数据用于预测天气变化。
它可以测量风暴云中降水的速度和方向，精确地确定降雨的位置、强度和移动轨迹。
通过分析多普勒雷达获取的数据，气象学家可以预测冰雹、风暴、龙卷风等极端天气事件的发生与发展趋势。
基于这些预测结果，相关部门可以针对性地发布预警信息，提醒民众采取适当的防护措施，减少灾害风险。
另外，多普勒雷达还可以用于检测大气中的微生物颗粒和花粉等物质，为花粉过敏患者提供准确的花粉浓度信息，帮助他们合理安排活动和用药。
多普勒雷达技术应用于空管管理空中交通管制是多普勒雷达技术的另一个重要应用领域。
监控飞行器的位置和速度对于确保航空安全至关重要。
多普勒雷达可以提供准确的飞行器速度和高度数据，帮助空管部门进行实时的飞行器跟踪和飞行路径规划。
通过多普勒雷达技术，空管部门可以及时发现和解决飞行器之间可能出现的冲突，确保航班的平稳运行。
同时，多普勒雷达还可以检测并预警可能出现的天气变化，提供天气信息给飞行员，帮助其做出合理的航线调整和决策。
多普勒雷达技术的重要性多普勒雷达技术在气象预报和空管管理上的应用，为我们提供了更准确、及时的信息，为人们的生命和财产安全提供了重要保障。
天气预报竞赛试题5(试题+答案)
天气预报竞赛试题5(试题+答案) 2007年全省天气预报业务技能竞赛Array理论知识和业务规范试卷（110分）一、填空题（每空0.5分，共 44分）1.中国气象事业发展战略思想的核心是树立公共气象、安全气象和资源气象的发展新理念。
2.业务技术体制改革的总体目标是：通过深化改革，力争在3到5年内，建立基本满足国家需求、功能先进、结构优化的多轨道、集约化、研究型、开放式业务技术体制，增强气象业务和服务能力，提升气象科技水平。
3.公共服务内容主要包括决策气象服务、公众气象服务、专业气象服务、气象科技服务等几方面。
4.《气象灾害预警信号发布与传播办法》中明确规定：气象工作人员玩忽职守，导致预警信号的发布出现重大失误的，对直接责任人和主要负责人给予行政处分；构成犯罪的，依法追究刑事责任。
5.我国对在东经180度以西、赤道以北的西北太平洋和南海海面上出现的中心附近的最大平均风力达到八级或以上的热带气旋，按照其出现的先后次序进行编号。
6.就精细天气预报而言，短期预报要明确灾害性天气落区，短时和临近预报要明确灾害性天气出现的具体时间、位置和强度。
7.《关于传输城镇天气预报的通知》要求：全国城镇天气预报每天传输2次：各省（区、市）早晨7：30前（北京时，下同）将24、48、72小时三天预报(分08时-20时，20时-08时两段)发往北京，国家气象信息中心在7：45前向全国广播完毕；每日下午15：00前将省会城市和计划单列市24、48、72、96、120小时五天预报、下午16：30前将其它城镇五天预报（分20时-08时，08时-20时两段）发往北京，下午16：45前向全国广播完毕。
8. 《短时、临近预报业务暂行规定（试行）》中，对预报时效定义：短时预报是指未来0-12小时天气参量的描述，其中0－2小时预报为临近预报。
9. 业务运行的多普勒天气雷达通常采用体积扫描的方式观测。
10.多普勒天气雷达的应用领域主要在于对灾害性天气的监测和预警。
第二章多普勒天气雷达原理
§ 在雷达波束中，与天线等距离的粒子同时被探 测脉冲所照射，同时开始产生回波，并同时回 到雷达天线。与天线距离不相等的回波信号， 也有可能同时回到雷达天线。这是因为探测脉 冲具有一定的宽度τ，因而在它通过粒子时产 生的回波信号也有宽度τ。这样，距离较近的 两个粒子虽然它们开始产生回波的时间并不相 同，但是，它们的回波信号仍然有一部分能够 同时回到雷达天线。
§ 可以证明，在径向方向上，粒子的回 波信号能同时返回雷达天线的空间长度
为 h/2，称为雷达的有效照射深度。
有效照射深度
§ 天线开始收到A粒子的回波信号的时间为
t1
2r1 c
§ 开始收到B粒子的回波信号的时间为
t2
2r2 c
§ 最后收到A粒子回波信号的时间为
t3
2r1 c
§ 若天线开始收到B粒子回波的时间恰好是 最后收到A粒子回波的时间
波束截面半径
§r100km=0.87km §r200km=1.745km §r300km=2.618km
与接收机有关的参数
§ 雷达天线所收到的回波信号是非常微弱的。所以， 雷达接收机必须具有接收微弱信号的能力。这种能 力常称为灵敏度，它用接收机的最小可辨功率Pmin来 表示。所谓最小可辨功率，就是回波信号刚刚能从 噪声信号中分辨出来时的回波功率。我国新一代天 气雷达（S波段）接收机的最小可测灵敏度对于短脉 冲(1.57μs)是-107dbm,对于长脉冲（4.71μs）是113dbm。
与发射机有关的参数
§ 发射机触发信号产生器周期性地产生一个触发 脉冲，输送到发射机，使发射机开始工作。
§ 在一个脉冲内信号的高频振荡频率叫工作频率 。
§ 每秒产生的触发脉冲的数目，称为脉冲重复频 率，用PRF表示。
多普勒雷达在天气预报和人工影响天气中的应用研究的开题报告
多普勒雷达在天气预报和人工影响天气中的应用研究的开题报告一、研究背景及意义天气对人们的生产和生活有着重要影响。
随着现代科技的不断发展，特别是雷达技术的广泛应用，天气预报已经变得越来越精准。
多普勒雷达技术作为一种先进的雷达技术，可通过测量物体运动速度和方向，精确地掌握天气变化信息。
因此，多普勒雷达技术在气象学中应用越来越广泛，并且在人类活动中的应用也与日俱增。
天气预报已经成为了我们生活中必不可少的一部分。
人们需要预测天气以规划他们的活动计划，例如安排旅行、户外娱乐以及农作物的种植等。
多普勒雷达技术实现了对天气变化的实时监测，有助于更准确和可靠地预测天气，为人们提供生活和工作的方便。
同时，多普勒雷达技术也有着广阔的应用前景。
例如，多普勒雷达可以用于预测气候变化，防止自然灾害的发生，甚至可以用于组织人为干预天气，例如云种植和降雨引导。
因此，本研究旨在系统地研究多普勒雷达在天气预报和人工影响天气中的应用，为环境保护和气象预报提供更好的服务。
二、研究内容1、多普勒雷达技术的基本原理和特点。
2、多普勒雷达在天气预报中的应用。
3、多普勒雷达在人工影响天气中的应用。
4、多普勒雷达在环境保护中的应用。
5、对多普勒雷达的应用进行案例分析，并提出改进建议。
三、研究方法1、文献综述：通过查阅大量文献，深入了解多普勒雷达在天气预报和人工影响天气中的应用。
2、案例分析：选取具有代表性的多普勒雷达应用案例，对其运行情况、结果、优缺点进行深入分析。
3、定量分析：采用统计方法对多普勒雷达数据进行分析和处理，提炼出有用的信息。
四、研究预期结果1、系统深入地了解多普勒雷达技术的基本原理和特点。
2、探究多普勒雷达在天气预报中的应用，提高天气预测的准确性。
3、了解多普勒雷达在人工影响天气中的应用，有助于避免自然灾害的发生。
4、探讨多普勒雷达在环境保护中的应用，为环境保护提供更好的服务。
5、总结多普勒雷达应用案例并提出改进建议，为今后的应用提供参考。
多普勒天气雷达
工作原理
多普勒雷达是世界上最先进的天气监测设备，并且已经在很多国家得到深入应用，因此，下面我们就多普勒 雷达的工作原理进行深入分析和研究，以便能够使人们对其工作原理有着更为清楚的认识。
1.1通过气象目标对雷达电磁波的散射和吸收
粒子能够对电磁波进行吸收和散射，这也是粒子对电磁波的两大基本形式。雷达探测大气的基础是由气象目 标对雷达电磁波的吸收和散射所得。如果电磁波的波束在大气传播途中遇到包括云滴、雨滴以及其他悬浮粒子和 空气分子，作为入射的电磁波波束中的有一部分会因为上述的粒子反射到不同地方，这类现象称之为散射。一部 分散射的电磁波波束会被粒子吸收，最终按照雷达的方向返回被雷达天线接收，多普勒天气雷达能够通过接收到 的电磁波束中自带的振幅和位相等数据，得出气象目标的平均速度以及发射率因子和速度谱宽等基本数据，进而 推断并计算出相对应的气象情况和其他内部结构特征。
重要意义
多普勒雷达是世界上最先进的雷达系统，有“超级千里眼”之称。相较于传统天气雷达，多普勒雷达能够监 测到位于垂直地面8-12公里的高空中的对流云层的生成和变化，判断云的移动速度，其产品信息达72种，天气预 报的精确度比以前将会有较大提高。1991至1997年，美国在全国及海外布的165台NEXRDA被称为天气雷达系统的 典范，是世界上最先进的和最精确的天气雷达系统。它所采用的多普勒信号处理技术和自动产生灾害性天气警报 的能力无与伦比。NEXRAD可以自动形成和显示丰富多彩的天气产品，极大地提高了对超级单体、湖泊效应雪、成 层雪、雷暴、降水、风切变、下击暴流、龙卷、锋面、湍流、冰雹等重大灾害性天气的监测和预报能力。对强雷 暴的侦察率是96%，对龙卷的发现率是83%，对龙卷警告的平均预警时间是18分钟，而在未建NEXRDA络之前，美国 国家上述参数的平均值分别是60%，40%和2分钟。从中可以预料CINRDA将从根本上增强探测强雷暴的能力，能较 早地探测到晴空下威胁航行的大气湍流和发生灾害性洪水的可能，并为水资源的管理决策提供极有价值的信息。 新一代天气雷达系统建设是我国20世纪末21世纪初的一项气象现代化工程，计划在全国建成S频段和C频段雷达 156部，该系统建成后，我国的气象现代化水平会上一个新的台阶。
多普勒雷达的应用原理
多普勒雷达的应用原理概述多普勒雷达是一种基于多普勒效应的雷达技术，它通过测量目标的运动速度来实现目标检测和速度测量。
多普勒雷达在军事、气象、交通等领域有着广泛的应用。
本文将介绍多普勒雷达的应用原理及其工作原理。
多普勒效应多普勒效应是指当光源与观察者之间有相对运动时，光的频率将发生变化。
这个现象也适用于雷达波。
当雷达波与运动的目标相互作用时，波的频率将发生变化，这一现象就被称为多普勒效应。
多普勒雷达的工作原理多普勒雷达主要通过测量电磁波的频率变化来获得目标的速度信息。
其工作原理可以分为两个主要步骤：发射和接收。
发射多普勒雷达会向目标发射一束电磁波，这个电磁波可以是微波或者射频信号。
发射的波束通常是一个连续的信号，而不是脉冲信号。
这是因为连续的信号可以提供更长的目标观测时间，从而获得更精确的速度测量结果。
接收目标接收到雷达发射的电磁波后，会对波进行回波。
当目标和雷达之间有相对运动时，回波的频率将发生变化。
多普勒雷达通过测量回波的频率变化来计算目标的速度。
信号处理与结果显示接收到回波后，多普勒雷达会将信号进行处理，通常会使用FFT（快速傅里叶变换）来分析波的频谱。
通过分析频谱，可以确定回波的频率变化，从而计算出目标的速度信息。
最后，多普勒雷达将速度信息以数字或图形的形式展示出来。
多普勒雷达的应用交通领域多普勒雷达在交通领域有着广泛的应用。
比如，在交通监控系统中，多普勒雷达可以用于测量车辆的速度和运动方向，从而实现交通流量统计、超速检测等功能。
此外，多普勒雷达还可以应用于自动驾驶系统中，帮助车辆实现定位和避障功能。
气象领域多普勒雷达在气象领域也有着重要的应用。
气象雷达可以利用多普勒效应测量云层中的降水速度和方向。
通过分析多普勒雷达的测量结果，可以预测暴雨、龙卷风等极端天气的发生。
军事领域多普勒雷达在军事领域有着广泛的应用。
它可以用于目标检测与识别、导弹预警系统等方面。
多普勒雷达可以检测到高速运动的目标，从而对敌方的机动部队进行监测和跟踪。
多普勒天气雷达产品的识别与分析(天气雷达基础知识)
3.2 强对流天气发生的背景环境
• 大气垂直稳定度 • 水汽条件 • 抬升 • 垂直风切变
3.3 垂直风廓线及其对对流风暴的作用
• 普通单体风暴的风向随高度的分布杂乱无章，基本上是一 种无序分布，而且风速随高度的变化也较小；
• 多单体强风暴和超级单体风暴的风向风速随高度变化分布 是有序的，风向随高度朝一致方向偏转，而且风速随高度 的变化值也比普通单体风暴的大。
• 影响速度谱宽的主要因子有四个： 1. 垂直方向上的风切变； 2. 大气的湍流运动； 3. 不同直径的降水粒子产生的下落末速度的不均匀分布； 4. 由波束宽度引起的横向风效应。
1.8 标准大气雷达测高公式 • H=h0+R*sinθ+R2/17000，单位：千米
1.9 PPI图上距离与高度
1.10 天气雷达的局限性
衰减的暂时的解决办法
• 结合S波段雷达使用 波长:10cm, 强天气的衰减不明显
衰减的暂时的解决办法
课间休 息
3、多普勒天气雷达识别对流风暴及其强烈天气
单元重难点： • 1、风暴的运动 • 2、对流风暴的模型 • 3、个例分析
3.1 对流风暴的分类
普通单体风暴 多单体风暴 超级单体风暴 线风暴（飑线）
• 多普勒频移与目标物在雷达径向方向上的速度分量v有关，满足如下 关系： fd= 2v∕λ (式中λ是雷达波长，fd是多普勒频移)
• 多谱勒速度是径向速度，垂直于雷达波束的速度分量（切向速度）不 能直接测量。
1.7 多谱勒速度谱宽W
• 多谱勒速度谱宽 表征着雷达有效照射体积内不同大小的多谱勒速度偏离其平均值的 程度，实际上它是由散射粒子具有不同的径向速度所引起的。
1.1 天气雷达基本结构
多普勒天气雷达资料分析与应用
引言
• RADAR
• RAdio Detecting And Ranging
• WSR－88D
• Weather Surveillance Radar 88 Doppler
• CINRDA/SA，SB，SC；
• S:10cm，A敏视达，B14所，C成都七八四厂
• CINRDA/CD，成都七八四厂生产 CINRDA/ CC，CCJ 安徽四创生产
0
5 4
m2 1 2 m2 2 Z
大粒子散射
对于不满足瑞利散射条件的降水粒子，根据雷达气象 方程求得的 Z 值就不能代表降水的实际谱分布情况， 只能是等效的 Z 值，记为 Ze ，称为等效雷达反射率 因子。
等效反射率因子Ze:
• 用瑞利散射公式计算大粒子的反射率因子
• 能够产生同样回波功iN1率PrM，i 与小球45粒mm子的22 反 射12 率2 Z因e子等效的Z值。
天气雷达的基本工作原理
• 天气雷达间歇性地向空中发射脉冲式的电磁波，电 磁波在大气中以接近光波的速度、近似于直线的路 径传播，如果在传播路径上遇到了气象目标物，脉 冲电磁波会被气象目标物向四面八方散射，其中一 部分电磁波能被散射回雷达天线（称为后向散射）， 在雷达显示器上显示出气象目标物的空间位置分布 和强度等特征。
• C：5cm
Weather Radar in China
• 中国气象雷达的概况 • 711型测雨雷达 - X • 713型测雨雷达 - C • 714型测雨雷达 - S • 多普勒雷达(714-CD, 3830，敏视达雷
达）
多普勒天气雷达的组成和探测原理
•一、多普勒天气雷达的工作原理 •二、雷达的 PPI 扫描方式 •三、雷达的三部分 •四、多普勒天气雷达的产品介绍 •五、短时预报常用的雷达产品
多普勒天气雷达应用研究
多普勒天气雷达应用研究多普勒天气雷达是一种利用多普勒效应来观测天气现象的仪器。
它通过对大气中的微粒（如降水、云等）进行多普勒频移测量，可以提供有关降水类型、降水强度、气流速度等信息，是现代气象预报中不可或缺的工具。
在实际应用中，多普勒天气雷达具有广泛的应用领域和开发潜力。
首先，多普勒天气雷达在天气预报中的应用已经非常成熟。
通过对雷达回波的多普勒频移测量，可以准确地确定降水的位置、范围和强度。
这对于气象部门进行天气预报以及对可能的自然灾害进行预警具有重要意义。
多普勒天气雷达能够提供实时的降水监测和分析，对于合理安排出行、农业生产、水资源管理等方面具有重要的实际应用价值。
其次，多普勒天气雷达在气象研究中扮演着重要角色。
通过分析雷达回波的多普勒频移，可以揭示天气现象背后的物理机制。
例如，通过研究雷达回波中的气旋涡结构，可以了解暴风雪产生的原因和演化过程；通过分析雷达回波的速度场，可以研究风暴中的气旋和涡旋的形成和发展规律。
多普勒天气雷达在气象研究领域的应用，不仅提供了新的观测手段，也丰富了气象学的研究内容。
此外，多普勒天气雷达还在交通管理中起着重要作用。
交通部门可以利用雷达回波的多普勒频移，实时监测道路上的降水情况，了解降雨强度和降雨范围，以便及时采取交通管制措施。
特别是在高速公路和山区道路等复杂路段，多普勒天气雷达可以为交通管理者提供有价值的信息，帮助他们合理决策，保障道路安全。
最后，多普勒天气雷达在空气质量监测中也有应用潜力。
由于大气污染通常伴随着降水过程，多普勒天气雷达可以通过监测和分析雷达回波的多普勒频移，为空气污染监测和预测提供依据。
通过对颗粒物运动速度的观测，可以了解污染物的输送路径和扩散情况。
这对于城市环境管理和空气污染治理具有重要意义。
综上所述，多普勒天气雷达是一项具有广泛应用前景的技术。
它在天气预报、气象研究、交通管理和空气质量监测等领域中发挥着重要作用。
未来的研究和应用工作应该不断推动多普勒天气雷达技术的发展，提高其观测精度和应用效果，以更好地服务于社会经济建设和人民生活。
多普勒天气雷达原理与应用7-2-雷雨大风的雷达探测和预警(1)
亚利桑那州下击暴流最大反射率因子分布
亚利桑那州下击暴流尺度分布
亚利桑那州下击暴流低层辐散速度差值分布
亚利桑那州下击暴流和阵风锋最大风速比较
荆州下击暴流个例
宜昌 20020716 0800
湖北荆州下击 暴流个例 2002 年7月16日下午
16：50
16:50
17：02
Pulse Storm Downbursts
FIG. 11. After microburst B in Fig. 10, the microburst outflow transitioned to a gust front and propagated outward from the high-reflectivity core of the storm. Shown are three consecutive 22 Jul 2008 KIWA radar observations at 0.98 elevation angle of (a) reflectivity at 0236 UTC, (b) velocity at 0237 UTC, (c) reflectivity at 0241 UTC, (d) velocity at 0241 UTC, (e) reflectivity at 0245 UTC, and (f) velocity at 0246 UTC. Gust-front outflow boundaries are indicated by the blue front symbol.
美国下击暴流
2008年7月22日亚利桑那州下击暴流个例 特征统计
FIG. 3. The 22 Jul 2008KIWAradar observations at 0.98 elevation angle of (a) reflectivity at 0122 UTC; (b) velocity at 0123 UTC; (c) reflectivity at 0127 UTC; (d) velocity at 0127 UTC, where maximum outbound velocity was 10.5 m s21 and maximum inbound velocity was 218.5 m s21; (e) reflectivity at 0132 UTC; and (f) velocity at 0132 UTC. The 0.98 tilt was used here because the 0.58 tilt was mostly blocked by terrain. The 0.98 tilt was still partially blocked, as evidenced by the missing data (black patches) in the images. In the radial velocity images, red colors indicate inbound velocities and green colors indicate outbound velocities.
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1 多普勒天气雷达主要由几个部分构成？每个部分的主要功能是什么？
2 多普勒天气雷达的应用领域主要有哪些？
3 我国新一代天气雷达主要采用的体扫模式有哪些？
4 天气雷达有哪些固有的局限性？
5 给出雷达气象方程的表达式，并解释其中各项的意义。
6 给出反射率因子在瑞利散射条件下的理论表达式，并说明其意义。
7 给出后向散射截面的定义式及其物理意义。
8 什么是天气雷达工作频率？什么是天气雷达脉冲重复频率？
9 什么是波束的有效照射深度和有效照射体积？
10 0 dBZ代表多少反射率因子单位？ －10dBZ、30dBZ和40dBZ分别代表多少反射率因
子单位？
11 何谓多普勒效应？多普勒雷达测量回波径向速度的主要技术是什么？
12什么叫距离折叠？什么叫速度模糊？最大不模糊距离和最大不模糊速度的表达式是什
么？多普勒两难指的是什么？
13 0.5度仰角，Rmax=460km和7.5仰角，Rmax=115 km时为什么不大可能产生距离折叠？
14 地物杂波有哪几种？抑制地物杂波的主要思路是什么？
15 指出超折射在雷达回波图上的特点。出现超折射表明当时的大气状况怎样？
16 速度退模糊算法的主要思路是什么？CINRAR-SA雷达速度退模糊算法的主要步骤是哪
几步？
17 kmR300max，雷达波长5厘米，maxrV应是多少？若雷达波长10厘米，maxrV是多少？
18 如果一个模糊的径向速度值是45节，它的邻近值是-55节，最大径向速度是60节，那
么这个径向速度的最可能值是什么？
19 对流风暴分为哪几种类型？
20 雷暴产生的环境条件主要有哪些？
21 垂直风切变对雷暴发展的主要作用是什么？
22 雷达单体生命史分为哪几个阶段？每个阶段的主要特征是什么？
23 给出中气旋的定义
24 给出超级单体风暴的定义。经典超级单体风暴反射率因子回波的主要特征是什么？
25 给出下列小尺度流场特征的雷达径向速度示意图：1）辐合＋气旋式旋转；2）辐散＋气
旋式旋转。
26 强对流天气指的是哪些天气？
27 强冰雹的主要雷达识别判据有哪些？
28 雷暴大风的主要雷达回波特征有哪些？
29 龙卷预警的主要思路是什么？
30 给出你认为比较重要的8个雷达导出产品.
31 何谓脉冲风暴，其演变的主要特征是什么？可产生哪几种强对流天气？
32 有利于雷暴大风产生的环境条件是什么？
33 有利于强冰雹产生的环境条件是什么？
34 龙卷的级别是如何划分的？
35 多普勒天气雷达能为短时强降水预报提供哪些线索？
36 CINRAD-SA雷达降水算法主要分哪几个步骤？
37 雷达降水估计误差主要来自哪些方面？
38 下图中是否有速度模糊出现？估计图中向着雷达的径向速度大约是多少？
39 下图中为C波段雷达的图像，其中与雷达东北偏东方向强回波对应的“V”形缺口是由什
么造成的？该“V”形缺口的出现可以指示哪种强对流天气？
40 请根据下图判断雷达上空风随高度变化的主要特征
41 判断箭头附近是否存在中气旋。另外算法识别出一个龙卷涡旋特征TVS（右下图R3），
评论算法的表现。
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