雷达波在传播过程中的衰减.doc

雷达气象问题研究 1.研究问题：雷达波在传播过程中的衰减与哪些因素有关？ 2.猜想：雷达波的衰减与大气、云、降水粒子（如雨，雪，冰雹等）。 3.大气气体对雷达波的衰减：气体对雷达波的散射可以忽略。对2cm以上的雷达波，吸收也可以忽略。天气雷达主要测量降水，基本不考虑气体对天气雷达的衰减。但用mm波长探测时，气体的衰减要考虑。吸收雷达波的大气气体主要是水汽和氧气。 如右图为水汽和氧气的衰减系数与波长的关系。由图可以看出： 水汽的主要吸收带：1.35cm(22.235GHz)和0.164cm(183.3GHz) 氧气的主要吸收带： 0.5cm(60GHz)和 0.253cm(118.8GHz) 此外，水汽对雷达波的衰减还与水汽密度、气压、温度等大致有一下关系： 水汽的衰减特征： a.当水汽含量保持不变时，衰减随温度降低是缓慢增加的； b.除了1.35cm波长附近，其他波长处水汽吸收和气压成正比； c.水汽吸收与水汽含量成正比。 另外氧气的衰减特征： a. 温度下降，衰减逐渐增加； b. 波长在0.7~10cm之间，吸收与压力的平方成正比。 2.云对雷达波的衰减： 云滴：半径小于100μm的水滴或冰晶粒子，对于常用的测雨雷达而言，满足α=2πr/λ，即满足Rayleigh散射条件。 云滴的衰减截面： 云的衰减系数 ktc与云中的含水量M（单位体积内所有云质点的质量之和，单位:g/m3 ）的关系： ????????????????????????????????????????????????? ?????：单位含水量的衰减系数，单位为dB/km/g/m3 表中云中含水量为1g/m3 a.液态云的衰减随温度的降低而增大。 b.由液滴组成的云的衰减随波长的增大而迅速减小。对于波长较短的雷达 （如3cm以下的雷达），要考虑云层的衰减作用；对于波长较长的雷达， 可忽略云层对电磁波的衰减作用； c.冰云的衰减要比液态云的衰减小2~3个量级，原因在于冰晶的介电常数小 于水。 3.雨对雷达波的衰减: a.半径大于100μm的水滴；大的雨滴的半径可达0.3cm。不一定满足Rayleigh散射条件。 b.对于雨滴的Qs，Qa 和Qt，除波长较长的雷达外，必须用普适球形粒子的公式计算，比较复杂。 解决办法: 第一步:先由α以简单化的Rayleigh近似公式，计算出相当的QtR ； 第二步:根据α和QtR相当的，并结合QtM/QtR曲线，这样就可以得到相应的QtM。 雨的衰减系数的计算: 对观测资料的分析表明，雨的衰减系数与降水强度I之间有如下经验关系： 降水强度I（雨强）：单位时间内降落到地面单位面积上的降水量。 雨的衰减 a.雨的衰减系数一般与降水强度近于成正比关系； b.雨的衰减系数在给定温度下还与波长有关系； c.由于雨滴谱的分布和降水强度经常随时空变化，所以在雷达波束所经过的路径上，各段的衰减情况往往不尽相同，整个雨区的总衰减: 由于衰减作用，对于同一降雨带波长较长的雷达能准确探测到，而波长较短的却不一定。 定性结论： a.大面积小雨，3cm雷达，雨的衰减要考虑。 b. 大面积中雨，3cm和5cm，雨的衰减要考虑。 c. 大面积大雨或冰雹，3cm，5cm和10cm均要考虑。 综合考虑雷达截面与波长四次方成反比，衰减和波长成反比的影响，我国雷达布网，对短时预报，东南沿海多暴雨和台风，采用10cm雷达，内陆西北5cm雷达，人影多为3cm。 雪、冰雹对雷达波的衰减 a.对于干雪，在波长较短、降水强度比较大、距离较远时，干雪的衰减要考虑； b. 湿雪的衰减比干雪大的多，由于形状因子的影响，有时可以超过相同情况下雨的衰减； c.冰雹衰减要考虑，衰减系数与雷达波长、雹谱分布、最大冰雹直径等有关。