6、多普勒天气雷达原理与应用.pdf

第六部分 多普勒天气雷达原理与应用（周长青） 我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特征；新一代天气雷 达产品 第一章 我国新一代天气雷达原理 一、了解新一代天气雷达的三个组成部分和功能 新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：雷达数据采集子系统（ RDA）、雷达 产品生成子系统（ RPG）、主用户处理器（ PUP）。 二、了解电磁波的散射、衰减、折射 散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬 浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。 衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电 磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变 为热能或其他形式的能量。 折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率分布的不均匀性 （密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，称为折射。 三、了解雷达气象方程 在瑞利散射条件下，雷达气象方程为： 其中 Pr表示雷达接收功率， Z为雷达反射率， r 为目标物距雷达的距离。 Pt 表示雷 达发射功率， h为雷达照射深度， G为天线增益， θ、 φ表示水平和垂直波宽， λ表示 雷达波长， K表示与复折射指数有关的系数， C为常数，之决定于雷达参数和降水相 态。 四、了解距离折叠 最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能 向前走并返回雷达的最长距离， Rmax=0.5c/PRF, c 为光速， PRF为脉冲重复频率。 距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种辨认错误。当距离折叠发生时，雷达所显示 的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。当目 标位于最大不模糊距离（ Rmax）以外时，会发生距离折叠。换句话说，当目标物位于 Rmax之外时，雷达却把目标物显示在 Rmax以内的某个位置，我们称之为‘距离折 叠’。 五、理解雷达探测原理。 反射率因子 Z值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，反射率 越大，说明单位体积中，降水粒子的尺度大或数量多，亦即反映了气象目标强度大。 反射率因子（回波强度）： 即反射率因子为单位体积内中降水粒子直径 6次方的总和。 意义：一般 Z值与雨强 I 有以下关系： 层状云降水 Z=200I1.6 地形雨 Z=31I1.71 雷阵雨 Z=486I1.37 新一代天气雷达取值 Z=300I1.4 六、了解雷达资料准确的局限性、资料误差和资料的代表性 由于雷达在探测降水粒子时，以大气符合标准大气情况为假定，与实际大气存在 一定的差别，使雷达资料的准确度具有一定的局限性，且由于雷达本身性能差异及探 测方法的固有局限，对探测目标存在距离折叠及速度模糊现象，对距离模糊和速度模 1 糊的处理等，均增大了雷达资料的误差。虽然如此，由于径向速度是从多个脉冲对得 到的径向速度的平均值，为平均径向速度，雷达反射率因子通过对沿径向上的四个取 样体积平均得到的，其径向分辨率相当于四个取样体积的长度，这也使雷达探测的资 料具有一定的代表性。 第二章 天气雷达图像识别 一、掌握多普勒效应 多普勒效应为，当接收者或接受器与能量源处于相对运动状态时，能量到达接受 者或接收器时频率的变化。多普勒频率，是由于降水粒子等目标的径向运动引起的雷 达回波信号的频