雷达气象学考试复习总结.doc
雷达气象学
一、填空（30分，T14=2分）1使用雷达的PPI资料时，不同R处回波处于不同高度上2根据衰减理论，波长越短，衰减愈大；雷达波在大气中传播时受到衰减的原因是：（1）电磁波投射到气体分子或液态、固态的云和降水粒子上时一部分能量被粒子吸收，变成热能或其他形式的能量。
（2）另一部分能量将被粒子散射，使原来入射方向的电磁波能量受到削弱。
或者：大气对电磁波的吸收和衰减作用的总和（P33）？3圆形的中气旋流场，在多普勒速度图上表示为零径向速度线穿过涡旋中心，一对左负右正，对称的正负速度中心，正负闭合等值线圈沿雷达距离圈排列（P289、407）4大冰雹的后向散射截面比同体积的大水滴的后向散射截面大5通常，超折射回波的本质是地物回波（ppt，P300）6“V”型缺口通常表示冰雹云的回波（P381，ppt）7 Z的物理意义是单位体积中降水离子直径6次方的总和，它与粒子大小有关（ppt）8 以不同的仰角探测超级单体风暴云的回波特征，可能出现：钩状回波，空洞回波（无回波穹窿），指状回波回波（ppt）9层状云降水的雷达强度回波图上，经过加衰减后，其回波图上经常会出现零度层亮带，此现象在雷暴消散期也常常出现。
（P306、309）10 非降水回波包括云的回波，闪电的回波，雾的回波，晴空大气回波等回波（P345）？11 同一块雨云由远至近地性质不变地逼近雷达站，在强度回波图上显示的回波范围越来越大，强度越来越强，这是由于距离衰减的影响12 波束宽度指的是在天线方向图上两个半功率点方向的夹角（单位：°），它决定雷达的切向分辨率。
（课堂笔记）13 在雷达的速度回波图上若零速度带通过测站并呈一直线状，则表示测量范围内各高度层的风向不变（P278）14 如果雷达发射功率很大，接收灵敏度也很高，那么天气雷达的探测能力的大小主要取决于：雷达电磁波束能否有效地照射到降水区中和反射率因子的大小（ppt习题）15 多普勒天气雷达速度回波图中零速度带的意义是：实际风速为零或很小、实际风向与雷达探测波束相垂直（ppt）16 层状云零度层亮带的成因主要是由于：融化作用，碰并聚合效应，速度效应，粒子形状的作用，（P308）二计算题分别画出并计算图一、图二中1,2的真实风向（画出！&计算！四个地方）三、简答题（30分）1用雷达资料判别冰雹云回波可以从哪些方面着手？（P380-385）（1）冰雹云的雷达回波强度特别强（2）回波顶高度高 （3）上升气流（下沉气流）特别强。
雷达复习
第一章1. 简述单个球形粒子对雷达波散射的分类.2. 何谓Rayleigh 散射?简述其散射能流密度的特点.定义：当雷达波长一定后，散射粒子的散射取决于粒子直径与入射波长之比，d<<λ称为瑞利散射；特征：散射能流密度正比于1/λ4，即雷达波长越短，散射越强。
雷达波一定时，在满足瑞利散射时，粒子半径越大，散射越强。
3. 简述Mie 散射理论的应用范围.1用瑞利散射公式计算会产生误差，随着α增大，瑞利散射公式就不适用；2）米氏建立了包括“大”、“小”球形粒子在内的普遍的球形粒子散射理论，并导出了散射函数的表示式； 3） “大球”时,必须用米散射公式去处理才比较符合实际。
4. 简述雷达截面的意义及其在瑞利散射下的表达式. 5. 写出雷达反射率的定义及其表达式. 雷达反射率：瑞利散射条件下的雷达反射率：6. 写出瑞利散射条件下的雷达反射率因子及其表达的物理意义. 的绝大部分。
第二章1. 何谓衰减因子？简述其物理意义。
(1)假设没有考虑大气、云、降水等衰减时的平均回波率为1，则考虑大气、云、降水等衰减时的平均回波率的数值大小称为衰减因子K ，K<1；(2)物理意义：平均回波功率为1时的衰减后平均回波功率。
2. 何谓衰减系数？简述其物理意义并说明与衰减因子的关系。
物理意义：由于衰减作用,单位接收功率在大气中往返单位距离时所衰减掉的能量。
衰减系数的量纲:1/长度物理意义：要决定衰减因子K ，先要决定衰减系数k L 。
k L 是大气、云、降水等不同因子造成的总衰减系数。
3. 简述衰减因子的分贝表示法。
5. 简述云对雷达电磁波衰减的主要特点。
①由液滴组成的云的衰减随波长增加而迅速减小；②液态云的衰减还随温度减小而增加；③对于10cm 波长的雷达波，云的衰减很小，可忽略；④冰云的衰减要比液态云的衰减小2～3个量级。
*6. 简述雨对雷达电磁波衰减的主要特点。
1)单位降水强度的衰减系数K ’值除了与温度有关，还与波长有关；2）除波长λ=3.2cm 外，每一相同波长处不同谱型的K ’值很接近，没有因滴谱形式不同而出现很大差异；3）雨的衰减系数ktr 一般和降水强度I 近于成正比关系；4）λ=10cm 时，雨的衰减小到可以忽略，但K ’值随波长变小而很快增大，因此毫米波雷达一般不能用来测雨，而只用于测云；5）由于雨滴谱分布和降水强度经常是随空间变化的，故在雷达波束所经过的路径上每一段的衰减情况往往不相同。
雷达原理复习总结（可编辑）
雷达原理复习要点第一章（重点）1、雷达的基本概念雷达概念(Radar)：radar的音译，RadioDetectionandRanging的缩写。
无线电探测和测距，无线电定位。
雷达的任务：利用目标对电磁波的反射来发现目标并对目标进行定位，是一种电磁波的传感器、探测工具，能主动、实时、远距离、全天候、全天时获取目标信息。
从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息？斜距R:雷达到目标的直线距离OP方位α:目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(正北、正南或其它参考方向)在水平面上的夹角。
仰角β：斜距R与它在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角。
2、目标距离的测量测量原理式中，R为目标到雷达的单程距离，为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，c为电磁波的传播速率(=3×108米/秒)距离测量分辨率两个目标在距离方向上的最小可区分距离最大不模糊距离3、目标角度的测量方位分辨率取决于哪些因素4、雷达的基本组成雷达由哪几个主要部分，各部分的功能是什么同步设备：雷达整机工作的频率和时间标准。
发射机：产生大功率射频脉冲。
收发转换开关:收发共用一副天线必需，完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。
天线：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。
接收机：把回波信号放大，检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。
显示器：显示目标回波，指示目标位置。
天线控制(伺服)装置：控制天线波束在空间扫描。
电源第二章1、雷达发射机的任务为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去2、雷达发射机的主要质量指标工作频率或波段、输出功率、总效率、信号形式、信号稳定度3、雷达发射机的分类单级振荡式、主振放大式4、单级振荡式和主振放大式发射机产生信号的原理，以及各自的优缺点单级振荡式：脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的脉冲信号。
优点：简单、廉价、高效；缺点：难以产生复杂调制，频率稳定性差，脉冲间不相干；主振放大式：固体微波源：是高稳定度的连续波振荡器。
雷达与卫星气象学期末复习
名词解释雷达：能辐射电磁波并利用目标物对该电磁波的反射（散射）来发现目标物，并测定目标物位置的电子探测系统瑞利散射：一种光学现象，属于散射的一种情况。
又称“分子散射”。
粒子尺度远小于入射光波长时（小于波长的十分之一），其各方向上的散射光强度是不一样的，该强度与入射光的波长四次方成反比，这种现象称为瑞利散射。
a<<2。
雷达反射率η：描述粒子群后向散射能力的物理量∑==N i i1ση天线方向图：天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指方向上，在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图称为天线方向图。
增益：接收机必须接受足够的放大倍数才能使回波信号在显示器显示，放大倍数用增益来表示雷达系统组成部件：同步脉冲,发射机，接收机，收发天线，伺服系统，显示器，计算机接口雷达工作原理：天气雷达间歇性向空中发射脉冲式电磁波，电磁波在大气中以接近光波的速度，近似与直线的路径传播，如果在传播路径遇到了气象目标物，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，在雷达显示器上显示出气象目标物的空间位置分布，和强度等特征有效照射深度：只有在波束中距离为R 到R+h/2范围内的那些粒子散射的回波，才能在同一时刻到达天线，称h/2这个量为波束有效照射深度有效照射体积：在波束宽度),(φθ范围内，粒子所产生的回波能同时到达天线的空间体积，称为有效照射体积径向速度：目标运动平行于雷达径向的分量。
速度模糊：表现为从正 负速度的最大值突变为负 正速度的最大值。
多普勒两难：根据最大不模糊距离与不模糊速度的表式知，PRF C R⨯=2max ，4max PRF V ⨯=λ对每个特定雷达而言，在确定的频率下，探测的最大距离和最大速度不能同时兼顾。
二次回波：超过雷达脉冲间隔所能探测最远距离之外的目标物回波。
简答：雷达图显示方式：雷达回波图，从蓝色到紫色表示回波强度由小到大（10-70dBz ），从不同颜色回波可以判断降雨强度，雨区范围、未来降雨强度和移动。
雷达气象学期末复习重点
雷达系统组成：触发信号产生器，发射机，天线转换开关,天线，接收机，显示器 脉冲重复频率PRF ：每秒钟产生的脉冲数目，脉冲间隔决定了探测距离；脉冲重复周期PRT ：两个相邻脉冲之间的时间间隔，PRT ＝1/PRF ；脉冲宽度τ：脉冲发射占有时间的宽度，单位微秒波长λ：电磁波在一个周期内在空间占有的长度；脉冲发射功率P ：发射机发出的探测脉冲的峰值功率；平均功率Pa:发射机在一个脉冲重复周期里的平均功率。
天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。
波束宽度: 在天线方向图上，两个半功率点方向的夹角。
波束宽度越小，定向角度的分辨率越高，探测精度越高。
天线增益：辐射总功率相同时，定向天线在最大辐射方向上的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比。
灵敏度：雷达检测弱信号的能力。
用最小可辨功率Pmin 表示，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。
平面位置显示器PPI ：雷达天线以一定仰角扫描一周时，测站周围目标物的回波。
以极坐标形式显示。
距离高度显示器RHI ：显示雷达天线正对某方位以不同的仰角扫描时目标物的垂直剖面图 散射现象：当电磁波传播遇到空气介质和云、降水粒子时，入射的电磁波会从这些质点向四面八方传播相同频率的电磁波，称为散射现象。
散射过程：入射电磁波使粒子极化，正负电荷中心产生偏移而构成电偶极子或多极子，并在电磁波激发下作受迫振动，向外界辐射电磁波，就是散射波。
单个球形粒子的散射定义无量纲尺度参数：α=2πr/λ当α<<1时：Rayleigh 散射，也称分子散射。
如空气分子对可见光的散射。
当0.1<α<50：Mie 散射。
如大气中的云滴对可见光的散射。
当α>50：几何光学：折射。
如大雨滴对可见光的折射、反射，彩虹等光现象。
瑞利散射：方向函数的具体形式：当雷达波是平面偏振波时，瑞利散射在球坐标中的方向函数为：()()ϕϕθλπϕθβ222222464sin cos cos 2116,++-=m m r 当入射雷达波长一定，散射粒子的大小和相态一定（即r 、m 为常数），则:()()ϕϕθϕθβ222sin cos cos ,+=C米散射：单个球形粒子的散射Rayleigh 散射与Mie 散射不同点：Rayleigh ：前后向散射相等，侧向散射为零。
雷达气象总复习
前言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。
2) 我国目前已经布网了160多部新一代多普勒天气雷达。
按波长划分，已布网的新一代多普勒天气雷达有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、西南等内陆地区。
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。
5) 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 波段天气雷达波长在3cm 左右第1章散射1) 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。
2) 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。
3) 什么是瑞利散射及瑞利散射的特点？当 α <0.13时，发生瑞利散射当 α >0.13时，发生米散射当θ = 0º 或 180º 时.表明粒子的前向和后向散射为最大;当θ = 90º 或 270º 时.表明粒子没有侧向散射。
若θ = 0º 或 180º，则表明其在 Y-O-Z 平面内各向同性散射。
4) 什么是米散射及米散射的特点？散射波的能流密度是各向异性的，大部分散射能量集中在θ = 0º 附近的向前方向上，且α 值越大，向前散射的能量占全部散射能量的比重越大；2rD ππαλλ==其中λ 为雷达波长， r 为粒子半径， D 为粒子直径5) 雷达截面也称作后向散射截面，它的大小反映了粒子的后向散射能力的大小，雷达截面越大，粒子的后向散射能力越强。
6) 什么是雷达反射率η？单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和称为雷达反射率。
7) 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；8) 晴空回波产生的原因是什么？湍流大气（折射指数不均匀）对雷达波的散射作用；大气对雷达波的镜式反射（大气中折射指数的垂直梯度很大）。
雷达气象学总结
雷达气象学总结一、绪论雷达气象学：利用气象雷达，进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科，它是大气物理学、大气探测和天气学共同研究的一个分支。
雷达气象学在突发性、灾害性天气的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。
雷达机的主要构成：RDA -雷达数据采集子系统RPG -雷达产品生成子系统PUP -主用户处理器子系统其次包括：通讯子系统、附属安装设备RDA的扫描方式：雷达在一次体积扫描中使用多少角度和时间。
RDA的天气模式：1.晴空模式：VCP11或VCP21 2.降水模式：VCP31或VCP32 新一代雷达：降水模式VCP：雷达天线体扫模式雷达的显示方式 ：PPI（平面位置显示Plain Position Indicator) ：固定仰角，天线做0－360°顺时针扫描，显示回波分布；实际上显示的是圆锥面上的回波分布。
按测距公式，R越大，回波高度越高。
RHI (Range Height Indicator距离高度显示）：固定方位角，天线做俯仰扫描，探测某方位上回波垂直结构。
坐标：R－最低仰角的斜距； H－按测高公式计算（标准大气折射）。
Note：纵坐标尺度放大，使回波形态变型；VCS: vertical cross sectionCAPPI （等高平面位置显示）：雷达以多个仰角（仰角逐渐抬高）做0－360 °扫描，得到三维空间回波资料（体扫描），利用内插技术获得某高度的平面分布一些雷达参数的定义：如PRF，波长、雷达天线增益、脉冲宽度等二、散射散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气介质或云滴、雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些介质或粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射现象。
主要物质：大气介质、云滴、水滴，气溶胶等。
其它散射现象：光波、声波等散射的类型：瑞利散射：d<<λ；米(Mie)散射： d≈λ瑞利散射散射函数或方向函数：后向散射能量：雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷达方向（θ＝π）的那一部分能量，这部分能量称为后向散射能量。
雷达气象学考试复习知识讲解
雷达气象学考试复习1.说明和解释冰雹回波的主要特点（10分）。
答：冰雹云回波特征：回波强度特别强（地域、月份、>50dBZ ）；回波顶高高（>10km ）；上升（旋转）气流特别强(也有强下沉气流，)。
PPI 上，1、有“V ”字形缺口，衰减。
2、钩状回波。
3、TBSS or 辉斑回波。
画图解释。
RHI 上：1、超级单体风暴中的穹窿（BWER ，∵上升气流）、回波墙和悬挂回波。
2、强回波高度高。
3、旁瓣回波。
画图解释。
4、辉斑回波。
5、在回波强中心的下游，有一个伸展达60-150km 甚至更远的砧状回波。
速度图上可以看到正负速度中心分布在径线的两侧，有螺旋结构。
有可能会出现速度模糊。
2.画出均匀西北风的VAD 图像从VAD 图像上可以获得环境风速和风向的信息，西北风的风向对应7/4π(315°)如图所示，零速度线是从45°—225°方位的一条直线（可配图说明）。
由此可绘出VAD 图像。
3.解释多普勒频移：多普勒频移：由于相对运动造成的频率变化设有一个运动目标相对于雷达的距离为r ，雷达波长为λ。
发射脉冲在雷达和目标之间的往返距离为2r ，用相位来度量为2π•2r/λ。
若发射脉冲的初始相位为φ0，则散射波的相位为φ=φ0+4πr/λ。
目标物沿径向移动时，相位随时间的变化率（角频率）44r d d r v d t d t ϕππλλ==另一方面，角频率与频率的关系2D d f d t ϕωπ==则多普勒频率与目标运动速度的关系fD=2vr/λ4.天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。
天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上。
反映了雷达波束的电磁场强度及其能流密度在空间的分布；曲线上各点与坐标原点的连线长度，代表该方向上相对能流密度大小。
图中能流密度最大方向上的波瓣称为主瓣，侧面的称为旁瓣，相反方向的称为尾瓣。
雷达气象学 1-知识点综合
《雷达气象学》知识点----大探专业第一章前言1、天气雷达回波的形成有两种机制。
2、天气雷达系统的组成和主要参数（λ，PRF，τ）。
3、天气雷达基本工作原理4、天气雷达重要组成部分以及关键参数的介绍5、我国新一代天气雷达网的业务情况介绍脉冲重复频率（脉冲重复周期），脉冲宽度（脉冲长度），脉冲发射功率（平均功率），天线转换开关，天线方向图，波束宽度，天线增益，灵敏度。
天气雷达的主要功能天气雷达系统的主要组成天气雷达的波段和波长等主要参数第二章气象目标物对雷达电磁波的散射1、散射现象及特性；2、Rayleigh散射和Mie散射的定义、区别与联系（散射能量分布特征）；3、若干基本物理量（散射函数，散射截面，雷达截面，雷达反射率，雷达反射率因子，等效反射率因子）的概念、物理意义以及他们之间的联系。
4、dBZ的计算。
5、球形粒子标准化后向散射截面σb与无量纲尺度参量α的关系。
6、正在融化的球形粒子的散射。
7、介质小椭球体的散射1.Rayleigh散射和Mie散射的定义、分类及性质2.散射截面、雷达截面、雷达反射率、雷达反射率因子的推导、概念以及物理意义以及它们之间的联系3.等效反射率因子的定义及意义4.不同降水粒子的散射特性分析无量纲尺度参数α，Rayliegh散射，Mie散射，散射函数（方向函数），Rayleigh散射的方向函数和几何图象，Rayleigh散射的散射能流密度，Rayleigh散射的散射截面，Rayleigh散射和Mie散射的区别，雷达截面及物理意义，球形水滴和冰粒的雷达截面，外包水膜融化冰球的雷达截面，介质小椭球体散射的一些性质，雪和非球形冰晶的散射，退偏振比，雷达反射率，雷达反射率因子，等效反射率因子，湍流大气产生的晴空回波。
散射的物理本质小球粒子的含义Rayleigh散射的条件散射截面、吸收截面、衰减截面、雷达反射率、雷达反射率因子的定义及Rayleigh散射下的特点Mie散射、等效反射率因子第三章大气、云、降水粒子对雷达波的衰减1、雷达发射的电磁波在大气传输过程中的衰减规律。
雷达气象学复习重点
雷达气象复习1 多普勒天气雷达可获取的基数据有反射率因子、平均径向速度和速度谱宽。
2天气雷达一般分为X 波段、 C 波段、 S 波段，波长分别是3厘米、5厘米、10厘米3目前我国 CINRAD-SA降水模式中使用的体扫模式为VCP11、VCP21、VCP31。
其中VCP11通常在强对流风暴出现的情况下使用，而VCP21在没有强对流单体有显著降水的情况下使用，晴空情况下使用VCP314目前我国 CINRAD-SA使用两种工作模式，即降水模式和晴空模式5我国新一代天气雷达的降水估测只使用最低的4个仰角：0.5°，1.5°，2.4°，3.4°，分别使用在50km以外，35-50km，20-35km和0-20km的距离范围内。
6我国新一代天气雷达系统主要由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）、通讯线路。
7当波源和观测者做相对运动时，观测者接受到的频率和波源的频率不同，其频率变化量和相对运动速度大小有关，这种现象就叫做多普勒效应。
8天气雷达的局限性：波束中心的高度随距离增加而增加、波束宽度随距离的增加而展宽、静锥区的存在。
9获取雷达接收到的降水回波信号是降水粒子对雷达所发射电磁波的散射产生的，因此电磁波在降水粒子上的散射是天气雷达探测降水的基础。
10当雷达波长λ确定后，球形粒子的散射情况主要取决于粒子直径d 。
对于d<<λ的小球形粒子的散射，称为瑞利散射；d≈λ的大球形质点的散射称为米散射。
11反射率因子在瑞利散射条件下的定义：单位体积中降水粒子直径6次方的总和称为反射率因子，用Z表示，其常用单位为mm6/m3，即∑=单位体积6 iDZ12后向散射截面的定义：设有一理想的散射体，其截面为σ，它能全部接收射到其上的电磁波能量，并全部均匀地向四周散射，若该理想散射体返回雷达天线处的电磁波能流密度，恰好等于同距离上实际散射体返回雷达天线的电磁波能流密度，则该理想散射体的截面σ就称为实际散射体的后向散射截面。
雷达气象学复习重点
1、天气雷达工作原理天气雷达工作原理:定向地向空中发射电磁波列(探测脉冲)，然后接收被气象目标散射回来的电磁波列（回波信号），并在荧光屏上显示出来，从而确定气象目标物的位置和特性雷达的测距原理：雷达根据从开始发射无线电波到接收到目标物回波的时间间隔，来测定目标与雷达之间的距离3、雷达主要组成:RDA:雷达数据采集系统、RPG:雷达产品生成子系统、PUP:主用户处理系统①定时器:定时器是雷达的“指挥中心”它实际上是一个频率稳定的脉冲信号发生器。
定时器每隔一定的时间间隔发出一个脉冲信号，它触发发射机，使发射机定时地产生强大的高频振荡脉冲并使阴极射线管同时开始作时间扫描②发射机:在定时器的控制下,发射机每隔一定的时间产生一个很强的高频脉冲,通过天线发射出去③天线传动装置: 天线传动装置主要包括两个部分，一部分是天线的转动系统，一部分是同步系统。
天线转动系统的作用是：（1）使天线绕垂直轴转动，以便探测平面上的降水分布，或漏斗面上降水、云的分布；（2）使天线在某一方位上作上下俯仰，以便探测云和降水的垂直结构和演变。
天线同步系统（也叫伺服系统）的作用是：使阴极射线管上不同时刻时间扫描基线的方位、仰角和相应时间天线所指的方位、仰角一致（即同步），从而使雷达荧光屏上出现的目标标志（用亮点或垂直偏移表示）的方位、仰角就是目标相对于雷达的实际方位、仰角④天线转换开关: 因为雷达发射和接受的都是持续时间极短（微秒量级）、间歇时间很长（千微秒量级）的高频脉冲波，这就有可能使发射和接收共用一根天线。
天线转换开关的作用是：在发射机工作时，天线只和发射机接通，使发射机产生的巨大能量不能直接进入接收机，从而避免损坏接收机；当发射机停止工作时，天线立即和接收机接通，微弱的回波信号只进入接收机⑤接收机:雷达接收机的作用是将天线接收回来的微弱回波信号放大并变换成足够强的视频信号送往显示器产生回波标志⑥雷达天线:雷达天线的作用是定向地辐射高频脉冲波和接收来自该方向的回波。
雷达气象学期末复习重点
雷达系统组成：触发信号产生器，发射机，天线转换开关,天线，接收机，显示器 脉冲重复频率PRF ：每秒钟产生的脉冲数目，脉冲间隔决定了探测距离；脉冲重复周期PRT ：两个相邻脉冲之间的时间间隔，PRT ＝1/PRF ；脉冲宽度τ：脉冲发射占有时间的宽度，单位微秒波长λ：电磁波在一个周期内在空间占有的长度；脉冲发射功率P ：发射机发出的探测脉冲的峰值功率；平均功率Pa:发射机在一个脉冲重复周期里的平均功率。
天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。
波束宽度: 在天线方向图上，两个半功率点方向的夹角。
波束宽度越小，定向角度的分辨率越高，探测精度越高。
天线增益：辐射总功率相同时，定向天线在最大辐射方向上的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比。
灵敏度：雷达检测弱信号的能力。
用最小可辨功率Pmin 表示，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。
平面位置显示器PPI ：雷达天线以一定仰角扫描一周时，测站周围目标物的回波。
以极坐标形式显示。
距离高度显示器RHI ：显示雷达天线正对某方位以不同的仰角扫描时目标物的垂直剖面图 散射现象：当电磁波传播遇到空气介质和云、降水粒子时，入射的电磁波会从这些质点向四面八方传播相同频率的电磁波，称为散射现象。
散射过程：入射电磁波使粒子极化，正负电荷中心产生偏移而构成电偶极子或多极子，并在电磁波激发下作受迫振动，向外界辐射电磁波，就是散射波。
单个球形粒子的散射定义无量纲尺度参数：α=2πr/λ当α<<1时：Rayleigh 散射，也称分子散射。
如空气分子对可见光的散射。
当0.1<α<50：Mie 散射。
如大气中的云滴对可见光的散射。
当α>50：几何光学：折射。
如大雨滴对可见光的折射、反射，彩虹等光现象。
瑞利散射：方向函数的具体形式：当雷达波是平面偏振波时，瑞利散射在球坐标中的方向函数为：()()ϕϕθλπϕθβ222222464sin cos cos 2116,++-=m m r 当入射雷达波长一定，散射粒子的大小和相态一定（即r 、m 为常数），则:()()ϕϕθϕθβ222sin cos cos ,+=C米散射：单个球形粒子的散射Rayleigh 散射与Mie 散射不同点：Rayleigh ：前后向散射相等，侧向散射为零。
南京信息工程大学雷达气象学总复习_最终版
前言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。
2) 我国目前已经布网了160多部新一代多普勒天气雷达。
按波长划分，已布网的新一代多普勒天气雷达有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、西南等内陆地区。
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。
5) 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波段天气雷达波长在3cm左右第1章散射1) 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。
2) 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。
3) 什么是瑞利散射及瑞利散射的特点？4) 什么是米散射及米散射的特点？5) 雷达截面也称作后向散射截面，它的大小反映了粒子的后向散射能力的大小，雷达截面越大，粒子的后向散射能力越强。
6) 什么是雷达反射率 ？单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和称为雷达反射率。
7) 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；8) 晴空回波产生的原因是什么？湍流大气（折射指数不均匀）对雷达波的散射作用；大气对雷达波的镜式反射（大气中折射指数的垂直梯度很大）。
9)雷达反射因子Z与雷达反射率的差别。
第2章衰减1) 造成雷达电磁波衰减的物理原因是散射和吸收。
2) 造成雷达电磁波衰减的主要物质有大气、云和降水。
3) 水汽和氧气对电磁波的衰减作用主要是吸收4) 云滴对雷达波的衰减随雷达波长得增加而减小。
5) 雨对雷达波的衰减一般与降水强度成近似的正比关系第三章 雷达气象方程1) 什么是天线增益G ？ 定向天线最大辐射方向的能流密度与各向均匀辐射天线的能流密度之比，称为天线增益，用符号G 表示。
雷达气象学考试复习
雷达气象学考试复习1.说明和解释冰雹回波的主要特点（10分）。
答：冰雹云回波特征：回波强度特别强（地域、月份、>50dBZ ）；回波顶高高（>10km ）；上升（旋转）气流特别强(也有强下沉气流，)。
PPI 上，1、有“V ”字形缺口，衰减。
2、钩状回波。
3、TBSS or 辉斑回波。
画图解释。
RHI 上：1、超级单体风暴中的穹窿（BWER ，∵上升气流）、回波墙和悬挂回波。
2、强回波高度高。
3、旁瓣回波。
画图解释。
4、辉斑回波。
5、在回波强中心的下游，有一个伸展达60-150km 甚至更远的砧状回波。
速度图上可以看到正负速度中心分布在径线的两侧，有螺旋结构。
有可能会出现速度模糊。
2.画出均匀西北风的VAD 图像从VAD 图像上可以获得环境风速和风向的信息，西北风的风向对应7/4π(315°)如图所示，零速度线是从45°—225°方位的一条直线（可配图说明）。
由此可绘出VAD 图像。
π/43π/4 7π/4方位角速度3.解释多普勒频移：多普勒频移：由于相对运动造成的频率变化设有一个运动目标相对于雷达的距离为r ，雷达波长为λ。
发射脉冲在雷达和目标之间的往返距离为2r ，用相位来度量为2π•2r/λ。
若发射脉冲的初始相位为φ0，则散射波的相位为φ=φ0+4πr/λ。
目标物沿径向移动时，相位随时间的变化率（角频率）44r d d r v d t d t ϕππλλ==另一方面，角频率与频率的关系2D d f d t ϕωπ==则多普勒频率与目标运动速度的关系fD=2vr/λ4.天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。
天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上。
反映了雷达波束的电磁场强度及其能流密度在空间的分布；曲线上各点与坐标原点的连线长度，代表该方向上相对能流密度大小。
图中能流密度最大方向上的波瓣称为主瓣，侧面的称为旁瓣，相反方向的称为尾瓣。
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雷达复习雷达⽓象学绪论&第⼀章雷达基本概念1.常⽤的测⾬雷达波段与波长？X波段——3.2 cm、C波段（反射强，内陆地区，⼀般性降⽔）——5.7 cm、S 波段（穿透能⼒强、衰减少，沿海地区，台风、暴⾬）——10.7 cm2.雷达主要由哪⼏部分组成？①雷达数据采集⼦系统（RDA）：A.发射机：RDA是取得雷达数据的第⼀步——发射电磁波信号。
RDA主要是由放⼤器完成，产⽣⾼效率且⾮常稳定的电磁波信号。
稳定是⾮常重要的，产⽣的每个信号必须具有相同的初相位，以保证回波信号中的多普勒信息能够被提取。
⼀旦信号产⽣，就被送到天线。
B.天线：将发射机产⽣的信号以波束的形式发射到⼤⽓并接受返回的能量，确定⽬标物的强度，同时确定⽬标物的仰⾓、⽅位⾓和斜距进⾏定位。
天线仰⾓的设置取决于天线的扫描⽅式（共有三种）、体扫模式（VCP）和⼯作模式（分为晴空和降⽔两种模式）。
使⽤三种扫描⽅式：扫描⽅式#1：5分钟完成14个不同仰⾓上的扫描（14/5）扫描⽅式#2：6分钟完成9个不同仰⾓上的扫描（9/6）（我国）扫描⽅式#3：10分钟完成5个不同仰⾓上的扫描（5/10）体扫模式定义4个：VCP11 --- VCP11规定5分钟内对14个具体仰⾓的扫描⽅式。
VCP21 --- VCP21规定6分钟内对9个具体仰⾓的扫描⽅式。
VCP31 --- VCP31规定10分钟内对5个具体仰⾓的扫描⽅式。
VCP32 --- VCP32确定的10分钟完成的5个具体仰⾓与VCP31相同。
不同之处在于VCP31使⽤长雷达脉冲⽽VCP32使⽤短脉冲。
⼯作模式：⼯作模式A：降⽔模式使⽤VCP11或VCP21，相应的扫描⽅式分别为14/5 和9/6。
⼯作模式B：晴空模式使⽤VCP31或VCP32，两者都使⽤扫描⽅式5/10。
C.接收机：当天线接收返回（后向散射）能量时，它把信号传送给接收机。
由于接收到的回波能量很⼩，所以在以模拟信号的形式传送给信号处理器之前必须由接收机进⾏放⼤。
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雷达气象学考试复习1.说明和解释冰雹回波的主要特点（ 10 分）。
答：冰雹云回波特征：回波强度特别强（地域、月份、>50dBZ）；回波顶高高（>10km）；上升（旋转）气流特别强 ( 也有强下沉气流， ) 。
PPI上，1、有“ V”字形缺口，衰减。
2、钩状回波。
3、TBSS or辉斑回波。
画图解释。
RHI 上：1、超级单体风暴中的穹窿（BWER，∵上升气流）、回波墙和悬挂回波。
2、强回波高度高。
3、旁瓣回波。
画图解释。
4、辉斑回波。
5、在回波强中心的下游，有一个伸展达 60-150km 甚至更远的砧状回波。
速度图上可以看到正负速度中心分布在径线的两侧，有螺旋结构。
有可能会出现速度模糊。
2.画出均匀西北风的 VAD图像从 VAD 图像上可以获得环境风速和风向的信息，西北风的风向对应7/4 π(315 °) 如图所示，零速度线是从45°— 225°方位的一条直线（可配图说明）。
由此可绘出 VAD图像。
速度3π/4π/4 7π/4方位角3.解释多普勒频移：多普勒频移：由于相对运动造成的频率变化设有一个运动目标相对于雷达的距离为r ，雷达波长为λ。
发射脉冲在雷达和目标之间的往返距离为 2r ，用相位来度量为 2π?2r/ λ。
若发射脉冲的初始相位为φ 0，则散射波的相位为φ =φ0+4πr/ λ。
目标物沿径向移动时，相位随时间的变化率（角频率）d 4 dr 4v rdt dtd2f D另一方面，角频率与频率的关系dt则多普勒频率与目标运动速度的关系fD=2vr/ λ4.天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。
天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上。
反映了雷达波束的电磁场强度及其能流密度在空间的分布；曲线上各点与坐标原点的连线长度，代表该方向上相对能流密度大小。
图中能流密度最大方向上的波瓣称为主瓣，侧面的称为旁瓣，相反方向的称为尾瓣。
5.天气雷达新技术：多基地雷达系统双偏振天气雷达（双极化）双多普勒雷达观测阵组网的多普勒雷达：难点共面显示。
CAPPI晴空条件下的测风雷达：激光雷达测云、T、机载多参数测雨雷达：相控阵雷达 Phase Array Radar ：天线， time ，风廓线雷达：三维雷达回波图象闪电定位系统6.雷达气象业务涉及的软、硬件系统及内容：1气象雷达系统（硬件部分）2气象雷达系统（软件部分）3雷达探测原理（距离、方位、强度、速度）4雷达数字化系统及产品制作5雷达图像的计算机显示实践6典型雷达回波（强度、速度）7雷达数据的压縮与保存8雷达图像的平滑与锐化9雷达图像杂波的滤除10速度资料的提取（ VAD和图像相关处理技术、含基本退模糊技术）11雷达测量降水及相关问题12雷达探测灾害性天气 ( 冰雹、台风、暴雨等 )13雷达拼图14双波长、双极化雷达的优势及应用7.球形粒子的散射◆球形干冰粒对雷达波的散射 :Rayleigh ：冰水Mie ：冰> 水所以雪和小冰粒回波弱；米 3 区，解释为何大冰雹的回波非常强。
8、9 月Z>50dBZ，大雨 >30dBZ◆正在融化的球形粒子的散射:1.外包水膜的融化冰球：Rayleigh ：随着融化水膜厚度的增加，融化冰球的雷达截面增大。
Mie:随着融化水膜厚度的增加，融化冰球的雷达截面减小.解释冬天北方降雪（干雪）回波较弱，而南方降雪（湿雪，认为是外包水膜的冰球）回波较强。
形成 0 度层亮带的原因之一就是融化作用。
2. 冰水均匀混合球：Rayleigh: 冰水均匀混合球的雷达截面随着融化水量的增加而增加的速度要比外包水膜冰球时慢得多。
8. 为什么降水雷达采用水平发射的水平偏振波？因为抬高仰角，散射无变化，E//水平面，电偶极矩l ＝ 2b长轴，不变。
球越扁， 相对于同体积的球形粒子产生的后向散射越大，而且随天线仰角的太高，后向散射强度不会改变，而且不会产生正交偏振分量。
二．衰减1. 比尔 - 伯格 - 朗伯定律的积分式d P rP r d P r R k L dSP r2 k L dSP r2P r 0P rRRln2k L dSln P rln P r 02k L dSP r 0P rRRe 2 0 k L dS 2 0 k L dSPr 0P rP r 0 e2. 用分贝数表示的衰减系数 kt3. 云对雷达波衰减规律及 ktc 与含水量 M 的关系◆云对雷达波的衰减规律：①由液滴组成的云的衰减随波长的增大而迅速减小；②液态云的衰减还随温度的降低而增大；③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；对于雷达波长较长的雷达，可忽略云层对电磁波的衰减作用；④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。
◆ktc 与云中的含水量M的关系： (M 单位体积内所有云质点的质量之和，( 单位 :g/m3) )4.雨对雷达波衰减规律及 ktr 与雨强 I 的关系◆雨对雷达波的衰减规律：①雨对雷达波的衰减系数一般与降水强度成正比关系;②雨的衰减系数在给定温度下还与波长有关系;所以在雷达波束所经过的路径上，各段的③由于雨滴谱的分布和降水强度经常随时空变化，衰减情况往往不尽相同；④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。
◆ktr与雨强I的关系：(I降水强度（雨强）：单位时间内降落到地面单位面积上的降水量。
◆衰减造成的影响：①造成回波偏弱、弱回波可能消失②减小回波区域面积③使回波分布情况失真④估测的雨强、雨量偏小⑤导致回波识别和跟踪的困难5.kt与波长成反比的结论应用。
定性结论：大面积小雨， 3cm 雷达，雨的衰减要考虑。
中雨， 3cm和 5cm，大雨或冰雹， 3cm， 5cm和 10cm均要考虑综合考虑雷达截面/ 雷达反射率与波长成反比（波长越短散射能力越强），衰减和波长也成反比的关系（波长越短衰减也越强），我国雷达布网，对短时预报，东南沿海多暴雨和台风( 大雨滴 ) ，采用 10cm 雷达，内陆西北5cm 雷达。
人影作业的移动性决定其多采用3cm 雷达。
PS:“ V”型缺口 :由于云中大冰雹、大水滴等大粒子对雷达波的强衰减作用，雷达波不能穿透主要的大粒子区，在大粒子区的后半部形成所谓的V 字型缺口。
尖角对准测站。
三．雷达气象方程1、概念：◆波宽θ：雷达主波束上两个半功率点之间的夹角，有水平波宽和垂直波宽。
雷达发射波能量越集中越好，波宽<1°◆脉冲宽度τ：脉冲持续时间(711 is 1 微秒 )◆脉冲长度 h：脉冲在空间的延伸距离h=ct◆有效脉冲深度：理论证明：只有在波束中距离R 到 R+h/2 范围内的那些粒子散射的回波，才能在同一时刻到达天线。
称h/2 为波束有效照射深度R ct / 2◆有效照射体积： V R2dRd ,R有效照射体积的具体求法取决于波束的几何形状，也就是取决天线的形状:◆天线增益：假设在这个方向上的波束范围内，天线辐射的能流密度相同，辐射天线 R 处的能流密度 Smax 与 Sav 的比值称为定向辐射天线的增益。
这样， 距离定向◆盲区：离雷达站h/2 的距离内产生的回波将收不到，称为盲区。
2、雷达气象方程（3.25 ）式，及对其的讨论。
要求掌握每项物理意义、各参数含义。
3P t G 21h 1 m21 2R1Pr ..R 2. .m 2Z .10 0.2 kdR(3.25)1024(ln 2)220 .2 R讨论： PrkdRC Z.10R 2◆气象因子的作用：①目标物的后向散射特性 -- 粒子大小、形状、相态、温度等对散射的影响。
②波束路径上各种粒子对雷达波的衰减作用-- 大气、云、 雨滴、 冰雹等粒子在不同波长、 温度时的衰减。
◆雷达参数的选择：①发射功率： 增加 Pt ，可提高雷达探测能力和探测距离。
但增加 Pt 受技术和经济条件限制。
测距的限制常常不是Pt 不足，而是由于地物阻挡和地球曲率的影响。
②波长λ ( 或振荡频率 f ): 同一目标物对不同波长的电磁波的散射和衰减特性有很大差别。
所以不同用途的气象雷达具有不同的波长。
③脉冲宽度 : 增加脉冲宽度， V 增大，有更多粒子产生的回波能同时到达天线，使Pr 增大，从而增大雷达探测能力。
但有两个缺点 : (1)雷达距离分辨率 (h/2) 变低 ; 指空间径向上两个目标物在雷达屏幕上可区分的最小距离。
(2) 雷达盲区变大 : 离雷达站 h/2 的距离内。
④天线增益 : 取决于天线口径面积：增大Ap可以提高G和减小波宽，从而增大雷达探测能力和探测的角分辨率。
所以，天气雷达常采用较大的 Ap。
但是如果 Ap 过大，转动性能、抗风能力和机动能力就差，制作和安装也困难。
⑤脉冲重复频率(PRF) : PRF的选取决定了最大探测距离，实际的PRF选择取决于实际情况。
◆距离因子的作用：①回波功率Pr 与距离 R 的平方成反比，即同样强度的降水在远处要比近处弱的多②最大不模糊距离Rmax: R maxc 2PRFPS：多普勒两难：Vr max PRF 4最大不模糊距离：Rmax 是指在下一个脉冲发射出去之前，这个脉冲能向前走并返回雷达的最长距。
R maxcVmax Rmax2PRFc8题目：1.波长为 5 厘米的天气雷达，工作在 1000Hz 的脉冲重复频率下，能否正确探测 180 公里处、移速为 20 米 / 秒的雷暴系统？如果不能探测，会出现什么结果？（20 分）解： 150km;12.5m/s所以波长为 5 厘米的天气雷达，工作在1000Hz 的脉冲重复频率下，不能正确探测180 公里处、移速为20 米 / 秒的雷暴系统，会有二次回波和速度模糊。
（ 5 分）画图分析，在距离雷达30Km出出现二次回波。
（2 分）若 20m/s 是远离雷达的径向速度，在速度图上显示的正的最大12.5m/s 区域突变成负的最大且渐变为负的5m/s，表现为速度模糊现象，公式计算过程。
（3分）2.为了正确测量 180 公里处、移速为 15 米 / 秒的雷暴系统，可否选用波长为 5 厘米的多普勒天气雷达？如果再利用波长为10 厘米的多普勒天气雷达，请设定合适PRF。
（ Rmax*Vmax = 180 km * 15 m/s =2.7x106 m2/s, (λ C)/8 = 0.05*3.0*108 /8≈ 2*106m2/s )因为 Rmax*Vmax > (λ C)/8 ，所以，不能正确测量（如果学生回答采用双PRF技术，则有可能实现，这时需要写出PRF的具体数据）第二问的具体求解过程：(1) Rmax= C/ （ 2*PRF） > 180 k,m, PRF < C/(2*180km) = 833 Hz(2) Vmax = ( λ *PRF)/4 > 15m/s PRF > （ 4*15m/s ） / λ = 600Hz因此任意介于600Hz 和 833Hz 之间的 PRF都符合要求。