冷空气侵入台风“珍珠”的多普勒雷达回波特征
雷达微多普勒特征处理与应用
雷达微多普勒特征处理与应用一、概述雷达微多普勒特征处理是指对雷达回波信号中的多普勒效应进行处理，提取出其中的特征信息。
这些特征信息可以用于目标识别、目标跟踪、天气预报等方面。
本文将介绍雷达微多普勒特征处理的基本原理和常用方法，并探讨其在实际应用中的具体场景。
二、基本原理雷达回波信号中的多普勒效应是由于目标相对于雷达发射源或接收器运动而产生的频率偏移。
通过对回波信号进行频谱分析，可以得到目标相对于雷达的速度信息。
但是，由于天气等因素的影响，回波信号中可能存在大量杂波干扰，使得速度信息难以准确提取。
因此，需要对回波信号进行特征处理，提取出其中与速度相关的特征信息。
三、常用方法1. 傅里叶变换法：将时域信号转换为频域信号，通过分析频谱图来确定目标速度。
2. 匹配滤波法：利用已知目标反射率和雷达参数建立匹配滤波器，在接收到回波信号后与之进行卷积运算，得到匹配度最高的速度信息。
3. 相关法：将回波信号与一个已知速度的参考信号进行相关运算，得到相关系数最大的速度信息。
4. 频谱拟合法：将回波信号进行高阶谱分析，通过对频谱曲线进行拟合来确定目标速度。
四、应用场景1. 目标识别：利用雷达微多普勒特征处理技术可以提取出目标的运动特征，从而对目标进行识别和分类。
例如，在航空领域中，可以通过分析飞机的雷达回波信号来判断其机型和飞行状态。
2. 目标跟踪：在雷达跟踪系统中，利用微多普勒特征处理技术可以准确提取出目标的速度信息，并结合其他传感器数据进行目标跟踪和预测。
3. 天气预报：雷达微多普勒特征处理技术可以用于分析天气现象中的风场变化，从而提高天气预报的准确性。
例如，在台风监测中，可以通过分析台风眼壁区域的雷达回波信号来判断台风强度和移动路径。
4. 地质勘探：雷达微多普勒特征处理技术可以用于地质勘探中的岩层识别和地下水探测。
例如，在石油勘探中，可以通过分析地下油藏中的雷达回波信号来判断其含油性质和分布情况。
五、总结雷达微多普勒特征处理技术是一种重要的雷达信号处理方法，可以提取出目标运动特征并应用于目标识别、目标跟踪、天气预报等领域。
多普勒天气雷达原理与业务应用思考题
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？答：主要由雷达数据采集子系统（RDA ），雷达产品生成子系统（RPG ），主用户终端子系统（PUP ）三部分构成。
RDA 的主要功能是：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基本数据。
RPG 的主要功能是：由宽带通讯线路从RDA 接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户，是控制整个雷达系统的指令中心。
PUP 的主要功能是：获取、存储和显示产品，预报员主要通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。
2 多普勒天气雷达的应用领域主要有哪些？答：一、对龙卷、冰雹、雷雨大风、暴洪等多种强对流天气进行监测和预警；二、利用单部或多部雷达实现对某个区域或者全国的降水监测；三、进行较大范围的降水定量估测；四、获取降水和降水云体的风场信息，得到垂直风廓线；五、改善高分辨率数值预报模式的初值场。
3 我国新一代天气雷达主要采用的体扫模式有哪些？答：主要有以下三个体扫模式：VCP11——规定5分钟内对14个具体仰角的扫描，主要对强对流天气进行监测；VCP21——规定6分钟内对9个具体仰角的扫描，主要对降水天气进行监测；VCP31——规定10分钟内对5个具体仰角的扫描（使用长脉冲），主要对无降水的天气进行监测。
4 天气雷达有哪些固有的局限性？答：一、波束中心的高度随距离的增加而增加；二、波束宽度随距离的增加而展宽；三、静锥区的存在。
5 给出雷达气象方程的表达式，并解释其中各项的意义。
答：P t 为雷达发射功率(峰值功率)；G 为天线增益；h 为脉冲长度；、 ：天线在水平方向和垂直方向的波束宽度；r 为降水目标到雷达的距离；：波长； m ：复折射指数；Z 雷达反射率因子。
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。
答：∑=单位体积6i D z ，反射率因子指在单位体积内所有粒子的直径的六次方的总和，与波长无关。
雷达气象学课件：第八章多普勒天气雷达资料在天气预警预报中
1、回波呈柱状(发展的阶段不同,柱状的高度不同),底 部及地，云顶高度较高，一般>6-7km，最高可达 20km，随季节差异大。 2、在高显上出现异常的高，是虚 假的旁瓣回波，出现此回波说明会 有冰雹云、甚至是大冰雹。 单体对流云内部只有一个强中心,而多单体组成的对流云 降水,往往具有不规则的外形和多个强度中心,强度也不一 定相同；
对流风暴云生命史的各阶段垂直剖面图
对流云风暴云降水生命史的回波特征：
1、积云阶段
PPI：抬高天线仰角才能观测到对流云回波,尺度很小,但边缘较清晰； RHI：回波位于中空,底部不及地,呈米粒状或倒梨状； 2、发展阶段 PPI：回波呈块状,内部结构密实,边缘较清晰,回波尺度和强度迅速增 大； RHI：回波呈柱状,底部及地,高度不断升高,且在接收机上进行衰减后 回波顶高度降落很少 3、成熟阶段 PPI：回波体大,内部结构密实,边缘清晰,局部有些发毛,回波强度很 大； RHI：回波高耸,加衰减后顶高降落很少,强回波区的高度也很高； 4、消散阶段 PPI：初期回波的尺度仍较大,但内部结构松散,边缘发毛,之后强度和 尺度都不断减小； RHI：初期顶高虽仍较高,但加衰减后顶高明显降落,强回波区位于回 波的中下部。之后,高度不断下降,后期显出零摄氏度层亮带。
图：典型单一单体对流云回波 强度图：云体高大，中心强度大 速度图：不同高度上有风切变。
单体风暴云的PPI回波图
多单体风暴云特征
多单体风暴云是强对流 风暴中出现机会最多的 一种，其实质是四个处 在不同发展阶段的对流 单体依序排列的集合体。 右图可看出：
1、外围的黑色波纹线:云的剖面边界，绿色:RHI上多单体风暴 云的回波,红色的强回波区:可能产生冰雹的区域； n+1：淡积云 n：浓积云（发展旺盛） n-1：发展成熟的积云 n-2：开始消亡的积云 2、左边的下沉气流和降水的拖制，可能产生层状云；右边的上 升气流使云不断发展、组织化的垂直运动使对流云的生命史比 单体对流云要长得多。
晋城地区冰雹天气的多普勒雷达回波特征分析
晋城地区冰雹天气的多普勒雷达回波特征分析作者：任鹏娟程海霞赵珺来源：《现代农业科技》2018年第02期摘要利用长治市新一代天气雷达CINRAD/CC的基本产品和导出产品，详细分析并归纳了晋城市冰雹雷达回波的识别特征。
结果表明，冰雹云回波较高的基本反射率因子值、三体散射、垂直积分液态含水量跃增、中气旋、冰雹指数、垂直剖面产品中雹云的强回波核的结构特征可作为冰雹天气临近预报的重要依据。
关键词冰雹；雷达回波特征；三体散射；回波顶高；山西晋城中图分类号 P412.25 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）02-0214-03Analysis on Doppler Radar Echo Characteristics of Hail in Jincheng AreaREN Peng-juan CHENG Hai-xia ZHAO Jun（Jincheng Meteorological Bureau in Shanxi Province，Jincheng Shanxi 048026）Abstract Using basic products and derived products of new generation weather radarCINRAD/CC of Changzhi City，the radar echo recognition characteristics of hail in Jincheng City were analyzed and summarized in detail. The results showed that the basic reflectivity of hail cloud echo top height，TBSS，sharp increase of vertical integrated liquid water content，mesocyclone，hail index，structure characteristics of hail cloud strong center in vertical profile products could be used as important evidences for nowcasting of hail weather in Jincheng City.Key words hail；radar echo characteristics；TBSS；echo top height；Jincheng Shanxi冰雹是山西晋城地区的主要灾害性天气之一，从历史资料统计来看，冰雹出现的主要时段在5月下旬到8月中旬，最早出现在3月上旬，最迟出现在10月下旬，给农业生产带来很大影响。
雷达回波识别与分析
非气象回波——主要是地物、飞机等非气象目标物对雷达电磁波的散射或反射而引起的，或者是由于雷达的性能引起的虚假回波。 有无多普勒径向速度等值线密集带存在 朝向雷达分量（负）和远离雷达分量（正）分布特征
雷达回波强度 的识别与分析
尾瓣在PPI上的虚假回波（P. 313 图 10.35）——关于雷达站中心对称， 虚假回波正好与真实回波的强中心相似，且随着真实回波的移动而移 动；
旁瓣在PPI上的虚假回波（P. 313 图 10.36）——又称“枝状回波” ， 分布在真实回波的两侧，且随着真实回波的移动而移动；
旁瓣在RHI上的虚假回波
“指状回波” （P. 313 图 10.37）——其形状与强回波中心相似； 降水回波延伸到地平线以下。
气象回波
——降水回波
层状云连续降水回波
——片状回波
特点
PPI回波特征：成片分布，面积较大，回波边缘模糊发毛， 在大片弱回波中偶有个别强度较强的回波团（强度一般在 20－30dBz）；
RHI回波特征：结构均匀，顶部虽有起伏，但相对起伏较 小（相对于对流云降水），比较平整，垂直厚度不大（一 般5－6Km，因地区、季节而不同），水平尺度要比垂直尺 度大得多；
对流云回波特征
在PPI上通常呈小块状，零散、孤立、尺度小，犹 如天上的星星；
在RHI上呈柱状，地步不及地，发展迅速，若条件 许可，能在很短时间内由云发展成为阵雨或雷雨；
雾的回波
雾滴和云滴一样，粒子非常小，只有波长较短、 灵敏度较高的雷达才能探测到；
在PPI上，雾的回波呈均匀弥散状，像一层薄 纱罩在屏幕上；
在测战附近有高大建筑物、降水或超折射等现象 的情况下容易出现，一般仍能探测到降水回波。
雷达集训试题(含答案)分析
多普勒天气雷达集训试题2014年8月30日一、 填空题1、新一代天气雷达主要由 雷达数据采集系统 RDA 、 雷达产品生成系统RPG 、主用户终端子系统PUP 三部分组成。
2、新一代天气雷达的体扫方式有VCP11 、 VCP21 、VCP31、VCP32。
降水模式使用 VCP11 或VCP21 ，晴空模式使用VCP31 或VCP32 ，其中VCP11常在强对流风暴出现的情况下使用，而VCP21在没有强对流但有显著降水的情况下使用，其他情况下使用VCP31。
3、多普勒天气雷达测量的三种基数据是基本反射率因子 、平均径向速度、谱宽 。
4、大气中折射的种类有 标准大气折射 、超折射 、 负折射 、 无折射 、临界折射 。
5、多普勒雷达是一种全相干雷达，每个发射脉冲的 位相已知的，而且是相同的。
6、雷达探测到的任意目标的空间位置可根据 仰角、方位角、斜距三个基本要素求得。
7、多普勒雷达除了具有探测云和降水的 位置 和 强度 的功能以外，它以 多普勒效应 为基础，根据返回信号的 频率 漂移，还可以获得目标物相对于雷达运动的径向速度 。
8、达气象方程为=t p ∑单位体积i r h PtG σπθϕλ2222)2(ln 1024，其中G 表示天线增益 ，h 表示脉冲长度 ，σ表示粒子的后向散射截面 。
9、反射率因子定义为单位体积中所有粒子直径的6次方之和。
它的大小反映了气象目标内部降水粒子的 尺度 和 数密度 ，常用来表示气象目标的强度。
10、11、雷达波束在降水中传播时能量的衰减是由降水粒子对雷达电磁波的散射 和 吸收 造成的。
12、当发生距离折叠时，雷达所显示的回波位置的 方位（或位置） 是正确的，但 距离 是错误的。
13、在风向随高度不变的多普勒速度图像中，零等速度线为一条 贯穿屏幕中心的直线 。
14、在雷达径向速度图上，任意高度处的真实风向垂直于 过雷达测站点和该高度与零值等风速线交点的径向直线 ；暖平流时零值等风速线呈S 型，冷平流时呈 反S 型；出现急流时会有一对 符号相反 的并与PPI 显示中心对称分布 的闭合等风速线出现。
一次超级单体风暴的多普勒雷达回波特征分析
一次超级单体风暴的多普勒雷达回波特征分析本文利用建阳S波段多普勒天气雷达资料对2007年4月1日下午发生在闽北地区的一次典型的超级单体风暴过程进行了详细分析。
此次风暴完全具有超级单体风暴的几个典型特征，即钩状回波，有界弱回波区以及中气旋结构。
该超级单体风暴历经约1个半小时，其间自西南向东北方向移动了约80km，其所经地区出现大风、冰雹和强降水天气。
标签：多普勒雷达回波超级单体风暴有界弱回波区中气旋一、引言超级单体风暴是局地对流风暴发展的最强烈的形式，其相应的灾害性天气有冰雹、龙卷、灾害性大风（包括下击暴流）和暴洪。
超级单体风暴作为一个强烈发展的对流单体的特征除了其准稳定状态外，一个重要的雷达回波特征是存在一个弱回波区或有界弱回波区。
有界弱回波区也称为“穹窿。
”超级单体风暴的另一个雷达回波特征是低层的钩状回波。
2007年4月1日下午，在闽北地区出现了一次大范围的雷雨大风、短时强降水和冰雹等强对流天气。
在出现的一系列强对流风暴中，有一个经典的超级单体风暴造成了严重的灾害，该超级单体风暴历经约1个半小时，其间自西南向东北方向移动了约80km，其所经地区出现大风、冰雹和强降水天气。
受灾最严重的建瓯市测站瞬间极大风速达17.8米/秒，多个乡镇遭受冰雹袭击，全市受灾人口1.416万人，损坏房屋6687间，直接经济损失2362万元。
本文利用建阳多普勒雷达产品资料对这次超级单体风暴个例进行详细分析，以期为今后的强对流天气特别是冰雹天气的临近预报提供一些参考依据。
二、天气背景简要分析2007年4月1日08时，500hPa上为两槽一脊位于中高纬度，高压脊位于巴尔喀什湖附近。
850hPa上低涡切变位于苏州-武汉-宜昌-宜宾-昆明-思恩一线。
福建省处于槽前西南气流和切变南侧西南气流控制下。
地面静止锋位于温州-江山-南昌-莲花-衡阳一线，我省处于锋前暖区（图略）。
资料还显示，低层有气旋式环流与切变辐合的存在。
这一切都预示着一场强对流风暴即将到来。
雷达气象学 第六章 多普勒天气雷达回波的识别和分析
单位、地点 （2）检查的方法：
①对比法 ②理论分析法 ③经验判断法 ④实况资料验证法 （3）可能存在的问题： ①回波强度值偏弱。 ②回波强度值偏高。 ③近处回波强度值偏高，远处回波强度值偏弱。 ④回波高度值偏高或偏低。 ⑤多普勒径向速度场资料出现速度突变折叠区。 ⑥回波面积缩小。 ⑦回波分布位置不对。 ⑧显示参数错误。
回波强度的共同特征：
PPI上由许多分散的回波单体所组成，排列成带状、条 状，离散状或其它形状。回波单体结构紧密，边界清晰， 棱角分明，回波强度强，持续时间变化大。单体尺度较小， 从几公里到几十公里。
RHI上回波单体呈柱状、砧状、花菜状、纺锤状，一 般发展得比较高，多数在6-7km以上，但随地区、季节和大 气系统不同差异很大，最高可达对流层顶高度。
下融化成水滴的过程中，由于融化作用、碰并聚合效应、速度效 应和粒子形状的作用，以及他们的综合作用形成的。
研究零度层亮带的意义：
①在雷暴消散阶段探测到亮带，说明对流已经减弱，降 水性质已经从对流性质逐步转化为层状云连续性降水. ②研究亮带形成的微观物理机制，对于探讨降水机制和 人工影响局部天气均有意义 ③亮带的存在，表明亮带上面是雪花和冰晶，而不是过 冷水滴。 ④亮带的存在，表明大气中不存在强烈的对流和湍流活 动。对飞行活动是一个指标。 ⑤从亮带出现的位置可以大致确定零度等温线位置。在 混合性降水过程中，亮带的出现，可以作为识别雹云的 指标之一。 ⑥从雷达探测得到的零度层亮带和探空资料得到的零度 层亮带比较，可以判断雷达仰角标定是否正确，以及所 测得的回波高度是否准确。
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５ ０ ｍ的高空有最 大风 速为３ ｎｓ Ｏ １ｒ 的向岸流。Ｋ ｐ ｒ ／ ｅｅｔ （ｏ ２） ２ ０ ａ认为这种非对称 性与三维模式 中的移动风暴
外可信度 达９ ％水 平的大风 和飓风 引起 的大风 半径 ５ 预报 。最 近几 年 ，台风路径 的预报水平 已经有 很大 的提高 ， 但是 台风风场分 布的预报却相 对进展 缓慢。
风） 侵入所导致 的，而且该冷空气侵入 主要 位于 ４ｋ 以下的中低层 ，正是 因为冷空气侵入 造成强迫抬升 ，加剧 ｍ 不稳定 能量释放 ，触 发强降水 产生 ，冷 空气影响后期导致 台风迅速减弱 。与雷达速度 场回波观测到 的冷空气侵
入 相对 应 ，１ ７日 ｌ Ｎ Ｅ ８ ｃ Ｐ风速资料显示在 中低层（ １ ３ ｍ 台风中心偏西侧 ，存在 明显 的全风速高值区 ， ｈ 约 ～ ） ｋ
层 模 式 给 出 了 一 些 模 式 结 果 ， 这 些 模 式 结 果 与
是 由于业务上 的数值 天气预报模 式不 能在非 常高的
分辨率下运行 ，因此 不能完 全分辨Ｔ 结构 。 ｃ
陆 地 上 增 加 的摩 擦 一 直 被认 为 是 Ｔ 登 陆 时造 成 Ｃ 风结 构 改 变 的重 要 影 响 因 素 ，最 近研 究 认 为 ， 陆地 引起 的非 对 称 摩 擦 和 运 动 引 起 的非 对 称 性 作 用 是 一
冷 空气侵 入 台风 “ 珍珠 ＂的多普勒雷达 回波特征
魏应植 ，吴 陈锋 ２ 一，林长城 ４ ，孙旭 光 ５
（． 建省 气象 局 ，福 建 福 州 ３Ｏ ０ ； ２ １福 ５ｏ １ ．南京 信息 工程 大学 ，江苏 南 京 ２ ０ ４ ； １ｏ４ ３ 厦 门市 气象 局 ，福建 厦 门 ３ １ １； ４ ． ６０ ２ ．福建 省气 象科 学研 究所 ，福建 福州 ３Ｏ ０ ５０ １
Ｂａｋ ｅ１ １ｃｗ ｌ 的观测结果 具有非常好 的一 致性 。随后 ， Ｋ ｐｒ ２０ ｂ又研 究 了一 个移 动的风暴登 陆时 的响 ｅｅｔ ０ ２ ） （
应 结 构 ，在 这 种 情 况 下 ，上 述 的两 种 非 对 称 强 迫 源
同时存在 。结 果发现 ，当风暴登陆 时 ，由于风暴移 动在其右前方 象限产生 的最 大风速减 弱了 ，而在风
热
带
气
象
学
报
n ”
，
24
卷
暴 路 径 左 侧 (北 半 球 ) 的 离 岸 流 中 出 现 了
风速
[3 6
-
一
而除了受冷 空气 影响部位外 ，台风前进方 向的右侧各层风速仍然大 于左侧 。利用蓝金模 式模拟结果 ，可进一步 证 实了在台风前进方 向左 侧的 中低层 ，东北 向气流侵入 台风涡旋 的事实 。通过计算物理量 表明 ，在 冷空气侵入 区域存在高 。密集锋 区， 。 关 键 。 密集带从底层 向高层 、由偏东 向偏西 、由偏 南向偏北方 向倾斜 ，闽南地 区的特 大暴雨就发生在高 。 的密集锋 区附近 。 词 ：台风 “ 珍珠 ”；冷空气 ；雷达 回波特征 文献标识码 ：Ａ 中图分类号 ：Ｐ ４ ４４
第 ２卷 第 ６ ４ 期
２０ ０ ８年 １ ２月
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ 热ＴＲＯＰ气 象 Ｍ 学 报 ＯＦ 带 Ｉ ＣＡＬ ＥＴＥＯＲ０ＬＯＧＹ
Ｖ ｌ４Ｎ ． ０２ ｌ＿ ． Ｏ６
Ｄｅ ． ２ ０ ｃ． ０ ８
文章编号： １ｏ —９ ５２ ０ ）６Ｏ ９ —０ Ｏ ４４ ６ （０ ８０ 一５ ９１
收稿 日期 ： ２ ｏ ．８ｏ ： 订 日期 ：２ ０—】２ ０ ７Ｏ ．６ 修 ０７ １．８
基金 项 目：厦 门市 科技 局社 会发 展 项 目（５ ２ ２０ ２ １ 、３０ ｚ ｏ ６０ ２共 同资 助 ３ Ｏｚ ０５ Ｏ０ ５２ ２０ ４２ ）
通讯作者 魏应植，男，广东省人 ，正研级高级工程师。主要研究方向：卫星、雷达在热带气旋中的应用 。Ｅ ｍ ｉ ｗ ｉｚ ｍａ ｏ － ＿ ｌ ｅ ＠ｃ ｖ ｎ ａ： ｙ ｇ ｃ
５ 南京大学大气科学系，江苏 南京 ２ ０９ ） ． １０ ３
摘
要： 利用汕头和厦门的多普勒雷达资料、 ｃ Ｐ Ｎ Ｅ 再分析等资料 ， 研究 ２０ 年 ５ １ ０６ 月 ７日台风 “ 珍珠”的
短时特大暴雨特征 。多普勒雷达探测表 明 ，１ １ ～ ９ ，在台风 “ 珠”的核半径 附近 ， 、负径 向速度极 ７日 ８ １ ｈ 珍 正 值区分布不对称 ， 即台风前进方 向左侧 的径向速度明显地大于右侧 ， 研究表 明这种 特殊 情况是 由于冷空气（ 东北
这 主 要 是 由于 所 涉及 物 理 过 程 的 复 杂 性 ， 同 时 ，也
（ ｐｒ ０ １ Ｋ ｐ ｒａｄｗａ ｇ Ｏ １类似 ， Ｋｅｅｔ ０ ， ｅｅｔ ｎ ｎ ０） ２ ２ 其唯一本
质 的差别 是非对称摩 擦强迫 的 ｅｅｔ 和ｗａ ｇ２ ０ ） ｎ （ｏ １的三维边界
样 的，主要提供 了一个 波数 为 １ 的作用力。因此 ，部
１ 引
言
分主体位 于陆地上 的静 止风暴和移 动风暴两者 的非
对称边界层风场结构是相似 的。 ｌ ｋ ｅｌ ｏ ０给出 Ｂ ａ ｗ ｌ２ ０ ） ｃ （ 了飓风 Ｄ ｎ ｙ 乎静 止在美 国海 湾沿 岸时 的风场观 ａｎ 几 测分析 【， ２ 结果显示有显著 的风场非对称性 ， 】 即在大
约５ ０ ｍ高 空 有 最 大 风 速 为 ４ ｓ 离 岸 流 ，而 在 ｌ ０ １ 的
对登 陆热带气旋 （Ｃ 风场 分布 的预 报绝对是业 Ｔ ） 务 上的一个挑战 ，它 的重要性在 于登 陆 台风会给沿 海 地 区 造 成 巨 大 的 损 失 和 广 泛 的 破 坏 。 正 如 ｗｉｏ 曲ｂ （０ ５所总结的川，美 国天气研究计划对 ｌ ｕ ｙ２ ０ ） ｌ 台风 的优先计 划之一 ，就是 制作较准确 的４ 小时 以 ８