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。

7 给出后向散射截面的定义式及其物理意义。

答： 定义：设有一个理想的散射体，其截面面积为ơ，它能全部接收射到其 上的电磁波能量，并全部均匀的向四周散射，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，Z R C Z m m r h G p p t r ⋅=⋅+-=2

2222223212ln 1024λθϕπθϕλi S s R S 24πσ=

则该理想散射体的截面面积ơ就称为实际散射体的后向散射截面。

物理意义：定量表示粒子后向散射能力的强弱，后向散射截面越大，粒子的后向散射能力越强，在同等条件下，它所产生的回波信号也越强。

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？

答：工作频率——天气雷达发射的探测脉冲的震荡频率

脉冲重复频率——每秒产生的触发脉冲的数目

9 什么是波束的有效照射深度和有效照射体积？

答：有效照射深度——雷达发出的探测脉冲具有一定的持续时间τ，在空间的电磁波列就有一定的长度h=τc，在雷达波束径向方向上，粒子的回波信号能够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。

有效照射体积——在波束宽度θ和ϕ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。

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？

答：0代表1，-10代表0.1，30代表1000，40代表10000

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？

答：多普勒效应——当接收者或接收器与能量源处于相对运动状态时，能量到达接收者（器）时频率的变化。

多普勒雷达测量回波径向速度的主要技术是“脉冲对处理”，也就是利用相继返回的两个脉冲对之间的位相变化确定目标的径向速度。

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？

答：距离折叠——雷达对于产生雷达回波的目标物位置的判断有最大不模糊距离，最大不模糊距离就是当雷达发出的一个脉冲遇到该距离的目标物产生的后向散射波返回到雷达时，下一个雷达脉冲刚好发出。而当目标物的距离超出最大不模糊距离时，雷达对产生雷达回波的目标物位置就会产生辨认错误，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，雷达却把目标物显示在Rmax以内的某个位置，这种现象称为距离折叠。

速度模糊——因为多普勒雷达测速的主要技术是“脉冲对处理”，能够测量的一个脉冲到下一个脉冲的最大相移的上限是180°，与180°脉冲对相移所对应的目标物径向速度值称为最大不模糊速度。如果目标运动的真实脉冲对相移小于180°，那么雷达对速度的第一猜值是正确的，或者叫做不模糊的，但如果一个目标在两个脉冲的时间间隔期间移动的太远了，它的真实相移超过180°，则将赋给它一个小于180°的相移值，那么速度的第一猜值是不正确的，或者说速度是模糊的。

最大不模糊距离的表达式：Rmax=C/(2*PRF)

最大不模糊速度的表达式：Vmax=λ*PRF/4

多普勒两难——由于最大不模糊距离和脉冲重复频率成反比，而最大不模糊速度与脉冲重复频率成正比，因此不存在一个单一的脉冲重复频率能够使最大不模糊距离和最大不模糊速度都比较大，这通常称为多普勒两难。

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？ 答：前者由于最大不模糊距离比较大，460KM 以外的回波才会产生距离折叠，而460KM 以外即使是较低仰角，波束中心的位置也已经比较高（约17KM ），一般的对流风暴较难达到，而且距离远也造成回波能够回到雷达天线的能量已十分小，基本上不会对460KM 以内的回波造成影响。后者由于仰角比较高，在115KM 以外，雷达波束也已经到了很高的高度，一般的对流风暴很难达到此高度，所以也不大可能有大量降水粒子回波返回雷达天线造成距离折叠。

14 地物杂波有哪几种？抑制地物杂波的主要思路是什么？

答：地物杂波包括固定地物杂波和异常地物杂波，固定地物杂波是指高塔和山脉等地物在雷达波束正常传播情况下造成的杂波，异常地物杂波是指由雷达波束的超折射造成的地物回波。抑制地物杂波的主要思路是地物为静止不动的，因而其沿着雷达径向的速度必然是零，因此抑制地物杂波的做法是将一个距离库内径向速度在零值附近的那部分功率滤掉。

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？

答：超折射在反射率因子产品上的形态：造成反射率因子数据出现杂斑点，斑点值的变化范围很宽，并且可以扩展到很大的范围；超折射造成的地面回波的不均匀性相当明显，通常反射率因子值相当高，并且会发生突然从低值到高值的变化，其反射率因子梯度不如气象回波的反射率因子梯度光滑。超折射在平均径向速度产品上的形态：一个接近零的速度场中孤立的镶嵌着非零值。

出现超折射说明当时的大气状况：温度随高度升高而增加（逆温）和/或湿度随高度增加而迅速减少。

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？

答：速度退模糊算法的主要思路是根据连续性原则将每个速度初猜值与它的周围的相邻速度值相比较，如果一个速度初猜值与它的周围值显著不同，则该算法试图用另一个可能的值替换那个速度初猜值。

速度退模糊算法的主要步骤是：一、径向连续性检查；二、九点平均；三、扩展搜索；

四、环境风表

17 km R 300max ，雷达波长5厘米，

max r V 应是多少？若雷达波长10厘米，max r V 是多少？ 答：PRF=C/（2*300000）=500 4*max r V /λ=500 所以当λ=0.05米时，max r V =6.25m/s ；当λ=0.1米时，max r V =12.5m/s

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？

答：45-2*60=-75节

19 对流风暴分为哪几种类型？