天气雷达的基本工作原理和参数
雷达技术在天气预测中的应用
雷达技术在天气预测中的应用随着科学技术的不断发展，天气预报的准确性越来越高。
而其中一个重要的技术就是雷达技术。
雷达技术是一种可以探测目标的电磁波技术。
在天气预测中，雷达技术可以利用反射，散射和折射等原理，实现对大气中降水，云，风等天气变化的探测。
下面我们详细介绍雷达技术在天气预测中的应用以及其原理。
一、雷达技术的原理雷达技术通常由发射器，天线，接收器，处理器等主要部件组成。
当雷达设备开始工作时，发射器会向外发送高频电磁波。
然后天线会接收到这些电磁波并将其传输到接收器。
接收器接收到电磁波并解码，从而确定信号的强度和时间。
最后，处理器会将经过处理后的数据转化为可读的图像或数字信息。
在天气预测中，雷达技术主要通过向天空发送电磁波来探测降水情况。
当电磁波穿过大气中的水分子时，其中一部分会反射回雷达设备。
这些反射的电磁波被称为回波，通常被用于确定降水的类型和强度。
回波的强度取决于水滴的大小和数量。
通过对这些回波的处理，我们就可以确定降水的类型和强度。
二、在天气预测中，雷达技术主要用于探测大气中的降水，云和风等情况。
雷达技术通过不断地记录和分析这些数据，可以提供准确的天气预报服务。
下面就让我们来看看雷达技术在上述领域的具体应用。
1. 降水探测在天气预测中，降水的探测是最为重要的一项任务。
雷达技术利用回波来探测降水的类型和强度。
通过不断地记录和分析回波的变化，可以提供准确的降水预测服务。
这种预测在航空，农业和气象等领域都有广泛的应用。
2. 云的探测雷达技术还可以通过探测大气中的云来预测未来的天气状况。
云的探测通常使用“亮带信号”的原理来实现。
当雷达设备向天空发送电磁波时，这些电磁波会被云层反射。
如果云层比较密集，那么反射的电磁波就会比较强，从而形成“亮带信号”。
通过对这些信号的分析，我们就可以确定云层的类型和密度。
3. 风的探测雷达技术还可以通过测量风场的变化来预测未来的天气状况。
这主要是因为风场的变化会对大气中的物质传输和能量转移产生影响。
新一代多普勒天气雷达简介
多普勒效应是澳大利亚物理学家J.Doppler1842年首先从运动着的发声源中发现的现象，多普勒天气雷达的工作原理即以多普勒效益为基础，具体表现为：当降水粒子相对雷达发射波束相对运动时，可以测定接收信号与发射信号的高频频率之间存在的差异，从而得出所需的信息。
运用这种原理，可以测定散射体相对于雷达的速度，在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况等。
这对研究降水的形成，分析中小尺度天气系统，警戒强对流天气等具有重要意义。
天气雷达间歇性地向空中发射电磁波（称为脉冲式电磁波），它以近于直线的路径和接近光波的速度在大气中传播，在传播的路径上，若遇到了气象目标物，脉冲电磁波被气象目标物散射，其中散射返回雷达的电磁波（称为回波信号，也称为后向散射），在荧光屏上显示出气象目标的空间位置等的特征。
在雷达探测中，气象目标的空间位置是用雷达天线至目标物的直线距离Ｒ（亦称斜距）,雷达天线的仰角和方位角来表示。
斜距Ｒ可根据电磁波在大气中的传播速度Ｃ和探测脉冲与回波信号之间的时间间隔来确定。
电磁波在大气中传播速度是略小于它在真空中的传播速度，但对斜距精度影响不大，故近似用C来表示。
天气雷达的主要设备1. 触发信号发生器触发信号发生器(控制钟)是整个雷达的控制系统,它周期性地产生一个脉冲式的触发信号,触发脉冲输送到调制解调器和显示器,指挥它们开始工作。
每秒种产生的触发脉冲数目，称为脉冲重复频率,以PRF(Pulse-Recurrence-Frequency) 表示。
两个相邻脉冲之间的时间间隔，称为脉冲重复周期，用Ｔ表示，它等于脉冲重复频率的倒数。
实际工作中，可用公式计算脉冲重复周期的数值。
2. 调制解调器在触发脉冲的触发作用下，调制解调器产生调制脉冲。
调制脉冲具有两个特性：（１）具有固定的脉冲宽度（也称为脉冲持续时间），以微秒为单位，也可以以脉冲的空间距离h表示，脉冲宽度直接影响探测距离和距离分辨能力即雷达盲区大小。
第二章多普勒天气雷达原理
§ 在雷达波束中，与天线等距离的粒子同时被探 测脉冲所照射，同时开始产生回波，并同时回 到雷达天线。与天线距离不相等的回波信号， 也有可能同时回到雷达天线。这是因为探测脉 冲具有一定的宽度τ，因而在它通过粒子时产 生的回波信号也有宽度τ。这样，距离较近的 两个粒子虽然它们开始产生回波的时间并不相 同，但是，它们的回波信号仍然有一部分能够 同时回到雷达天线。
§ 可以证明，在径向方向上，粒子的回 波信号能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。
有效照射深度
§ 天线开始收到A粒子的回波信号的时间为
t1
2r1 c
§ 开始收到B粒子的回波信号的时间为
t2
2r2 c
§ 最后收到A粒子回波信号的时间为
t3
2r1 c
§ 若天线开始收到B粒子回波的时间恰好是 最后收到A粒子回波的时间
波束截面半径
§r100km=0.87km §r200km=1.745km §r300km=2.618km
与接收机有关的参数
§ 雷达天线所收到的回波信号是非常微弱的。所以， 雷达接收机必须具有接收微弱信号的能力。这种能 力常称为灵敏度，它用接收机的最小可辨功率Pmin来 表示。所谓最小可辨功率，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。我国新一代天 气雷达（S波段）接收机的最小可测灵敏度对于短脉 冲(1.57μs)是-107dbm,对于长脉冲（4.71μs）是113dbm。
与发射机有关的参数
§ 发射机触发信号产生器周期性地产生一个触发 脉冲，输送到发射机，使发射机开始工作。
§ 在一个脉冲内信号的高频振荡频率叫工作频率 。
§ 每秒产生的触发脉冲的数目，称为脉冲重复频 率，用PRF表示。
天气雷达探测基础知识
天气雷达探测基础知识
天气雷达是一种用于探测大气中降水、冰雹等天气现象的仪器，被广泛应用于气象预报、灾害预警等领域。
以下是天气雷达探测基础知识：
1. 天气雷达的原理：利用雷达发射器发射的微波信号，通过空气中的反射、散射等作用，接收回来的信号来探测大气中的云层、降水等天气现象。
2. 天气雷达的组成：包括发射机、天线、接收机、信号处理器等部分。
3. 天气雷达的参数：雷达反射率、雷达速度、雷达谱宽等。
4. 天气雷达的应用：气象预报、灾害预警、农业生产、航空等领域。
5. 天气雷达的局限性：受到地形、气象条件等因素的影响，有一定的盲区和误差。
了解天气雷达探测基础知识，有助于我们更好地理解气象预报和灾害预警等信息，提高应对天气灾害的能力。
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气象雷达测绘技术的基本原理与操作流程
气象雷达测绘技术的基本原理与操作流程气象雷达是一种用来探测大气中降水过程和其他天气现象的仪器。
它通过发射一束电磁波向大气中发射并接收返回的信号，从而感知大气中的物理参数，并绘制出降水图像。
气象雷达的基本原理是利用雷达波在气象目标上的相互作用，通过探测大气中的反射信号来分析和判断天气状况。
雷达发射的电磁波一般是以微波频段为主，具有较高的频率和短波长。
当这些电磁波遇到大气中的物理目标时，如水滴、冰晶、雨滴等，它们就会发生散射、反射或吸收，从而使雷达接收到相应的回波信号。
在气象雷达中，最常用的是降水雷达，它主要用于探测和测量云中的降水。
当雷达发射出的电磁波遇到云中的水滴或雨滴时，这些水滴或雨滴就会散射部分微波能量并将其返回到雷达接收机，形成一个回波信号。
通过分析这些回波信号的强度、反射能力和颜色等特征，我们就能判断出降水的类型、强度和分布等信息。
对于降水雷达来说，它的操作流程主要包括以下几个步骤：首先，需要选择一个适当的位置来安装雷达设备。
一般来说，为了获得准确的测量结果，需要选择在地势平坦、无大障碍物遮挡且不受干扰的地方。
同时，为了覆盖更广泛的区域，多个雷达可以组成一个雷达网络，相互之间进行数据共享和校正。
其次，需要进行雷达设备的校验和校正。
雷达设备需要经过严格的校验和检测，以确保其发射和接收信号的准确性和一致性。
此外，还需要进行周期性的校正，以消除因环境变化和设备老化而引起的误差。
接下来，需要进行雷达观测和数据采集。
一旦设备安装和校准完成，雷达就可以开始进行观测。
它通过发射电磁波并接收回波信号来感知大气中的物理参数。
这些回波信号会被转换为数字信号，并以一定的时间间隔存储下来。
之后，需要对原始数据进行预处理。
原始数据通常包括回波信号的强度、反射能力和速度等信息。
为了提取有用的气象信息，需要对这些数据进行去噪、滤波和校正等处理，以消除噪声和误差。
预处理后的数据将作为后续分析和绘图的基础。
最后，需要对预处理后的数据进行分析和绘图。
天气雷达的基本工作原理和参数-168页文档资料
常规天气雷达仅能提供反射率 因子资料。多普勒天气雷达将提供 两种附加的基本资料，径向速度和 速度谱宽，它们将增强对强风暴的 探测能力，也能改进对中尺度和天 气尺度系统的预报。
体扫模式 (VCP:Volume Cover Pattern） 扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角，
而具体是哪些仰角则由体扫模式来规定。WSR-88D 可有20个不同的VCP，目前只定义了其中的4个： VCP11 -- VCP11（scan strategy #1，version 1） 规定5分钟内对14个具体仰角的扫描方式。 VCP21 -- VCP21（scan strategy #2，version 1） 规定6分钟内对9个具体仰角的扫描方式。 VCP31 --- VCP31 （scan strategy #3，version 1）规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。 VCP32 --- VCP32（scan strategy #3，version 2）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。 WSR-98D未定义VCP32。
自相干多普勒天气雷达结构框图
全相干多普勒天气雷达结构框图
fo 发射脉冲的载频 fd 多普勒频率
发射频率 Vs 多普勒频移
发射频率 多普勒频移
中国新一代天气雷达系统简介
• 1、雷达数据采集系统（RDA） • 2、雷达产品生成子系统（RPG） • 3、主用户处理器子系统（PUP）
雷达气象学之第三章(多普勒天气雷达探测原理和方法)
2、脉冲对处理法（PPP）
在一定假设条件下对每一个距离库内的连 续两个取样值作成对处理．从而获得平均 多普勒频率和频谱宽度。此法优点在于能 实时处理．并且有一定精度，但它不能得 到频率谱。
3、相干记忆滤波器（CMF）处理法
此法只需要一个线路，在不设置距离库的 情况下同时对雷达探测范围内各个距离上 作粗略的谱分析，并能用如PSI(平面切变 线是其)等直接显示出来。但它精度不高；
垂 直 风 廓 线
补充风符号
1.风向杆 表示风的 来向。 2.风羽每 条代表风 速4米/秒， 半条代表2 米/秒，三 角旗代表 20米/秒。
谱 宽
反 射 率
三、影响速度谱宽的气象因子
• 多普勒速度谱宽表征着有效照射体内不同 大小的多普勒速度偏离其平均值的程度， 实际上它是由散射粒子具有不同的径向速 度所引起的。对气象目标物而言，影响速 度谱宽的主要因子有四个：
• 显然，雷达有效照射体中粒子直径的差别 越大，由此造成的多普勒速度谱越宽。
• 因此速度的谱宽实际上也取决于降水粒子 的谱分布。
• 当雷达水平探测时，粒子的下落末速度在 雷达波轴上的径向分量为零，所以它对多 普勒速度谱宽没有任何影响。
• 而当雷达垂直指向探测时，粒子下落末速 度即为径向速度，故由此造成的谱曾宽作 用最大。
• 在实际工作中需要了解的是有效照射体内
平均的多普勒速度和速度谱宽度，根据以
上关系式，并注意到 f 2v 关系式，则平均
多普勒速度
v
,和速度谱方差
2 v
分别为：
v 1 v v dv
Pr
2 v
1 Pr
vv
2
v dv
径向速度谱密度、平均径向速度、径向速度 谱宽三者的关系示意图
多普勒天气雷达产品的识别与分析(天气雷达基础知识)
3.2 强对流天气发生的背景环境
• 大气垂直稳定度 • 水汽条件 • 抬升 • 垂直风切变
3.3 垂直风廓线及其对对流风暴的作用
• 普通单体风暴的风向随高度的分布杂乱无章，基本上是一 种无序分布，而且风速随高度的变化也较小；
• 多单体强风暴和超级单体风暴的风向风速随高度变化分布 是有序的，风向随高度朝一致方向偏转，而且风速随高度 的变化值也比普通单体风暴的大。
• 影响速度谱宽的主要因子有四个： 1. 垂直方向上的风切变； 2. 大气的湍流运动； 3. 不同直径的降水粒子产生的下落末速度的不均匀分布； 4. 由波束宽度引起的横向风效应。
1.8 标准大气雷达测高公式 • H=h0+R*sinθ+R2/17000，单位：千米
1.9 PPI图上距离与高度
1.10 天气雷达的局限性
衰减的暂时的解决办法
• 结合S波段雷达使用 波长:10cm, 强天气的衰减不明显
衰减的暂时的解决办法
课间休 息
3、多普勒天气雷达识别对流风暴及其强烈天气
单元重难点： • 1、风暴的运动 • 2、对流风暴的模型 • 3、个例分析
3.1 对流风暴的分类
普通单体风暴 多单体风暴 超级单体风暴 线风暴（飑线）
• 多普勒频移与目标物在雷达径向方向上的速度分量v有关，满足如下 关系： fd= 2v∕λ (式中λ是雷达波长，fd是多普勒频移)
• 多谱勒速度是径向速度，垂直于雷达波束的速度分量（切向速度）不 能直接测量。
1.7 多谱勒速度谱宽W
• 多谱勒速度谱宽 表征着雷达有效照射体积内不同大小的多谱勒速度偏离其平均值的 程度，实际上它是由散射粒子具有不同的径向速度所引起的。
1.1 天气雷达基本结构
气象雷达参数
气象雷达参数
气象雷达是一种使用雷达技术来获取大气中物体反射信号的仪器，它可以探测到降水、云层、风暴等天气现象。
为了正确地解读和分析气象雷达数据，需要了解以下几个重要参数。
1. 雷达反射率因子(Z)：描述了反射回来的微波能量的大小，通常用dBZ单位表示。
Z值越大，表示回波强度越大，对应的降水量也就越大。
2. 雷达速度(V)：描述了气象目标在径向方向上的速度，可以分为正负两个方向。
正值表示物体向雷达运动，负值则表示物体远离雷达。
3. 雷达谱宽(W)：描述了气象目标在径向方向上的分散程度，反映出降水粒子的大小和分布。
W值越大，表示降水粒子的大小分布越广。
4. 雷达偏振参数：描述了微波在传播过程中的偏振状态，可以帮助区分不同类型的降水粒子，如雨滴、雪花、冰雹等。
5. 雷达扫描方式：包括垂直扫描和水平扫描两种方式，决定了雷达探测的范围和分辨率。
以上几个参数是气象雷达数据处理和分析中比较重要的参考指标，能够帮助我们更准确地了解天气状况和预测未来趋势。
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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。
天气雷达的基本工作原理
天气雷达的基本工作原理
天气雷达是一种利用雷达原理探测大气中降水云的设备。
通过利用反射的电磁波信号，可以实现对大气中云的细节探测，能够预测天气变化、检测风暴和气象灾害等。
天气雷达的工作原理是利用雷达波的特性进行探测。
当雷达波射向大气中的云层时，
会与云中的水滴反射，形成回波信号。
这种信号会被天气雷达的接收天线接收并形成电信号，然后由计算机进行处理和分析。
在雷达信号中，可以获得反射信号的回波强度，和回波垂直距离。
反射信号的回波强
度与云层中水滴的浓度、大小、形状以及位置等因素有关。
垂直距离则取决于雷达波传播
的方向和速度。
在天气雷达系统中，还设置了天线旋转机构，可以将天线按照一定的角度旋转。
这样
可以使得雷达波的扫描范围更广，能够探测到更多的天气信息。
天气雷达的探测范围受到雷达波的传播距离、干扰和大气折射等因素的影响。
一般来说，雷达波的传播距离越远，信号受到干扰、衰减和扩散的程度越大，因此探测范围也就
越小。
为了提高天气雷达的探测范围和准确度，还需要进行天线校准、数据校正等工作。
在
使用天气雷达数据时，还需要进行数据解析、插值、描绘等处理，绘制出相应的气象图像，为气象预报和科学研究提供数据支持。
总的来说，天气雷达的基本工作原理是利用雷达波的特性对大气中的云层进行探测，
通过反射的信号进行分析和处理，最终生成相应的气象数据和图像，为人们提供准确的气
象信息和预警服务。
天气雷达简介
天气雷达简介一、概述天气雷达是探测大气中气象变化的千里眼、顺风耳。
天气雷达通过间歇性地向空中发射电磁波（脉冲），然后接收被气象目标散射回来的电磁波（回波），探测400多千米半径范围内气象目标的空间位置和特性，在灾害性天气，尤其是突发性的中小尺度灾害性天气的监测预警中发挥着重要的作用。
天气雷达主要由天线、馈线、伺服、发射机、接收机、信号处理、产品生成、显示终端等组成。
天线：发射/接收电磁波馈线：传导电磁波伺服：天线等的运转发射机：产生电磁波接收机：接收处理电磁波信号处理：处理回波信息产品生成：根据算法，生成应用产品/控制雷达显示终端：显示产品、控制雷达目标距离的测定：由电磁波的传播速度(近似v=c)和探测脉冲与回波信号之间的时间间隔Δt来确定。
r=c Δt /2 (1.1) 通常，时间间隔以μs为单位，故上式可写成：r=0.15Δt(km)或r=150Δt (m) (1.2)目标方位角和仰角的测定:目标的方位角和仰角的测定是依靠天线的方向性来实现的。
天气雷达的天线具有很强的方向性，它能将探测脉冲的能量集中地向某一方向发射。
同样，它也只能接收沿同一方向来的回波信号。
所以，只有当天线对准目标时，才能接收到目标的回波信号。
根据这一原理，当发现目标时，天线所在的方位角和仰角就是目标相对于雷达的方位角和仰角。
目标特性的测定:气象目标对雷达电磁波的散射是雷达探测大气的基础。
降水回波：云、降水粒子的散射。
随相态、几何形状不同而异，雷达回波功率是由有效照射体积内所有气象目标产生的。
晴空回波：在大气中的无云区或很小粒子所组成的云区探测到回波。
气象条件两种：一是大气中存在折射指数不均匀的区域，即湍流大气造成了对雷达波的散射；二是分层大气中存在折射指数垂直梯度很大的区域，即大气对雷达波造成了镜式反射。
多普勒速度探测：多普勒雷达发射出的电磁波，遇到运动的目标物后，返回信号产生频率漂移，从而可导出目标物相对于雷达运动的径向速度。
天气雷达的基本工作原理和参数
天气雷达的基本工作原理和参数1. 天气雷达的简介你有没有想过，咱们在家喝着茶、看着电视的时候，外面那乌云密布、闪电交加的场景是怎么被提前知道的？其实，这一切都要归功于天气雷达。
没错，它就像个高科技的“天气侦探”，帮助我们预测天气变化，避免被突如其来的大雨淋得湿透。
那它到底是怎么工作的呢？今天咱们就来聊聊这个话题，保证你看完之后能对天气雷达有个全面的了解，顺便也能在聚会中引起别人的注意，绝对不是白白浪费你的时间！2. 工作原理2.1 雷达的基本原理说到天气雷达，咱们得先从它的基本原理聊起。
雷达的全名是“无线电探测与测距”，其实就是通过发射无线电波，来探测周围的物体。
想象一下，你在夜晚对着朋友大喊，他们如果回应你，那就能把你们的距离算出来。
天气雷达也是如此，它发射出无线电波，遇到雨滴、雪花等气象现象时，波会被反射回来。
通过测量反射回来的时间，雷达就能计算出这些天气现象离我们有多远，甚至还能判断出它们的强度和运动方向。
2.2 数据处理不过，发射和接收可不是全部。
收到数据后，雷达还要经过一番“加工”，才能给我们提供准确的信息。
就像做饭一样，食材不够新鲜，做出来的菜可就没味儿了！雷达的数据处理系统会将这些信号转换成图像，显示在显示屏上。
你会看到一幅幅五颜六色的图，绿的代表小雨，黄的代表中雨，红的则是大雨，简直是一幅“天气艺术画”！而且，这些图像还会动态更新，让你能随时掌握天气变化，真的是科技的力量啊！3. 雷达的参数3.1 重要参数当然，天气雷达还有一堆技术参数，这些可都是关键的“秘笈”哦。
首先是“探测范围”，也就是雷达能探测多远的距离。
一般来说，大多数天气雷达的探测范围在几百公里到几千公里之间，够让你提前做好准备，不至于被突如其来的暴风雨打个措手不及。
接下来是“空间分辨率”，这个听起来很高大上，其实就是雷达能分辨出多小的天气现象。
好的雷达可以把雨滴的分布清晰地显示出来，让你一目了然。
3.2 效率与精度再说说“探测时间”，这个可是个好玩意儿。
天气雷达工作总结
天气雷达工作总结
天气雷达是一种利用无线电波探测大气中水汽和降水的设备，它能够提供有关
降水、雷暴和其他天气现象的信息。
在气象预报和监测中起着至关重要的作用。
下面将对天气雷达的工作原理、应用和发展进行总结。
首先，天气雷达的工作原理是利用雷达发射的无线电波穿过大气中的水汽和降水，然后接收反射回来的信号，通过信号的强度和频率变化来分析大气中的水汽含量和降水情况。
这样就能够实时监测天气情况，为气象预报和灾害预警提供重要数据。
其次，天气雷达在气象预报、灾害监测和农业生产中有着广泛的应用。
通过天
气雷达的监测，气象部门可以及时准确地预报降雨、雷暴和台风等天气现象，为公众提供及时的预警信息，减少灾害损失。
同时，农业生产中也可以利用天气雷达的数据进行灌溉和农作物管理，提高农业生产效率。
最后，随着科技的不断进步，天气雷达也在不断发展和完善。
目前，一些新型
的天气雷达已经具备了多普勒雷达和双偏振雷达等先进功能，能够更准确地探测大气中的水汽和降水情况。
同时，天气雷达的网络化和智能化也在不断推进，提高了监测精度和覆盖范围。
总的来说，天气雷达在气象预报、灾害监测和农业生产中发挥着重要作用，它
的工作原理和应用前景也在不断得到改善和拓展。
相信随着科技的不断进步，天气雷达将会在未来发挥更加重要的作用，为人们的生产生活提供更加精准的气象信息。
(整理)多普勒雷达复习提要.
多普勒天气雷达复习提要一、多普勒天气雷达探测基本原理（一）多普勒天气雷达主要参数天气雷达发射脉冲形式的电磁波，当电磁脉冲遇到降水物质（雨滴、雪花和冰雹等）时，大部分能量继续前进，而少部分能量被降水物质向四面八方散射，其中向后散射的能量回到雷达天线，被雷达所接收。
根据雷达接收的降水系统回波特征可以判别降水系统的特性(降水强弱、有无冰雹、龙卷和大风等)。
多普勒天气雷达除了测量雷达的回波强度外，还测量降水目标物沿雷达径向的运动速度和速度脉动程度。
1、波长：是雷达发射的电磁波波长。
天气雷达的波长通常为10公分、5公分、3公分三种，分别称为S波段、C波段、X波段。
2、脉冲重复频率PRF天气雷达间歇地发射脉冲形式的电磁波，每秒钟发射脉冲的个数称为脉冲重复频率（PRF）。
两个相继脉冲之间的时间间隔称为脉冲重复周期（PRT）,他等于脉冲重复频率的倒数。
3、脉冲持续时间和脉冲长度天气雷达脉冲持续时间一般为一到几个微米左右。
假设某部天气雷达的相继脉冲之间的间隔为1000微秒，其脉冲持续时间为2微秒左右，则剩余的998微秒是雷达接收来自目标物回波的时间。
发射脉冲的持续时间确定了脉冲在空间的长度。
例如CINRAD-SA型多普雷天气雷达的窄脉冲持续时间为1.57微秒，脉冲在空间的长度约为500m。
4、波束宽度雷达发射的能量主要集中在主瓣内(图2.8a)，其中主瓣内两个半功率点（及该处功率为最大的一半）之间角度大小称为波束宽度。
在垂直方向的波束宽度用θ表示，在水平方向的波束宽度用φ表示。
我国多普勒天气雷达的波束宽度大多为1°左右。
5、有效照射深度和有效照射体积雷达发出的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 。
位于波束宽度和波束长度范围内的所有粒子都可以同时被雷达波束所照射。
但是其中所有粒子产生的回波并不是都能同时回到雷达天线。
在径向方向上，粒子的回波信号能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。
天气雷达的基本工作原理和参数知识讲解
性
风暴跟踪信息文本产品（上海）
风暴结构产品（SS）
冰雹指数产品（HI）
回波顶高产品（ET）
回波顶高等值线产品（ETC）
垂直液态水含量产品（VIL）
强天气概率产品（SWP）
一小时降水量产品（OHP）
三小时降水量产品(THP )
风暴总降水量产品（STP）
多普勒频率fd与目标物径向 速度Vr的关系
多普勒频率fd 定义： 目标物相对于雷达作径向运动
引起回波信号的频率变化，称 多普勒频移，亦称多普勒频率， 单位:赫兹（Hz）。
多普勒频率fd与目标物径向速度Vr 的关系（证明见P211-212)
fd
2Vr
其中： f d为多普勒频率
Vr 为目标物的径向速度
(单位 Hz )
(也称多普勒速度 , 单位 m / s)
这类产品主要有：
• 平面位置显示(PPI)
• 垂直最大回波强度显示 (CR)
• 等高平面位置显示(CAPPI)
• 距离高度显示(RHI)、
• 任意垂直剖面显示(VCS)
WSR-88D产品生成器根据用户要求生成的基本产 品有：基本反射率产品6种，平均径向速度产品6 种，速度谱宽产品3种，共计3类15种气象产品， 如下表
组合反射率因子 平均值产品图 (LRA)
2001年8月7日 15:26
中层（上图12~33 千英尺）和低层 （下图从地面到 12千英尺）
2010年8月7日15:02弱回波区产品图也 称为反射率因子多层透视图(上海)
风暴跟踪信息产品（STI）
表
示 产 生 冰 雹 的 可 能
图 中 绿 色 三 角 形
天气雷达简介
天气雷达简介一、概述天气雷达是探测大气中气象变化的千里眼、顺风耳。
天气雷达通过间歇性地向空中发射电磁波（脉冲），然后接收被气象目标散射回来的电磁波（回波），探测400多千米半径范围内气象目标的空间位置和特性，在灾害性天气，尤其是突发性的中小尺度灾害性天气的监测预警中发挥着重要的作用。
天气雷达主要由天线、馈线、伺服、发射机、接收机、信号处理、产品生成、显示终端等组成。
天线：发射/接收电磁波馈线：传导电磁波伺服：天线等的运转发射机：产生电磁波接收机：接收处理电磁波信号处理：处理回波信息产品生成：根据算法，生成应用产品/控制雷达显示终端：显示产品、控制雷达目标距离的测定：由电磁波的传播速度(近似v=c)和探测脉冲与回波信号之间的时间间隔Δt来确定。
r=c Δt /2 (1.1) 通常，时间间隔以μs为单位，故上式可写成：r=0.15Δt(km)或r=150Δt (m) (1.2)目标方位角和仰角的测定:目标的方位角和仰角的测定是依靠天线的方向性来实现的。
天气雷达的天线具有很强的方向性，它能将探测脉冲的能量集中地向某一方向发射。
同样，它也只能接收沿同一方向来的回波信号。
所以，只有当天线对准目标时，才能接收到目标的回波信号。
根据这一原理，当发现目标时，天线所在的方位角和仰角就是目标相对于雷达的方位角和仰角。
目标特性的测定:气象目标对雷达电磁波的散射是雷达探测大气的基础。
降水回波：云、降水粒子的散射。
随相态、几何形状不同而异，雷达回波功率是由有效照射体积内所有气象目标产生的。
晴空回波：在大气中的无云区或很小粒子所组成的云区探测到回波。
气象条件两种：一是大气中存在折射指数不均匀的区域，即湍流大气造成了对雷达波的散射；二是分层大气中存在折射指数垂直梯度很大的区域，即大气对雷达波造成了镜式反射。
多普勒速度探测：多普勒雷达发射出的电磁波，遇到运动的目标物后，返回信号产生频率漂移，从而可导出目标物相对于雷达运动的径向速度。
天气雷达的基本工作原理和参数
3、风场反演产品
风场反演产品：
多普勒雷达系统获取的径向速度分布数据，在某些假定的条件下通过反演可以 获取某高度平面上的平均风向风速(VAD)、二维水平风场、垂直剖面二维风场 及三维风场(VVP)等，除VAD技术比较成熟外，其余均在试验或试用阶段。
一个例子是：当一辆紧急 的火车（汽车）鸣着喇叭 以相当高的速度向着你驶 来时，声音的音调（频率） 由于波的压缩（较短波长） 而增加。当火车（汽车） 远离你而去时，这声音的 音调（频率）由于波的膨 胀（较长波长）而减低。
相干波:两束振幅、频率和相位完全相同的电磁波称为相干波。
相干发射：发射出振幅、频率和相位完全一样的脉冲波，所以各 个脉冲之间是相干的。
平面位置显示(PPI) 垂直最大回波强度显示 (CR) 等高平面位置显示(CAPPI) 距离高度显示(RHI)、 任意垂直剖面显示(VCS)
WSR-88D基本 数据产品
相对于风暴的
平均径向速度产 品图(SRM)
与基本速度产品类似，只不过减去了由风 暴
跟踪信息(STI)识别的所有风暴的平均运 动速度，
WSR-88D工作模式（Operational Mode）
两种工作模式，即降水模式和晴空模式。雷达的 工作模式决定了使用哪种VCP，而VCP又确定了 具体的扫描方式。
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。
全相干多普勒天气雷达：它的发射主控信号频率由稳定的晶体振 荡器产生，保证发射的高频相干。它的相干性能好，地物消除能 力强。
半相干（伪相干）多普勒天气雷达：它是通过对发生信号采样， 与本振混频以及锁相技术，以保证中频相干，达到测量频率变化， 它的发射部分采用同轴磁控管。它的相干性能差，消除地物的能 力较全相干多普勒天气雷达差。
天气雷达原理
天⽓雷达原理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）：Z??N(D)D6dD63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。
天气雷达的工作原理ppt课件
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。
.
16
５、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。
距离仰角显示器是显示云 和降水的垂直结构的显示器。 由于距离高度显示器只能在低 仰角下使用，如711雷达和7l3 雷达在作距离仰角显示时，天 线的最大仰角只分别为32０和 29０，这样的仰角看不到近距 离天顶附近的云雨情况，为了 解近距离天顶附近的云雨情况 和结构，某些天气雷达(国产 713雷达)可以作“距离仰角显 示”，这种显示器简称为REI
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），
(Rang Elevation Indicator) .
横坐标为距离，纵坐 标为高度，垂直坐标尺度 和水平坐标尺度一样，因 此它没有距离高度显示器 那样出于两个坐标尺度不 一样而引起的失真。 23
等高平面位置显示器(CAPPl)
平面位置显示器只是在仰角为０时得到降水目标 的平面分布，仰角大于０时得到的是一个远处高近 处低的漏斗面上的云雨分布。为了解不同高度上的 云和降水分布，了解降水发生发展的三度空间情况， 人们使用了 “等高平面位置显示器”，简称 CAPPI(Constant Altitude PPl)。等高平面位置显 示器能够显示不同高度平面上的云雨分布
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WSR-
88
D
基 本 数 据 产 品
相对于风暴的 平均径向速度产品图(SRM)
与基本速度产品类似，只不过减去了由风暴 跟踪信息(STI)识别的所有风暴的平均运动速 度， 或减去由操作员选定的风暴运动速度。
(a)
(b)
（a）3.4度仰角
（b）14.9度仰角
2004年4月23日 长沙12:37时风暴相对径向速度图 (基本速度减去风暴的平均移动速度后得到的)
主用户处理器子系统（PUP）
• 多屏、多画面显示气象应用产品图形图 像功能 • 具有放大、动画、叠加等多种图像显示 功能 • 通过人机交互方式设置系统运行模式和 产品生成
多普勒天气雷达的产品介绍
新一代天气雷达系统的产品应用可 分为四类： 1. 基本数据产品 2. 物理量产品 3. 风场反演产品 4. 强天气自动识别和跟踪产品
2001年8月7日14:45反射率因子剖 面产品 (上海)
组合反射率因子 平均值产品图 (LRA)
2001年8月7日 15:26 中层（上图12~33 千英尺）和低层 （下图从地面到 12千英尺）
2010年8月7日15:02弱回波区产品图也 称为反射率因子多层透视图(上海)
风暴跟踪信息产品（STI）
常规天气雷达仅能提供反射率 因子资料。多普勒天气雷达将提供 两种附加的基本资料，径向速度和 速度谱宽，它们将增强对强风暴的 探测能力，也能改进对中尺度和天 气尺度系统的预报。
多普勒效应 多普勒效应是奥地利
物理学家 J.Doppler1842年 首先从运动着的发声 源中发现的现象，定 义为“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”。
窄波束低旁瓣的天线
相干接收机
信号处理 监控系统
雷达产品生成子系统（RPG）
具有雷达产品生成、运行监控、数据库管理、 系统内通信等多种功能 气象应用产品：类似于美国NexRad导出产品 • 运行监控：运行模式、系统的自动标校、自动 报警等功能 • 数据库管理：基数据、产品数据的存贮、分发 等功能 • 通信管理：RDA、RPG、PUP间的窄带和宽 带通信等
二维、三维风场反演方法
二维、三维风场反演方法
二 维 、 三 维 风 场 反 演 方 法
4、强天气自动识别和跟踪产品
利用基本数据产品，应用各种算 法生成自动报警的产品。如冰雹指 数、中气旋、强天气概率等。
短时预报常用的雷达产品
• 反射率产品(R，CR，VCS) • 基本速度产品(V，SRM) • 垂直液态含水量（VIL） • 回波顶高产品（ET） • VAD风廓线 • 累积降水量
第一章
天气雷达基本工作原理及 主要设备、参数
第一章 天气雷达的基本工作原理 和主要设备、主要参数
重点掌握：多普勒天气雷达最大不模糊速度及距离、多普勒频率 参数：PRF、PRT、h、θ、Vr、Vrmax、Rmax、τ、fD 及各计算公 式 一、天气雷达的基本工作原理 二、天气雷达的组成和主要技术参数 1、天气雷达的组成 2、主要技术参数 三、多普勒天气雷达工作原理 1、多普勒天气雷达概述 2、多普勒雷达探测原理 1）、多普勒效应 2）、多普勒频率 3）、多普勒频率与目标物径向速度的关系 4）、多普勒天气雷达原理方框图 3、回波信号的多普勒频谱分析 4、多普勒天气雷达的最大不模糊速度与最大不模糊距离（包括： Vr、VT互求） 5、速度模糊现象的主观识别 6、速度退模糊方法
一个例子是：当一辆紧急的火车（汽车）鸣着喇叭以 相当高的速度向着你驶来时，声音的音调（频率）由 于波的压缩（较短波长）而增加。当火车（汽车）远 离你而去时，这声音的音调（频率）由于波的膨胀 （较长波长）而减低。
• 相干波:两束振幅、频率和相位完全相同的电 磁波称为相干波。 • 相干发射：发射出振幅、频率和相位完全一样 的脉冲波，所以各个脉冲之间是相干的。 • 全相干多普勒天气雷达：它的发射主控信号频 率由稳定的晶体振荡器产生，保证发射的高频 相干。它的相干性能好，地物消除能力强。 • 半相干（伪相干）多普勒天气雷达：它是通过 对发生信号采样，与本振混频以及锁相技术， 以保证中频相干，达到测量频率变化，它的发 射部分采用同轴磁控管。它的相干性能差，消 除地物的能力较全相干多普勒天气雷达差。
波段 K
X C
S
8-12 4-8
2-4
4-2.5 8-4
15-8
探测降水
探测降水
常用天气雷达的主要技术参数
波束宽 度
天线增益G
雷达的 PPI 扫描方式
PPI 显示结果的空间分布
多普勒天气雷达工作原理
多普勒天气雷达
常规数字化天气雷达利用的是降水回 波的幅度信息，即利用信号强度来探测雨 区的分布、强度、垂直结构等。 多普勒天气雷达除常规天气雷达功能 之外，还可利用降水回波频率与发射频率 之间变化的信息来测定降水粒子的径向速 度，并通过此推断风速分布，垂直气流速 度，大气湍流，降水粒子谱分布，降水中 特别是强对流降水中风场结构特征。
风暴总降水量产品（STP）
多普勒频率fd与目标物径向 速度Vr的关系
多普勒频率fd 定义： 目标物相对于雷达作径向运动 引起回波信号的频率变化，称 多普勒频移，亦称多普勒频率， 单位:赫兹（Hz）。
多普勒频率fd与目标物径向速度Vr 的关系（证明见P211-212)
fd
2Vr
其中：f d 为多普勒频率(单位Hz) Vr 为目标物的径向速度 (也称多普勒速度 , 单位m / s )
WSR-98D 主要产品
1、基本数据产品 基本数据产品：是多普勒天气系统的 基础，它主要将雷达以各种探测方式获 取的数据，在不改变属性的前提下，在 多种不同的坐标上显示出它们的分布情 况。
利用这些产品可以直接识别和分析出 一些重要的的天气现象，如钩状回波、 带状回波、中尺度气旋、锋面、下击暴 流、大尺度的风向风速和冷暖平流。
这类产品主要有：
1. 回波顶高(ET)
2. 垂直累积液态含水量(VIL) 3. 风切系列产品(径向、方位、径向方位) 4. 分层湍流组合(CAT) 5. 雷达定量测量降水(1小时、3小时累积 降水、风暴总降水)
3、风场反演产品
风场反演产品： 多普勒雷达系统获取的径向速度分 布数据，在某些假定的条件下通过反演可 以获取某高度平面上的平均风向风速 (VAD)、二维水平风场、垂直剖面二维风 场及三维风场(VVP)等，除VAD技术比较成 熟外，其余均在试验或试用阶段。
2000年8月31日00:39,仰角为0.5 度的基本反射率因子产品图 (上海)
2000年5月26日00:36 仰角2.4 度的平均径向速度图 (上海)
2000年8月30日23:41仰角为0.5度 时的基本速度谱宽产品图(上海)
1998年8月9日16时11分组合反射 率因子产品图
2002年2月14日17时43分组合反 射率因子等值线产品图 (CRC)
天气雷达原理示意图
天气雷达组成框图
天气雷达主要技术参数
1、波束宽度θ
2、天线增益G 3、天线有效面积Ac 4、脉冲长度h、脉冲宽度τ 5、脉冲重复周期T(PRT) 6、脉冲重复频率PRF 7、最大探测距离Rmax、
天气雷达波段、频率、波长关系表
频率(千兆 赫) 12-40 波长(厘 米) 2.5-0.75 备注 测非降水 云 探测降水
: 雷达波长(单位m)
回波信号的多普勒频谱分析 见书P212-216
一、天气雷达工作原理
• 天气雷达间歇性地向空中发射电磁
波列（称为探测脉冲），它以近似 直线的路径和接近光速在大气中传 播，在传播的路径上，若遇到了气 象目标物，脉冲电磁波被气象目标 物散射，其中散射返回雷达的电磁 波（称为回波信号，也称为后向散 射）在屏幕回波图上显示出气象目 标的空间位置和特征
WSR-88D工作模式（Operational Mode）
两种工作模式，即降水模式和晴 空模式。雷达的工作模式决定了使用 哪种 VCP ，而 VCP 又确定了具体的扫描 方式。 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。
这类产品主要有：
• 平面位置显示(PPI)
• 垂直最大回波强度显示 (CR)
• 等高平面位置显示(CAPPI) • 距离高度显示(RHI)、 • 任意垂直剖面显示(VCS)
WSR-88D产品生成器根据用户要求生成的基本产 品有：基本反射率产品6种，平均径向速度产品6 种，速度谱宽产品3种，共计3类15种气象产品， 如下表
剖面产品
•谱宽剖面(SCS) •速度剖面(VCS)
•反射率剖面(RCS)
长沙 2004年4月23日11:44时实测的强度剖面图
2、物理量产品
物理量产品：是指雷达以各种探测方式获取 的回波强度、径向速度和速度谱宽数据， 经过一定的计算和处理。转化为有明显气 象意义的物理量，进而把这些物理量的分 布显示出来的图像和图形产品。 它有助于用户直接和某些天气现象联系起来 进行分析和应用。
表 示 产 生 冰 雹 的 可 能 性
图 中 绿 色 三 角 形
风暴跟踪信息文本产品（上海）
风暴结构产品（SS）
冰雹指数产品（HI）
回波顶高产品（ET）
回波顶高等值线产品（ETC）
垂直液态水含量产品（VIL）
强天气概率产品（SWP）
一小时降水量产品（OHP）
三小时降水量产品(THP )
全相干发射机
பைடு நூலகம்
天线
天线是 RDA 的一个部件，它将发射机产 生的 RF信号以波束的形式发射到大气并接受 返回的能量（粒子的后向散射能量）。
WSR-88D雷达的天线仰角范围 :-10~600。天 线仰角的设置取决于天线的 扫描策略 （ scan strategy 共 有 三 种 ） 、 体 扫 模 式 （ volume coverage pattern ： VCP ） 和 工 作 模 式 （ operational mode 分为晴空和降水两种模 式）。 雷达操作员不能手动调节天线仰角， 天线仰角只能通过上述三要素预设。