新一代天气雷达复习笔记
雷达知识点汇总
88多普勒天气雷达探测的基本原理1.天气雷达是探测（降水系统）的主要手段，是对强对流天气（冰雹、大风、龙卷和暴洪）进行监测和预警的主要工具之一。
天气雷达发射（脉冲）形式的（电磁波）当电磁波脉冲遇到降水物质（雨滴、雪花、冰雹等）时，大部分会继续前进，而一部分能量被降水物质向西面八方散射，其中（后向散射）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的（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）。
2.在我国东部和中部地区，装备先进的新一代S 波段（10cm）和 C 波段（5cm）多普勒天气雷达系统。
沿海地区设（S 波段）雷达，内陆地区设（C 波段）雷达。
3.新一代天气雷达系统的应用主要在于对（灾害性天气），特别是与（风害和冰雹）相伴的灾害性天气的监测和预警。
它还可以进行较大范围降水的（定量估测），获取（降水）和（降水云体）的风场结构。
4.新一代天气雷达系统的性能要求：对（台风）（暴雨）等大范围降水天气的监测距离应不小于（400km）。
对（雹云）、（中气旋）等小尺度强对流天气现象的有效监测和识别距离应大于（150km）。
雷达探测能力在50km处可探测到的最小回波强度应不大于（-7dBZ s波段）或（-3dBZ c波段）。
5、新一代天气雷达的应用领域：（对灾害性天气的监测和预警）(定量估测大范围降水) (风场信息)(改善高分辨率数值天气预报模式的初值场)6．新一代天气雷达采用（全相干）体制，共有（7）种型号，其中S 波段有(3)种型号，称为SA、SB、SC ，C 波段有(4)种型号，分别为CINRAD-CB、CC、CCJ、CD。
7.新一代天气雷达的三个主要部分：（雷达数据采集子系统RDA）、（雷达产品生成子系统RPG）和（主用户终端子系统PUP）以及连接它们的（通信线路）。
RDA 和 RPG 由一条（宽带）通讯线路连接，RPG 和 PUP 由一条（窄带）通讯线路连接。
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1-知识点综合3
《雷达气象学》知识点--2014版本第一章前言1 天气雷达的主要功能2 天气雷达回波的形成的两种机制。
3 天气雷达系统的组成和主要参数（λ，PRF，τ）。
4 天气雷达的常用观测方式PPI、RHI、VCP（VOL体扫）5 我国新一代天气雷达网的业务情况介绍第二章气象目标物对雷达电磁波的散射1 散射的物理本质2、Rayleigh散射和Mie散射的概念、区别与联系；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、Z和dBZ的转化计算。
5、后向散射截面σb与尺度参量α的关系。
6、水滴球、冰球、外包水膜冰球的散射能力比较。
7、介质小椭球体的散射8、晴空回波的成因第三章大气、云、降水粒子对雷达波的衰减1、衰减的物理本质2、电磁波在大气传输过程中的衰减特性及衰减公式。
3、大气气体、云、雨、雪、冰雹等对雷达电磁波的衰减能力及比较。
4、衰减对雷达探测的影响。
5、衰减和波长的关系第四章雷达气象方程1、单个目标的雷达方程的推导。
2、云及降水的雷达气象方程的推导。
3、雷达气象方程的讨论。
4、雷达方程成立的条件。
5、有效照射体积、照射深度、波束宽度、天线方向图、天线增益6、雷达常数及简化的雷达方程7、雷达气象方程的应用8、考虑充塞系数和衰减的雷达方程第五章雷达电磁波在大气中的折射1、产生折射现象的物理原因和折射规律2、折射指数N单位与温度、压力和水汽压的关系3、射线的曲率和等效地球半径的概念。
4、折射指数随高度变化的几种形式。
5、地球球面和大气折射对雷达探测远距离气象目标的影响。
6、订正折射指数M、B的含义7、大气折射对雷达探测的综合影响（高度、回波探测能力、地物回波）8、有利于形成超折射的气象条件分析第六章雷达探测能力和精度＊＊1、径向分辨率2、切向分辨率（方位θ、俯仰Φ）3、雷达观测模式与时间分辨率4、回波涨落和样本平均5、天气雷达探测能力的讨论第七章雷达定量测量降水1、Z-I关系建立与雷达定量测量降水的原理。
航空天气雷达基础知识
–基本反射率因子（R）： • 定义
反映了气象目标内部降水粒子的尺度 和数密度分布，用来表示气象目标强度，
产品上数据的单位用dBz（10lgZ）表示。
• 产品用途： 估算降水强度、冰雹潜在性、风暴结 构及确定边界层位置等；晴空模式下 可用来识别各种边界层及一些晴空回 波等。
回波强度
天气雷达—作用
• 临近预报的主要工具
– 对流性天气、降水
天气雷达—回波的分析与识别
回波分类：
非气象回波：
主要包括地物回波，超折
射回波，飞机，船只回波，海 浪回波等。 气象回波：
是由大气中云、降水的各 种凝结物对电磁波的后向散射 和大气中温、压、湿等气象要 素剧烈变化而引起的。
按地面是否有降水，可分 为降水回波与非降水回波。
天气雷达—回波的分析与识别
雷雨回波
天气雷达—回波的分析与识别
阵雨回波：
结构相对松散 （比雷雨回 波），其水平 尺度在10KM 以内，回波强 度比雷雨弱。
阵雨回波
天气雷达—回波的分析与识别
稳定性降水 回波：
在强度回波图上 表现为比较大的 范围，回波边缘 呈现支离破碎， 没有明显的边界， 回波强度较弱。
稳定降水
天气雷达—回波的分析与识别
稳定性降水 雷暴云团
天气雷达—回波的分析与识别
雷雨跟踪
天气雷达—回波的分析与识别
天气雷达—回波的分析与识别
天气雷达—回波的分析与识别
天气雷达—回波的分析与识别
谢谢！
知识回顾 Knowledge Review
地物回波
气象回波
天气雷达—回波的分析与识别
不同的距离圈，探测 到的是处于不同高度 的回波！
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。
雷达知识点汇总
88多普勒天气雷达探测的基本原理1.天气雷达是探测（降水系统）的主要手段，是对强对流天气（冰雹、大风、龙卷和暴洪）进行监测和预警的主要工具之一。
天气雷达发射（脉冲）形式的（电磁波）当电磁波脉冲遇到降水物质（雨滴、雪花、冰雹等）时，大部分会继续前进，而一部分能量被降水物质向西面八方散射，其中（后向散射）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的（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）。
2.在我国东部和中部地区，装备先进的新一代 S 波段（10cm）和 C 波段（5cm）多普勒天气雷达系统。
沿海地区设（S 波段）雷达，内陆地区设（C 波段）雷达。
3.新一代天气雷达系统的应用主要在于对（灾害性天气），特别是与（风害和冰雹）相伴的灾害性天气的监测和预警。
它还可以进行较大范围降水的（定量估测），获取（降水）和（降水云体）的风场结构。
4.新一代天气雷达系统的性能要求：对（台风）（暴雨）等大范围降水天气的监测距离应不小于（400km）。
对（雹云）、（中气旋）等小尺度强对流天气现象的有效监测和识别距离应大于（150km）。
雷达探测能力在50km处可探测到的最小回波强度应不大于（-7dBZ s波段）或（-3dBZ c波段）。
5、新一代天气雷达的应用领域：（对灾害性天气的监测和预警）(定量估测大范围降水) (风场信息)(改善高分辨率数值天气预报模式的初值场)6．新一代天气雷达采用（全相干）体制，共有（7）种型号，其中 S 波段有(3) 种型号，称为SA、SB、SC ，C 波段有(4)种型号，分别为CINRAD-CB、CC、CCJ、CD。
7.新一代天气雷达的三个主要部分：（雷达数据采集子系统RDA）、（雷达产品生成子系统RPG）和（主用户终端子系统PUP）以及连接它们的（通信线路）。
RDA 和 RPG 由一条（宽带）通讯线路连接，RPG 和 PUP 由一条（窄带）通讯线路连接。
雷达复习——精选推荐
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。
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。
气象雷达知识点
气象雷达知识点什么是气象雷达？气象雷达是一种用于探测大气中的降水、云和其他气象现象的仪器。
它通过发射微波信号并接收其反射信号来实现对大气的观测。
气象雷达能够提供关于降水的位置、强度、类型和移动方向等信息，对气象预报和天气监测非常重要。
气象雷达的工作原理气象雷达的工作原理基于雷达回波的测量。
雷达通过发射微波信号，当这些信号遇到大气中的降水或云等物体时，会被散射和反射回来。
雷达接收到这些反射信号后，根据信号的强度、频率和相位等参数，可以确定降水的位置和强度。
气象雷达的分类气象雷达可分为两类：天气雷达和气候雷达。
天气雷达主要用于短期天气预报，可以提供降雨、风暴和冰雹等天气现象的信息。
而气候雷达主要用于长期气候研究，可以观测大范围的降水和云的变化。
气象雷达的应用1.天气预报：气象雷达可以提供实时的降水信息，帮助气象预报员预测未来几小时的天气情况。
这对于农业、航空、交通等领域的决策非常重要。
2.水资源管理：气象雷达可以监测降雨情况，帮助水资源管理部门进行水文预报和水库调度，以应对洪水和干旱等水灾。
3.气候研究：气候雷达可以提供长期的降水和云的变化数据，帮助科学家研究气候变化、气候模式和气候预测。
4.气象灾害预警：气象雷达可以及时监测到雷暴、暴雨和冰雹等极端天气现象，提前发出预警，以减少灾害损失。
气象雷达的局限性和挑战尽管气象雷达在天气预报和气候研究中具有重要作用，但它也存在一些局限性和挑战：1.盲区问题：气象雷达的微波信号在传播过程中会受到地形、建筑物和植被等障碍物的影响，导致某些区域无法接收到雷达回波信号，形成盲区。
2.分辨率限制：气象雷达的分辨率有限，无法准确观测小尺度的降水和云的变化，对于短时强降水和小范围的气象现象预测存在一定难度。
3.数据处理和分析：气象雷达产生的数据量大，需要进行复杂的处理和分析才能得出有用的信息。
这对于数据科学家和气象预报员的技术要求较高。
4.新技术发展：随着新技术的发展，如卫星遥感和雷达图像处理算法的改进，气象雷达正面临着来自其他观测手段的竞争和挑战。
雷达气象复习重点2.
第一章1. 简述我国天气雷达发展阶段及未来发展方向。
我国天气雷达发展大体上经历了从模拟天气雷达、数字化天气雷达到多普勒天气雷达的三个发展阶段。
未来:双极化、相控阵、多基地雷达2. 简述雷达气象的研究内容。
(1) 利用天气雷达，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。
(2)主要内容:基础理论、分析应用、探测方法与技术三部分(填空)。
（问答答法）基础理论方面包括云和降水粒子对雷达波的散射；微波经过大气、云和降水粒子时的衰减；气象条件对雷达波传播的影响，如大气折射、大气不均匀结构的散射等。
分析应用方面包括雷达测量降水和云中的含水量；天气系统(特别是中小尺度系统)的雷达回波在天气分析预报上的应用，在云和降水物理探测研究上的应用；多普勒雷达和各种波长的新型雷达在风的水平结构和铅直结构、铅直气流速度、降水粒子谱、晴空回波、大气湍流等的探测研究中的应用。
探测方法与技术方面包括各种天气雷达资料的处理和传输等。
4. 何谓雷达工作波长、频率，简述其关系。
波长λ：天气雷达发射高频电磁波的一个周期长度。
波长不同，雷达性能不同。
频率f：单位时间内完成振动的次数，即每秒钟内发射出电磁波的次数关系：f=C/λ，C为光速5. 何谓脉冲宽度、脉冲长度，简述其关系。
脉冲宽度τ：发射高频电磁脉冲波的持续时间叫脉冲宽度脉冲长度h：脉冲波在空间的长度叫脉冲长度。
关系：h=τ c6. 何谓脉冲重复频率与脉冲重复周期，简述其关系。
脉冲重复频率F：是每秒钟雷达发射脉冲波的次数。
重复周期T：两个相邻脉冲波之间的时间间隔它们之间互为倒数关系：F=1/T11. 简述天气雷达的三种基本观测模式。
（1）圆锥扫描模式雷达天线在仰角不变，方位进行360°的连续扫描称为圆锥扫描，也称平面位置显示(PPI)观测。
（2）垂直扫描模式雷达天线方位角不变，仰角进行0-30° (或更高)的上下扫描称为垂直扫描，也称为距离高度显示(RHI)观测。
天气雷达探测基础知识
天气雷达探测基础知识
天气雷达是一种能够探测大气中降水、云层、风暴等天气现象的仪器。
它通过发射一束雷达波，然后接收反射回来的信号，来了解大气中各种物质的状态和分布情况。
下面是天气雷达探测基础知识：
1. 雷达波的特点：雷达波是一种电磁波，它的传播速度与光速
相同。
雷达波在传播时会被大气中的物质吸收、反射、散射等，这些作用会影响雷达波的传播路径和信号强度。
2. 雷达波的频率：雷达波的频率是指单位时间内波的振动次数，通常以赫兹（Hz）为单位。
不同频率的雷达波具有不同的特性，例如高频率的雷达波能够穿透云层，但信号强度较弱；低频率的雷达波信号强度较高，但容易被云层等物质吸收。
3. 雷达反射信号：雷达波的反射信号是指当雷达波遇到物体时，会产生一部分信号向雷达设备返回。
这些反射信号的强度取决于物体的大小、形状、材质等因素。
4. 雷达图像的解析：雷达图像是由反射信号构建出来的，它能
够显示大气中不同物质的分布情况。
解析雷达图像需要考虑信号强度、信噪比、扫描角度、反射信号的特征等多种因素。
5. 天气雷达的应用：天气雷达广泛应用于气象预测、航空、海洋、农业、水文等领域。
通过天气雷达可以了解天气现象的分布情况和演变趋势，为人们的生产和生活带来很大的便利。
- 1 -。
新一代天气雷达-多普勒天气雷达原理-张深寿
距离订正项
47
例子 (Z-D)
Unit Volume
D = 1 mm, samples = 729 Z = 729 mm6m-3 = 29dBZ R = 5.588 mm/hr
D= 3 mm, samples = 1 Z = 729 mm6m-3 = 29dBZ R = 0.254 mm/hr
最大不模糊距离
51
52
53
54
Rmax 实际回波
显示 （视在回波）
56
多普勒效应
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。
58
径向速度的获取
反射率
• • • •
4个0.25km距离库的平均功率；（1KM分辨率） 平均 P r2 Z r 根据气象雷达方程计算Z c 利用dBZ公式，把Z转换为dBZ。
平均径向速度
• 40～50个脉冲对平均 • 0.25km分辨率
谱宽
• 一个距离库内速度离散度的度量，用于速 度质量估计
影响速度谱宽的气象因子
天线方向图及波束宽度
• 天线的水平和垂直面上的辐射能流密度的 相对分布曲线图，叫天线方向图
– 影响雷达旁瓣假回波
• 两个半功率点的夹角，叫波束宽度
– 决定雷达径向探测精度
• SA波束宽度0.99°
天线增益
• 定向天线在最大辐射方向的能流密度和各 向均匀辐射的天线能流密度之比。 G=Smax/Sav
•
• 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。
新一代天气雷达测试要点
• 不符合以上判据的，则判定为出厂验收测 试不合格。
10
性能参数测试和检查
• 天馈和伺服系统 • 发射机 • 接收机 • 系统相干性 • 地物对消能力检查 • 系统回波强度定标、速度测量检验 • 雷达主要参数出厂测试记录
AGC衰减量为0dB时，测量接收机输出的噪声电 压（V），再输入外接信号源信号，逐渐增大其 信号功率，当接收机输出的电压幅度为1.4倍噪声 电压（V）时，注入接收机的信号源信号功率为 接收机的最小可测信号功率。接收机两种带宽分 别测量。
• 测量结果：
记录：
44
接收系统动态特性测试
• 接收系统指从雷达的接收机前端，经接收支路、 信号处理器到终端。
达出厂验收的主要依据之一
6
出厂验收测试要求
• 测试项目的技术参数和性能必须达到本大 纲的要求。雷达购置合同对技术参数另有 要求的按合同执行
• 被测项目的参数和性能不符合规定和要求 时，则暂停测试
7
出厂验收测试要求
• 承制方在12小时内查明原因、采取措施达 到指标要求后，经验收测试组认可，方可 继续进行验收测试。
测量次数
V1(V)
V2(V)
NF1(dB)
NF2(dB)
1
2
3
4
38
用噪声系数测试仪直接测量噪声系数
• 测试仪表：噪声测试仪 型号： 噪声源 型号：
• 测试结果：NF (dB)：
39
机内噪声源测量噪声系数
• 用机内噪声源测量噪声系数是通过雷达系 统内设置的噪声源测量接收机噪声系数
雷达气象课后作业期末复习整理版
雷达气象第一章第一节1 雷达的含义，雷达气象含义及其用处Radar ：通过无线电技术对目标物进行探测和定位，确定目标位置和强度的技术。
气象雷达：是用于探测气象要素和各种天气现象的雷达，常称为“千里眼、顺风耳”。
雷达气象：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，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。
2 气象雷达的特点气象雷达是雷达中的一个重要成员，探测的对象是覆盖整个地球的大气，不受季节、昼夜和天气条件的影响，能全天时、全天候工作，不受能见度，探测条件的影响。
采用大功率发射机、高增益天线、高灵敏接收机，可增加雷达威力，探测数百公里外的目标。
现代化的雷达机，与计算机技术结合，使其数据处理技术进一步提高，测定目标的精度更高。
3 我国雷达分布情况根据天气现象：… 沿海地区：暴雨台风多，S波段（5cm）为主… 内陆地区：一般性降水，C波段（10cm）为主电磁特性：暴雨，S波段穿透能力强，衰减小；一般性降水，S波段反射弱，C波段反射强4 我国天气雷达的应用强对流天气的监测与预警：灾害性大风、冰雹和暴洪。
天气尺度和次天气尺度降水系统的监测。
应用：人工影响天气、降水测量、风的测量、数据同化。
第二节1 我国新一代雷达的组成部分----雷达的硬件系统新一代天气雷达系统的三个部分：（1）数据采集子系统（RDA）；定义：用户所使用雷达数据的采集系统。
功能：产生和发射电磁波，接收目标物对这些电磁波的散射能量，并形成数字化的基数据。
主要结构：①发射机RDA是取得雷达数据的第一步——发射电磁波信号。
RDA主要是由放大器来完成，产生高功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位相，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。
②天线(天线沿一定的仰角，围绕自身旋转360°，圆锥面扫描)将发射机产生的脉冲信号以波束的形式发送到大气，并接收返回的能量，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。
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目录第一章引论 (2)1.1 新一代天气雷达概述 (2)1.2 天气雷达的局限性 (2)第二章多普勒天气雷达原理 (3)2.1 后向散射截面 (3)2.2 球形粒子的散射 (3)2.3 电磁波在大气中的衰减和折射 (3)2.4 雷达气象方程 (4)2.5 最大不模糊距离和距离折叠 (5)2.6 多普勒效应 (5)2.7 最大不模糊速度和速度模糊 (5)2.8 谱宽 (5)2.9 雷达取样技术 (6)第三章多普勒雷达图识别基础 (6)3.1 识别反射率基本知识 (7)3.2 识别速度图的基本知识 (7)第四章雷达数据质量控制 (11)4.1 地物杂波抑制 (11)第五章对流风暴及其雷达回波特征 (12)5.1 普通风暴单体生命史： (12)5.2 强风暴的雷达回波特征： (12)5.3 弱垂直风切变中的强风暴——脉冲风暴的回波特征 (12)5.4 中等到强垂直风切变环境中多单体风暴的雷达回波特征 (13)5.5 超级单体 (13)第六章灾害性对流天气的探测与预警 (15)6.1 龙卷 (15)6.2 大冰雹 (16)6.3 灾害性大风 (16)6.4 暴洪（短时强降水） (17)6.5 强对流天气预报和预警的发布 (17)第七章雷达产品与算法 (18)7.1 产品概述 (18)7.2 基本产品 (19)7.3 一些算法简单的重要导出产品 (20)7.4 风暴单体识别与跟踪算法及其产品 (24)7.5 冰雹指数产品及其算法 (24)7.6 中气旋（M）和龙卷涡旋特征（TVS）算法和产品 (25)7.7 V AD风廓线算法 (25)7.8 降水算法及其产品 (26)参考文献： (29)第一章引论1.1 新一代天气雷达概述CIRNAD/SA型雷达主要由RDA（Radar Data Acquisition）、RPG（Radar Product Generator）、PUP（Principal User Processor）三部分构成。
RDA（Radar Data Acquisition）由四个部分组成：发射机、天线、接收机、信号处理器。
发射机：产生高功率（峰值功率750KW）非常稳定的10cm的射频脉冲。
天线：扫描方式：扫描方式告诉雷达在一次体积扫描中使用多少仰角和时间。
CINRAD/SA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；扫描方式2#：6分钟完成9个不同仰角上的扫描；扫描方式3#：10分钟完成5个不同仰角上的扫描；体扫模式：体扫模式规定使用哪个扫描方式，并且规定哪些具体的仰角。
目前CINRAD/SA定义的体扫模式有4个：VCP11(扫描方式1# )、VCP21(扫描方式2# )、VCP31(扫描方式3# )、VCP32(扫描方式3# )。
VCP31和VCP32的区别在与VCP31使用长脉冲而VCP32使用短脉冲。
最常用的VCP为VCP21接收机：放大由天线接收的回波能量，以便模数转换和后续处理。
信号处理器完成三种重要功能：地物杂波消除、模数转换，以及退多普勒数据的距离折叠。
RPG（Radar Product Generator）主要任务是把RDA传来的基本数据，对其处理和生产各种产品分发给PUP。
产品分为基本产品和导出产品。
基本产品：指定仰角上的基本反射率因子、基本径向速度和基本谱宽产品。
导出产品：把体扫基数据经过特定算法而得到的产品。
PUP（Principal User Processor）获取、存储和显示产品。
主要功能包括：产品请求（获取）、产品数据存储和管理、状态监视、产品编辑注释产品请求方式：常规产品列表（RPS）、一次性请求（OTR）、产品-预警配对（PAP）1.2 天气雷达的局限性（1）是波束中心的高度随距离的增加而增加；（2）是波束宽度随距离的增加而展宽；（3）是静静锥区的存在。
（4）探测能力和雷达周围净空环境有关，受地物阻挡的影响大。
前两点使得雷达对于远距离的目标的探测能力降低，而第三点使得雷达对于非常近的目标物的探测能力受限。
第二章多普勒天气雷达原理2.1 后向散射截面后向散射截面的定义是：设有一个理想的散射体，其截面面积为σ，它能全部接收射到其上的全部能量，并且均匀地向四周散射，若该理想散射体返回雷达天线的电磁波能流密度，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面积σ2.3 电磁波在大气中的衰减和折射衰减电磁波在大气中的衰减是因为电磁波投射到气体分子或云雨粒子上时，一部分能量被散射，一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。
折射标准大气折射、临界折射、超折射、无折射、负折射标准大气折射：在标准大气情况下，Rm=8500Km（等效地球半径），为实际地球半径的4/3倍，波束路径向下弯曲，这种折射称为标准大气折射。
可以代表中纬度地区对流层中大气折射的一般情况，一般称为正常折射。
临界折射：当波束路径的曲率和地球表面的曲率相同时，即波束传播路径与地表面平行，则称为临界折射。
超折射：当波束路径大于地球表面的曲率时，即雷达波束在传播的过程中将碰到地面，经地面反射后继续向前传播，再弯曲到地面，再经地面反射，重复多次，雷达波束在地面和某层大气之间，依靠地面的反射向前传播，与波导管中的微波传播相似，故称为大气波导传播，又称超折射。
等效地球半径Rm<0。
产生超折射地物回波，呈辐辏状排列的短线强回波（和当地地形地物十分一致）。
产生的气象条件：气温向上递增，同时水汽压向上迅速递减，也就是常说的暖干盖的大气层结。
无直射：雷达波束沿直线传播。
负折射：雷达波束向上弯曲（湿度随高度增加，温度向上迅速递减）。
（多产生在盛夏大陆的中午，大气底层温度的递减率有可能大于干绝热递减率，从而产生负折射）2.4 雷达气象方程参数与发射机有关的参数波长λ，决定气象雷达性能的一个重要参数。
X、C、S波段，我国新一代天气雷达使用C、S波段（即5公分、10公分雷达）。
脉冲宽度τ：探测脉冲的持续振荡时间。
所以，脉冲长度h=τc。
因为雷达的收发特性，所以，有效照射深度为脉冲长度的一半τc/2（雷达径向的最小分辨率）。
脉冲功率Pt：雷达脉冲的峰值功率称为脉冲功率。
为了增强雷达的探测能力，其脉冲功率常常很大。
我国新一代天气雷达的Pt在650~800Kw之间。
脉冲重复频率：雷达每秒产生的触发脉冲的数目，PRF表示。
我国新一代天气雷达的PRF在300~1300Hz之间。
脉冲重复周期PRT为PRF的倒数。
与天线有关的参数天线的方向图及波束宽度：在天线方向图上，两个半功率点方向的夹角，称为波束宽度。
CINRAD/SA的天线直径9米左右，波束宽度在1°左右。
波束宽度越小，角分辨率越高，探测精度也越高，是雷达天线的重要技术参数。
天线增益G：定向天线在最大辐射方向的能流密度和各向均匀辐射的天线能流密度之比。
CINRAD/SA的天线增益G≥44dB与接收机有关参数接收机灵敏度：接收机能分辨的最小可辨功率，P min表示。
CINRAD/SA的P min短脉冲(1.57μs)为-107dBm，对于长脉冲（4.71μs）为-113dBm气象雷达方程∑=单位体积i t r r h G P P σπθφλ2222)2(ln 1024气象目标强度的度量 反射率和反射率因子反射率：单位体积中云雨粒子后向散射截面的总和称为反射率。
（和雷达参数有关） 反射率因子：单位体积中降水粒子直径6次方的总和称为反射率因子。
（和雷达参数无关，不同雷达可以相互比较）由于反射率因子Z 的变化区间很大（可以跨越几个数量级），为方便起见，采用dBZ小 2.5 2.62.7 达重复频率。
速度模糊是指当多普勒速度大于V max 时，相继返回的两个脉冲之间的相位变化超过180°（π），而雷达却只能测量出小于180°（π）的值，相应的给出的多普勒速度值也是小于V max 的值，我们称这个现象就叫速度模糊。
2.8 谱宽谱宽实际上是指速度谱宽数据，它是对一个距离库中速度离散度的度量，谱宽越大，速度估计的可靠性就减小。
些典型的气象特征和条件可导致相对高的谱宽，他们包括：（1）气团的界面附近，如锋面边界和雷暴的出流边界；（2）雷暴；（3）切变区域；（4）湍流；（5）风切变；（6）降落速度不同的尺度不同的雨和雪。
一些非气象条件也可使谱宽增加，包括：（1）天线转速；（2）距离；（3）雷达的信噪比；2.9 雷达取样技术多普勒两难和CINRAD/SA SB雷达的基数据中的反射率因子是通过对沿着雷达径向的4个取样体积平均得到的，平均径向速度的分辨率和雷达的取样体积一致。
基数据的反射率因子的分辨率为1km×1°，而径向速度和谱宽的分辨率为0.25km×1°第三章多普勒雷达图识别基础新一代天气雷达是在一系列固定仰角上扫描360°进行采样的，我们实际看到的雷达图实际上是在圆锥的俯视平面图上分析空间的雷达回波。
3.1 识别反射率基本知识降水的反射率因子回波降水的反射率因子回波大致可以分为三种类型：积云降水回波、层状云降水回波、积云层状云混合降水回波。
零度层亮带：在0℃层上，冰晶和雪花在下降过程中开始融化时，表面上出现水膜，而尺寸变化不大，此时反射率因子因为水膜的出现而迅速增加，形成“零度层亮带”。
●利用雷达进行台风定位，精度高于气象卫星定位。
●“弓形回波”是地面大风的一个很好的指示。
（飑线）●超级单体风暴是对流风暴中最强烈的一种形式，可伴随强烈龙卷、大冰雹、灾害性地面大风和暴洪。
其地层反射率因子最明显的特征是钩状回波。
非降水回波非降水回波主要包括：地物回波、海浪回波、昆虫和鸟的回波、超折射回波（大气折射指数脉动引起的回波）、云的回波等。
3.2 识别速度图的基本知识雷达探测到的速度都是实际风在雷达径向上的投影。
一般以离开雷达为正（暖色），吹向雷达为负（冷色）。
零速度：当实际风速为零或雷达波束与实际风向垂直时，径向速度为零，称为零速度；零速度线：是由沿雷达径向速度为零的点组成的线。
它在速度图识别上有重要意义。
1、风向风速不随高度变化2、风向不变，风速随高度线性增加3、风速不变，风向随高度逆转（冷）4、风速不变，风向随高度顺转（暖）5、辐合6、辐散7、锋面过境前、中、后小尺度系统多普勒图像均场辐散气旋中气旋中的龙卷涡旋多普勒速度图象分析步骤●确定零速度线和速度的来去向区域；●识别速度模糊，确定具体来去向速度值；●注意仰角，计算各特征区对应的高度位置；●掌握最近时次天气形势，结合中尺度概念模式的流场特征，分析多普勒速度资料的天气意义；●配合反射率因子（回波强度）的观测情况，得出多普勒雷达观测分析意见；●结合其他常规和非常规气象资料，分析未来天气演变趋势，做出短时天气预报。