风廓线雷达
风廓线雷达
风廓线雷达类型
各种类型风廓线仪用途：
边界层风廓线雷达：航空港飞机着陆与起飞； 空间污染监控；军事替代地面观察站；研究。
低对流层风廓线雷达：航空港环境——飞机 着陆，起飞，交通管制；运输和扩散——危 险原料（核能）的污染控制；军事——射弹 风修正；研究。
对流层风廓线雷达：天气观察、预报及研究
电磁净空环境的选择：由于风廓线雷达为高 频发射和接收设备,信号容易受到附近电磁波 的影响,频率选定前应尽早到当地无线电管理 部门办理频率适用许可并办理无线电电台执 照
设备运行的维护维修 ：所需时间大概30min， 30min，30min，1h，2h，1h
风廓线仪维护维修计划表
小结 高分辨率大气廓线仪等新一代雷达遥感技术在大气 研究领域中的广泛应用,能够拓宽全球气象预报，对 改进天气分析和预报，降低测风成本和提高实效都 有很重要的意义，必将极大地推动中尺度大气热动 力学的研究进展，使人们能够对中纬度和热带地区 的各类天气现象进行更加深入的研究。 为适应我国未来风廓线仪大规模建设和应用的需要，
RASS
风廓线仪上加装无线电探声系统(RASS) 后, 可以测量大气层的有效温度。RASS 雷达系 统通常由4 个声源组成,分布在廓线仪天线阵 的每一边并垂直向上发射声波。廓线仪把声 波作为目标接收并处理反向散射,同时测得传 播速度。由于声速与大气温度有很好的对应 关系,所以可以通过廓线仪测得的声速来得到 有效温度廓线。
频谱非相参累积后频谱(பைடு நூலகம்)与相参累积后(右)比较
应用现状
水平风测定：通过测量水平风廓线，研究暴 雨、锋面、急流、重力波等天气现象。1989 年中国气象科学研究院研制成功了我国首部 UHF 多普勒风廓线仪，并用于北京中尺度灾 害性天气预报基地的业务试验，证明了其有 效性和可靠性。王欣等用风廓线仪资料分析 安徽梅雨期间的强降水过程，表明其对水平 风的垂直结构有较强的探测能力，能实时监 测中尺度降水期间风的垂直切变和对流特征， 提高临近天气预报的精度。
龙门风廓线雷达与探空雷达水平风场对比分析
龙门风廓线雷达与探空雷达水平风场对比分析龙门风廓线雷达与探空雷达水平风场对比分析引言雷达是一种常用的气象观测工具，可以获取大气中的各种信息，如降水、风场等。
在气象研究中，风场是非常重要的参数之一，对于天气预报、气候研究以及环境监测都具有重要意义。
本文将对比分析龙门风廓线雷达和探空雷达在获取水平风场的优劣，并探讨它们在气象观测中的应用。
一、龙门风廓线雷达与探空雷达概述1. 龙门风廓线雷达龙门风廓线雷达（Boundary Layer Wind Profiling Radar）是一种地面气象雷达，利用微波波束扫描大气中的散射物体，获取风场等大气参数。
它可以实时进行观测，覆盖范围较大，适用于高空探测。
2. 探空雷达探空雷达（Radiosonde）是一种通过气球将仪器组件悬挂在空中，测定大气温度、湿度和风速的设备。
探空雷达广泛应用于气象研究和天气预报，可以获取不同高度上的风场和其他气象参数。
二、龙门风廓线雷达与探空雷达在水平风场观测方面的差异1. 技术原理龙门风廓线雷达利用雷达波束扫描获取散射物体的反射信号，通过分析这些信号的时延、多普勒频移等信息来推算风场。
探空雷达则通过将仪器组件悬挂在气球上，通过气球的上升下降来测量大气不同高度上的温度、湿度和风场等。
2. 覆盖范围龙门风廓线雷达的覆盖范围相对较大，可以覆盖几百到几千米的范围，适用于高空探测。
探空雷达的覆盖范围相对较小，受制于气球的高度和半径，一般只能达到数百米到数千米的范围。
3. 观测时间龙门风廓线雷达可以实时进行观测，可以获取较高时间分辨率的风场。
探空雷达需要释放气球，并等待气球上升或下降，观测时间上相对较慢，时间分辨率相对较低。
三、龙门风廓线雷达与探空雷达在气象观测中的应用比较1. 预报精度由于采用了实时观测，龙门风廓线雷达具有较高的时间分辨率和较大的覆盖范围，可以提供更多空间和时间的数据，因此在天气预报中有更高的精度。
探空雷达通过释放探空仪器，观测点局限在特定位置，范围较小，因此预报精度相对较低。
风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用
风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用1. 引言强对流天气是指发生在大气层中的强烈垂直运动，伴随着强风、大雨、冰雹、龙卷风等天气现象。
由于其突发性和破坏力，强对流天气对人类社会和经济活动造成了极大的威胁。
因此，准确预报强对流天气对于社会和经济的安全十分重要。
本文将探讨风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用。
2. 风廓线雷达技术简介风廓线雷达是一种利用雷达探测大气中散射物体（如悬浮在空气中的小颗粒）的运动信息的仪器。
通过测量散射物体的速度和方向，风廓线雷达可以提供大气中不同高度层的风场信息。
它的工作原理是利用雷达向大气中发射微波脉冲，当这些脉冲与散射物体相互作用时，一部分能量被散射回传到雷达接收器，从而获得风场信息。
3. 风廓线雷达资料的获取与分析风廓线雷达通过不断扫描天空，得到一系列垂直方向上的雷达回波，然后通过信号处理和算法分析，可以得到各个高度层的风速和风向资料。
这些资料可以进行可视化展示，如风廓线图，也可以转换为水平风场图和垂直风剖面图等形式。
在强对流天气预报中，通常会将这些资料与其他观测数据、模型预报等数据进行综合分析，以提高预报的准确性。
4. 风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用4.1 预测对流系统演化强对流天气的演化过程往往与形成对流云的热力学条件和上升运动有着密切的关系。
风廓线雷达可以提供对流云中的气旋度和辐合度等参数，通过分析这些参数的变化，可以预测对流系统的演化趋势。
例如，当气旋度增强和辐合度增大时，预示着对流云将继续发展并可能引发强对流天气。
4.2 定量降水预报强对流天气常常伴随着大雨和冰雹等降水现象。
风廓线雷达可以提供不同高度层的降水强度和降水型态信息，通过分析这些信息，可以定量预报降水的强度和分布范围。
同时，风廓线雷达还可以检测到雨滴的径向速度，通过测量径向速度的变化，可以判断降水颗粒的类型，从而更好地预测降水过程中的冰雹等极端天气。
风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用
风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用近年来，随着气候变化的影响，强对流天气频繁发生，给人们的生产生活带来了巨大的影响和威胁。
预测和预警强对流天气成为了气象科研和应用中的一大挑战。
传统的天气预报模式在强对流天气预报上存在着一定的局限性，因此，寻找更加有效和精确的预报手段显得尤为重要。
风廓线雷达作为一种新兴的观测技术，具备了高时空分辨率、多参数获取等特点，在强对流天气预报中发挥着重要的作用。
其能够获取大气中空间的风场竖直分布，通过分析风场的变化来预测和评估强对流天气的形成和发展情况。
接下来将从风廓线雷达测量原理、数据处理、常见强对流天气及其预警等方面来探讨风廓线雷达在强对流天气预报中的应用。
首先，风廓线雷达通过利用微波辐射和散射原理来对大气中的水汽和气溶胶进行探测和分析。
它通过测量对流运动中微尺度涡旋，来监测和研究强对流天气的动力学过程。
其高时空分辨率的特点，使其能够提供准确的风场资料，有助于预测和研究强对流天气的发展趋势。
其次，风廓线雷达获取的数据需要经过一系列的处理和分析才能得到有用的信息。
数据处理包括噪声去除、径向速度和谱宽的计算、资料回波的展示等工作。
而风廓线雷达能够获取到的多种参数信息，包括径向速度、谱宽、波形反射率系数等，对强对流天气的预报和研究有着重要的意义。
在强对流天气的预测中，风廓线雷达能够提供大量的资料，如对流风暴的位置、强度以及动力学特征等。
其中，它对于积云的观测和预报有着独特的优势。
通过实时观测积云的风场变化，可以预测积云增长和发展过程中的强对流活动，提前发布预警信息，减轻可能的灾害和损失。
此外，风廓线雷达还可以用来观测和分析雷暴中的强风、冰雹等天气现象。
通过观测冰晶颗粒的风速和大小，可以判断冰雹的发生和发展趋势，提前做出预警预报，以保护人们的生命财产安全。
同时，强风也是强对流天气中常见的现象，通过观测强风的风速和分布，可以提前预警并采取相应的防范措施。
《风廓线雷达原理》课件
03
特点
接收系统的性能直接影响雷达的灵敏度和抗干扰能力， 因此需要具备高灵敏度和低噪声水平。
天线系统
功能
定向发射和接收电磁波信号。
组成
包括天线阵列和伺服系统等部件，用于控制天线 的方向和扫描范围。
特点
天线系统的性能直接影响雷达的扫描速度和覆盖 范围，因此需要具备高精度和快速响应能力。
信号处理系统
谢谢聆听
将雷达部署至不同地点，实地测量并与标准气 象观测数据进行比较，评估雷达性能。
实验室测试
在特定条件下，模拟雷达工作环境，进行 性能检测。
B
C
长期监测
长时间连续运行雷达，观察其性能变化，评 估其稳定性和可靠性。
与其他雷达比较
将新型雷达与现有雷达进行比较，评估其在 性能、精度和效率上的优势。
D
雷达性能评估方法
风廓线雷达技术发展趋势
探测精度提升
随着技术的不断进步，风廓线雷 达的探测精度将得到显著提高， 能够更准确地测量风速、风向等 气象参数。
多普勒频移技术应
用
多普勒频移技术在风廓线雷达中 的应用将进一步拓展，能够提供 更丰富的气象信息，如湍流、风 切变等。
智能化和自动化
风廓线雷达将朝着智能化和自动 化的方向发展，能够自动识别和 跟踪目标，减轻人工操作的负担 。
风向反演算法
根据雷达回波信号的相位差等信息，反演出 风向信息。
数据后处理
数据融合
将多个雷达站的数据进行融合，提高数据的准确性和 可靠性。
数据可视化
将处理后的数据以图表、图像等形式进行可视化展示 。
数据分析
对处理后的数据进行统计分析，提取有用的气象信息 。
04 风廓线雷达性能评估
风廓线雷达数据质量影响因子及处理算法
文章标题：风廓线雷达数据质量影响因子及处理算法一、概述风廓线雷达是一种常用的气象观测设备，能够提供大气垂直结构的风速、风向、温度、湿度等信息。
然而，在实际应用中，风廓线雷达数据的质量受到多种因素的影响，如地面杂散回波、多次反射、多普勒展宽等。
准确地评估和处理风廓线雷达数据质量是至关重要的。
二、风廓线雷达数据质量影响因子1. 地面杂散回波地面杂散回波是指雷达发射的微波信号被地面物体反射后返回接收天线，导致回波信号混杂在大气回波信号中。
地面杂散回波会使雷达观测到的大气风场信息出现偏差，影响数据的准确性。
2. 多次反射多次反射是指雷达信号在大气中经历多次反射后返回接收天线，造成回波信号的增强和衰减。
多次反射会导致雷达接收到的信号强度波动较大，影响数据的稳定性和一致性。
3. 多普勒展宽多普勒展宽是指大气中的气泡、涡旋等不均匀结构引起的雷达回波频谱展宽现象。
多普勒展宽会导致雷达观测到的风速存在模糊性，降低数据的精度和分辨率。
4. 其他因素除了以上因素外，天气条件、雷达接收系统的灵敏度、气象条件的变化等也会对风廓线雷达数据的质量产生影响。
三、风廓线雷达数据质量处理算法1. 地面杂散回波去除算法针对地面杂散回波的影响，可以采用多普勒滤波技术和地物特征识别算法进行去除，以提高数据的准确性。
2. 多次反射校正算法针对多次反射引起的信号增强和衰减，可以采用信号退化模型和多次反射校正算法进行修正，以保证数据的稳定性和一致性。
3. 多普勒展宽补偿算法针对多普勒展宽引起的风速模糊性，可以采用动态多普勒展宽补偿算法进行修正，提高数据的精度和分辨率。
4. 数据质量评估和后处理在数据处理过程中，应建立完善的数据质量评估体系，对处理后的数据进行全面、深入的评估，以保证数据的可靠性和有效性。
四、个人观点和总结风廓线雷达数据的质量受多种因素的影响，因此在实际应用中需要综合考虑各种影响因子，并采取相应的处理算法来提高数据的质量和可靠性。
《风廓线雷达原理》课件
雷达探测原理
风廓线雷达利用电磁波的传播和反射特性进行探测。它发射电磁波信号，接 收所反射回来的信号，并通过计算距离，得到目标的位置和速度信息。
风廓线雷达监测参数
风廓线雷达可以监测多个重要参数，包括风速和风向，反射率因子以及多普 勒频移。这些参数对于气象学和能源领域的应用具有重要意义。
风廓线雷达工作流程
风廓线雷达的优势和局限性
优势
• 多参数监测，提供全面的气象信息 • 具有强大的实时性，可实时监测天气变化
局限性
• 重构成本较高，要求专业技术支持 • 对电磁环境有一定要求，受到干扰的风
险较高
结语
风廓线雷达在气象学和能源领域中具有重要意义。展望未来，随着技术的不断发展，风廓线雷达将发挥 更大的作用，助力人们更好地理解和利用自然力量。
《风廓线雷达原理》PPT 课件
欢迎大家来到《风廓线雷达原理》的课程，本课程将带领您深入了解风廓线 雷达的原理和应用。让我们一起探索这个神奇的技术吧！
什么是风廓线雷达
风廓线雷达是一种用于监测大气风场和天气变化的先进技术。它能够通过探 测大气中的微弱电磁波信号，获取风速、风向、反射率因子和多普勒频移等 重要参数。
1
雷达发射电磁波
风廓线雷达通过发射电磁波信号来探测大气中的目标。
2
接收信号
风廓线雷达接收目标反射回来的信号。
3
信号处理
通过信号滤波、多普勒频移处理和数据处理等步骤，对接收到的信号进行处理泛应用于风场监测和天气预报， 为气象学提供关键数据。
能源领域
在风电场运维中，风廓线雷达可以提供风速 和风向等数据，帮助优化风力发电。
讲稿-风廓线雷达简介
风廓线雷达发射的电磁波在大气中传播过程
中，由于大气折射率的空间不均匀分布而产生散
射，其后向散射能量被风廓线雷达所接收，能实
时提供大气的三维风场信息。
增加无线电声学探测系统（RASS），与微波
辐射仪或GPS/MET水汽监测系统配合，可实现对大
2 风廓线雷达探测原理
2.1 晴空的电磁波散射
1. Bragg 散射 —— 折射率空间分布周期性的变化引起对相
同波长电磁波造成散射。大气中的湍流活动造成折射率 的空间涨落，也称作湍流散射； 2. Fresnal 散射 —— 折射率梯度很大的水平层状结构上对 电磁波的反射; 3. Thomson 散射 —— 电离层中的大量自由电子对入射电磁 波的散射。
1270-1375MHz
高对流层 风廓线雷达
最大探测高度:12～16km 起始高度:150m 高度分辨率:120m
边界层大气风场 观测
晴空局地空域气 流监测 中尺度灾害性天 气监测 边界层数值预报
低对流层 风廓线雷达
最大探测高度:6～8km 起始高度:300m 高度分辨率:240m
边界层 风廓线雷达
理论研究和实际使用的结果都表明NOAA风廓线雷 达网对于天气预报具有很重要的价值，尤其是监 测墨西哥湾水汽输送过程中的低空急流。NOAA风 廓线雷达网的数据对于预测这种低空急流引起的 夜间雷暴非常重要。
• 日本
WINDAS(31部1.3G风廓线 雷达)，间隔130公里。 经过台站级处理的10分 钟平均的风数据传输到 风廓线雷达控制中心， 通过进一步的一致性检 验后用于数值天气预报。 WINDAS用于预报台风、 梅雨和中纬度低压引起 的强降水。
风廓线雷达原理ppt课件
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13
风廓线探测高度以及工作频率图如下
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14
风廓线仪系统结构框图
风廓线仪主要由五部分组成:天馈﹑发射/接收机﹑信号处理器﹑数据处理及监控分 机。图中虚线部分为声发射器，与风廓线仪联合使用，构成无线电—声探测系统。
.
15
NO.4
风廓线雷达的分类
根据天线制式的Βιβλιοθήκη 同，风廓线雷达可分为两大类：一类是采用相控阵天线 的相控阵风廓线雷达；另一类是采用抛物面天线的风廓线雷达。
国内外发展及应用
风廓线雷达诞生于20世纪80年代，近三十年已经在国
际气象组织得到认可和广泛使用。美国于1992年开始在美国
建成包括35部风廓线雷达的观测网，并进入业务运行，多年
来的运行结果表明，风廓线雷达网资料能满足观测精度的要
求，他的时空分辨率超过任何高空风测量系统。NOAA（美
国国家海洋和大气管理组织）在对风廓线雷达网进行评估时
有自主的风廓线雷达网
.
3
▪LO美GO国
➢ NPN(35部对流层)，间隔200公里，每个站 配有一套GPS水汽监测系统。CAP(60多部 各种型号)，由35个部门建设的风廓线雷达 组成。
➢ 探测数据和设备的状态信息一起被发送到位 于Bloulder的风廓线雷达控制中（PCC）。 经过数据处理和质量控制，每小时平均的风 数据和温度数据经过计算后发送给NOAA风 廓线雷达网（NPN）的用户。
单波束工作方式：风廓线雷达在探测时，在某一时刻只有一个波束，雷达仅沿这一
个波束方向发射脉冲进行探测。完成一个波束方向的探测之后，将波束切换到下一个 方向，进行下一个波束方向的探测，直到完成所有波束方向的探测，便完成一个探测 周期，再接着进行下一个周期的探测。因为技术条件的限制，抛物面天线雷达只能采 用单波束的工作方式。
风廓线雷达数据处理与应用研究
风廓线雷达数据处理与应用研究风廓线雷达数据处理与应用研究摘要：风廓线雷达是一种常用于探测大气中风场结构和变化的仪器，广泛应用于气象、航空、环境科学等领域。
本文主要探讨了风廓线雷达数据的处理方法及其在实际应用中的研究进展。
首先介绍了风廓线雷达的基本工作原理和数据获取方式，然后详细讨论了雷达数据处理的流程和常用方法。
接着，分别介绍了风廓线雷达的应用于天气预报、空气质量监测、气候研究等方面，探讨了其在这些领域中的具体应用和作用。
最后，对目前风廓线雷达数据处理与应用研究的不足进行了总结，并展望了未来的发展方向。
一、引言近年来，随着大气科学研究的迅猛发展，风廓线雷达作为一种能够实时、连续观测大气风场的先进仪器，得到了广泛的应用。
风廓线雷达可以提供垂直方向上大气风场的信息，对于理解大气中的动力学过程、天气变化和气候演变等具有重要意义。
二、风廓线雷达的基本原理和数据获取风廓线雷达是一种主动型雷达，利用发射的微波信号与大气中的散射体进行相互作用，通过接收散射回波来获取散射体的运动信息。
风廓线雷达的基本原理是多普勒效应，即监测散射回波的频率变化来推测散射体的运动状态。
三、风廓线雷达数据处理方法风廓线雷达数据处理的目的是从原始雷达回波中提取有用的风场等信息，并将其转化为可视化的形式。
常用的风廓线雷达数据处理方法主要包括数据质量控制、多普勒频谱分析、风场反演和数据可视化等步骤。
四、风廓线雷达在天气预报中的应用风廓线雷达在天气预报中的应用主要体现在对切变线、对流云和飑线等天气现象的监测和预警上。
通过监测大气中的风场变化，可以及时发现和跟踪可能发展成破坏性天气事件的特征。
五、风廓线雷达在空气质量监测中的应用风廓线雷达在空气质量监测中的应用主要体现在对大气污染物传输过程的研究上。
通过监测大气中的风场和污染物浓度分布，可以评估不同污染源的影响程度和扩散途径，为制定有效的空气质量改善策略提供科学依据。
六、风廓线雷达在气候研究中的应用风廓线雷达在气候研究中的应用主要集中在对大气环流、季节变化和气候异常等方面的探索。
风廓线雷达与激光测风雷达
激光测风雷达-分类
探测方式： • 相干探测激光雷达 • 非相干探测（直接探测）激光雷达。
激光测风雷达-分类
• 直接式常以空气分子的瑞丽散射为基础，一般选择蓝绿光或紫外等短 波长激光作为发射源，才能得到比较强的瑞丽散射气象回波信号，经 过单边缘滤波、双边缘滤波或条纹检测手段，通过功率谱分析方法， 间接提取多普勒频率信息。
（1）采用大面积天线,以提高天线增益,所以风廓线雷达一般 为方形天线,不作机械转动,而采用电扫描工作; （2）在每个波束指向探测时,风廓线雷达会驻留几十秒至数分 钟的时间进行连续探测, 并对收集的弱回波信号进行累加, 以 提高回波信噪比; （3）采用多模式组合探测
优势探讨
• 是一种新型的无球高空气象遥感探测设备; • 可以连续提供大气水平风场、垂直气流、大气折射率结构常
• 属于主动测量系统，利用大气中随风飘动的微小颗粒(气 溶胶或者大气分子)对激光的多普勒频移效应来测量大气 风场结构分布的一种现代光电探测技术
• 采用光学方法对测量空域的风场进行非接触式实时三维测 量，同时完成对大气中的气溶胶的扫描
• 利用气溶胶运动产生的多普勒频移确定激光视线方向上的 径向风速的序列，反演观测视场的大气风场分布
中电集团14所 航天科工集团二院23所 安徽四创电子股份有限公
司
爱尔达公司
敏视达雷达有限公司
O CFL-16
O
Airda16000
O
GLC-24 CFL-08 SCRTWP-01
Airda8000
TWP8
CLC-8 CFL-03B K/LLX802
Airda3000
O
GLC-24 （14所） Troposphere Wind Profiler II
风廓线雷达数据处理与应用研究
风廓线雷达数据处理与应用研究风廓线雷达数据处理与应用研究一、引言风廓线雷达是一种用于探测大气中风场特征的高分辨、全天候雷达系统。
它利用探测得到的散射信号和多普勒频移信息，可以获取大气中不同高度上的风速和风向数据。
这些数据对于气象、航空、气候等领域的研究和应用具有重要意义。
风廓线雷达数据的处理和分析是利用这一技术的关键环节，本文将对风廓线雷达数据的处理方法和应用进行研究和探讨。
二、风廓线雷达数据处理方法1. 数据获取风廓线雷达通过发射微波信号，利用散射回波量测来自大气中不同高度上的信号强度。
这些回波信号被接收到雷达天线，并通过模拟/数字转换等方式将其转化为数字信号保存。
获取的原始数据包括频率、强度和多普勒频移信息。
2. 数据预处理原始数据存在一定的噪声和杂波，需要进行滤波和去噪处理。
滤波可以选择不同的算法，如中值滤波、卡尔曼滤波等。
去噪处理可以采用傅立叶变换、小波变换等频域方法，也可以利用滑动窗口平均、差分算法等时域方法。
3. 数据分析数据分析主要包括信号处理、多普勒频移解算和风分析。
信号处理包括雷达图像生成和分析，可以利用滤波、插值等算法对散射回波信号进行处理和可视化展示。
多普勒频移解算是指通过多普勒频移信息计算出风速和风向，可以利用傅立叶变换、互相关等方法进行解算。
风分析是利用解算得到的风速和风向数据，对大气运动、风场结构等进行分析和研究。
三、风廓线雷达数据应用研究1. 气象学应用风廓线雷达可以提供大气中不同高度上的风场特征，对于气象学研究有着重要意义。
可以通过分析风廓线数据，探测大气中的气旋、锋面等天气系统；研究大气运动对降水、气温等气象要素的影响；监测大气层结、对流发展等气象过程；识别大气中的边界层和湍流等。
2. 航空航天应用风廓线雷达可以提供精确的风速和风向数据，在航空和航天领域有着广泛的应用。
利用风廓线雷达可以监测低空风场，为飞机起降、航迹规划等提供重要参考信息；可以预测复杂气象条件下的空气动力学影响，提高航空器的飞行安全性；可以研究风切变等对飞行的影响，改善飞行操纵性能。
风廓线雷达
风廓线雷达
风廓线雷达是一种用于探测大气中风速和风向的仪器。
它通过发射无线电波至大气中，并接收反射回来的信号来获取相关数据。
风廓线雷达在气象学、气候研究和天气预报等领域具有重要的应用价值。
原理
风廓线雷达工作原理是基于多普勒效应。
它通过测量反射回来的无线电波的频率变化，从而得出大气中不同高度处的风速和风向信息。
风廓线雷达可以获取垂直方向的风廓线数据，为研究气象变化提供了重要数据支持。
应用
•气象研究：风廓线雷达可以用于监测大气中风场的变化，为天气和气候研究提供了有力数据支持。
•天气预报：通过监测大气中风速和风向的变化，风廓线雷达可以提供精准的风暴预警，为应急管理提供重要信息。
•航空领域：风廓线雷达可以用于监测飞机起降过程中的气象条件，确保航班安全。
发展趋势
随着气象技术的不断发展，风廓线雷达的性能和精度不断提高。
未来，风廓线雷达将更加智能化、精准化，为气象预测和气候研究提供更好的支持。
结论
风廓线雷达作为一种重要的气象探测设备，发挥着重要作用。
随着技术的不断发展，风廓线雷达将在气象领域发挥越来越重要的作用，为人类的生活和发展提供更好的服务。
风廓线雷达原理
NO.1
风廓线基本概念
从遥感角度讲
风廓线雷达(wind profiler radar,WPR) 主要是利用 大气 湍流对电磁波的散 射作用对大气风场 等物理量进行探测 的一种主动式地基 遥感设备。
从测量角度讲 因为风廓线雷达同 时要完成测速与定 位功能，所以风廓 线雷达是是无线电 测距与多普勒测速 的结合。
径向速度以朝向天线运动为正，失量的分量取正直代表风向。水平风速 VH,风向由UE，UN导出：
垂直波束的径向速度URd与大气垂直速度一致。
由于倾斜波束偏离垂直方向的角度较小，取其水平方向的分量误差较大，因此， 垂直波束的测量误差要小于水平分量的误差，即风廓线雷达最适用于大气垂直的气流 测量
风廓线测风的分层高度
▪LO美GO国
➢ NPN(35部对流层)，间隔200公里，每个站 配有一套GPS水汽监测系统。CAP(60多部 各种型号)，由35个部门建设的风廓线雷达 组成。
➢ 探测数据和设备的状态信息一起被发送到位 于Bloulder的风廓线雷达控制中（PCC）。 经过数据处理和质量控制，每小时平均的风 数据和温度数据经过计算后发送给NOAA风 廓线雷达网（NPN）的用户。
2010年3月浙江首个风廓线雷达在甬安装 完成试运营
2010年8月湖北省气象局安装的移动 方舱边界层 风廓线雷达
风廓线雷达网布局
风廓线雷达和探空站网布局
风廓线雷达的探测原理
风廓线雷达主要以晴空大气作为探测对象，利用大气湍流对电磁波的 散射作用进行大气风场等要素的探测。风廓线雷达的电磁波在大气传播工 程中，因为大气湍流造成的折射率分布不均而产生散射，其中后散射能 量被风廓线雷达所接受。一方面，根据多普勒效应确定气流沿雷达波束方 向的速度分量；另一方面，根据回波信号往返时间确定回拨位置。
新一代风廓线雷达产品终端使用简介
科技视界Science&Technology VisionScience&Technology Vision科技视界0引言风廓线雷达是新一代遥测风的探测仪器,可以连续测得雷达上空几分钟、几十米间距高时空分辨率的风资料,弥补常规高空风探测中时空密度稀疏的缺点,为天气预报、预警提供探测资料。
蓬莱风廓线雷达是CLC-11-D型固定式边界层风廓线雷达,由南京恩瑞特实业有限公司制造的新一代风廓线雷达,目前,山东省已经布设三部同类型雷达,随着未来雷达布网的趋势,雷达软件越来越受到关注,本文主要介绍产品终端程序的使用方法,也就是使用者最关心的程序,虽然产品自带软件说明书,但比较繁琐,本文言简意赅的介绍了软件的使用方法,以方便使用者尽快上手使用软件,提高工作效率。
1运行程序前的设置双击运行产品终端可执行文件,点击菜单栏中“选项”选项,在弹出的列表中点击“路径设置”,弹出图1界面,对前四项各项进行路径设置,设置完毕后,如图1所示,在E盘下将自动建立Data文件夹,在其下建立FFT、Origin、Product、Txt文件夹,分别用来存放雷达实时原始数据、雷达历史原始数据、雷达产品文件、雷达文本数据。
最后三项是用于雷达台站FTP上传使用,在这里不做详细介绍。
点击“确定”按钮,至此运行程序前的准备工作完成。
图12数据产品图调用介绍双击运行产品终端可执行文件,点击菜单栏中“文件”选项,在下拉菜单中点击第一项“实时更新”,等待雷达运行三个周期(约18分钟)后可显示数据产品图,注意:如果没有点击“实时更新”,数据将不进行自动更新。
点击菜单栏中的“查看”选项,在下拉菜单中点击“时序图”可显示雷达产品时间序列图,如图2是风羽随时间变化的序列图。
横坐标表示时间(程序所在电脑时间),纵坐标代表高度,右边色标卡表示风速大小,程序大约每5分钟更新一组数据。
本软件还能显示风廓线雷达原始谱数据反演生成的风廓线图,具体方法是点击菜单栏中的“查看”选项,在下拉菜单中点击“谱数据图”,在右边选择谱数据站点和日期,再点击“切换至风廓线图”按钮,就会显示对应时刻的风廓线图。
风廓线雷达的原理及其应用
风廓线雷达的测风原理和方法
1、大气湍流散射 由于大气湍流折射率的不均匀性，会引起电磁波的散射。向空中发射 电磁波，即使在晴空的情况下也会接收到大气的回波。描写大气湍流 散射的雷达方程为： PtGhL2
Pr 7.3 10 4 Cn 5 / 3
2
R2
式中Pr为雷达接收到回波功率，Pt是雷达发射的脉冲功率，h是雷达 的取样长度，τ是雷达发射脉冲宽度，L是雷达天馈系统的损耗，R是 回波所在的距离。 能够形成晴空回波散射机制的一个必要条件是探测区域的湍流尺度等 于二分之一的电磁波波长。由于大气的湍流尺度随高度增加，不同探 测高度的风廓线雷达要采用不同的电磁波波长。风廓线雷达通常使用 表 1 电磁波频率如表1。
根据雷达工作频率的不同，可将风廓线 雷达分为甚高频（VHF）、超高频（UHF） 和L波段三类。一般情况下，边界层风廓线雷 达选用L波段，对流层风廓线雷达选用UHF （P波段），探测高度在平流层以上的风廓线 雷达大致选用VHF。
探测原理
风廓线雷达主要以晴空大气作为探测对象，利 用大气湍流对电磁波的散射作用进行大气风场等要 素的探测。风廓线雷达发射的电磁波在大气传播过 程中，因为大气湍流造成的折射率分布不均匀而产 生散射，其中后向散射能量被风廓线雷达所接收。 一方面，根据多普勒效应确定气流沿雷达波束方向 的速度分量；另一方面，根据回波信号往返时间确 定回波位置。由此看来，风廓线雷达是无线电测距 和多普勒测速的结合。
业务应用的风，如规定等压面，规定高度等都是在计算层风的时间和风向风 速关系曲线上用线性内插的方法求得。 由于大部分业务应用的风正好落在计算层风对应时间的概率很小，业务所需 的风向风速几乎都是内插求得的。 《规范》规定的风内插方法，风向风速是 分别进行的。 在进行风的内插处理时，风速都作为正值处理。而风速是有方向的，采用线 性内插法忽视了其方向性。而风向在一个圆周上取平均值，尤其是在间隔时 间较大的情况下，也是有问题的。 因此，在应用传统测风方法所得风向风速的数据时，应注意以下问题： 1）风是相对于某一高度层的平均风，忽略了层内的风向风速变化，即湍流运 动。在计算层内，当风向风速有较大变化时，不能代表该层风的实际情况。 2）在探空同时测风的情况下，风的分层高度分别约为400米、800米和1600 米。小球单测风是上述分层高度的一半。 3）气球定位测风并不是测站上空的风，其高层风的测量结果可能是 100公里 以外的情况，当大气流场不均和锋面过境时，可能完全不能代表测站上空的 情况。
风廓线雷达的应急预案
风廓线雷达的应急预案1. 引言风廓线雷达是一种用于探测大气风场的气象仪器，广泛应用于气象观测、气象预报和气候研究等领域。
然而，由于天气恶劣、设备故障等原因，可能会发生紧急情况，因此制定风廓线雷达的应急预案显得非常必要。
本文将提供一份风廓线雷达的应急预案，以应对各种可能发生的紧急情况。
2. 应急预案内容2.1 灾害事故应急预案2.1.1 自然灾害•如果风廓线雷达所在地发生地震、洪水、台风等自然灾害，应立即关闭雷达系统，并确保设备和人员的安全。
•在灾害结束后，进行设备检查、维护和修复，确保设备正常运行。
2.1.2 设备故障•如果风廓线雷达发生设备故障，应立即向维修人员报修，并关闭雷达系统，以防止进一步损坏。
•针对不同类型的故障，制定相应的维修方案，及时修复设备。
2.2 人员意外伤害应急预案•安排专门的人员负责风廓线雷达的安全工作，包括设备维护和紧急救援。
•风廓线雷达工作人员应定期进行安全培训，学习紧急情况的处理方法和自救互救技能。
•如发生人员意外伤害，应立即寻求医疗救护，并做好事故调查和处理工作。
2.3 数据丢失应急预案2.3.1 数据备份•风廓线雷达数据应定期进行备份，并存储在不同的地点，防止数据丢失。
•确保备份设备的正常运行，并随时准备好进行数据的恢复。
2.3.2 数据恢复•如果未能及时进行数据备份，导致数据丢失，应尽快联系专业数据恢复机构，进行数据恢复工作。
•在数据恢复过程中，应遵循相关规范和流程，确保数据的完整性和准确性。
3. 应急预案实施3.1 通知与指挥•根据不同的紧急情况，启动相应的应急预案，并及时通知相关人员和部门。
•由应急指挥部负责统一指挥，协调应急工作的组织和实施。
3.2 应急设备和物资•风廓线雷达的应急设备和物资应事先准备齐全，包括急救箱、灭火器、通讯设备等。
•定期检查和维护应急设备和物资，确保其正常可用。
3.3 应急演练•定期组织应急演练，模拟各类紧急情况，提高应急响应能力和处理能力。
(完整版)讲稿-风廓线雷达简介
TWP8 （敏视达） Troposphere Windprofiler
1.4 风廓线雷达的探测优势
1. 自动化程度较高； 2. 全天候无人值守地长期连续运行； 3. 较高的可靠性和稳定性； 4. 探测资料种类多，分辨率高，精度高；
2 风廓线雷达探测原理
2.1 晴空的电磁波散射
1. Bragg散射——折射率空间分布周期性的变化引起对相 同波长电磁波造成散射。大气中的湍流活动造成折射率 的空间涨落，也称作湍流散射；
假设均匀风场的风矢量为 V [u,v,w]
eE, eN分别表示沿正东和东北波束的单位向量。
evE [sin,0,cos]
evN [0,sin,cos]
由向量内积的物理意义，有
Vrx
v V
*
evE
Vry
v V
*
evN
Vrx usin wcos
即
Vry vsin wcos
国外风廓线雷达探测网
美国的NPN探测网 欧洲的WINPROF计划
日本的WINDAS探测网
• 美国
➢ NPN(35部对流层)，间隔200公 里，每个站配有一套GPS水汽监 测系统。CAP(60多部各种型号)， 由35个部门建设的风廓线雷达组 成。
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垂直风测定：测定垂直风速，研究强对流等 天气现象的垂直结构。 2002 年7～9 月在广 东阳江海凌岛实施了首次中国登陆台风现场 科学试验，试验中首次启用风廓线仪、多普 勒声雷达等先进仪器，对台风“黄蜂”进行 了追踪观测，获取了大量登陆我国台风内部 和环境场的精细资料。 Neiman 等利用 NOAA 的风廓线仪和RASS 资料，研究了 Colorado 地区大气低层和对流层中部天气系 统的垂直结构。
结构
风廓线雷达组成框图
流,它们能引起折射指数的不规则变化,对无线 电波产生散射作用。风廓线仪向天空发射无 线电波,并接收它的回波,这些回波是由于大气 湍流在空中不同层面引起的电波折射而产生 的,通过对回波的处理和分析就可以获得湍流 的多普勒系数和强度系数,从而反演出湍流强 度、运动方向和运动速度随高度的分布。大 气湍流的运动是随背景风的运动而运动的,因 此,如果获得了大气湍流的多普勒速度和方向, 同时也就获得了风的多普勒速度和方向。
风廓线雷达的特点
风廓线雷达类型
各种类型风廓线仪用途：
Байду номын сангаас
边界层风廓线雷达：航空港飞机着陆与起飞； 空间污染监控；军事替代地面观察站；研究。 低对流层风廓线雷达：航空港环境——飞机 着陆，起飞，交通管制；运输和扩散——危 险原料（核能）的污染控制；军事——射弹 风修正；研究。 对流层风廓线雷达：天气观察、预报及研究
测量精度
风廓线雷达的探测是有非常高的测量精度，其运行 也有很高的可靠性。风廓线雷达的整个系统有现代 的最新技术，举几个例子：远距离操作监控，路上 通讯线路、卫星数字化通讯，高效能固态发射机， 数字化信号数据处理，喂处理助兴检测器等等。由 此看出，风廓线雷达系统具有相当高的运行可靠性， 而且还有操作维修方便的优点。平均无故障的时间 最低为6个月，修复时间平均也只需一小时左右。 看得出风廓线雷达比一般雷达要求要高许多。至于 探测精度，中低层垂直分辨率为250米，高层1千米； 风速的误差会小于在3.65千米每时，与气球测风有 相当的测量精度。
设备运行的维护维修 ：所需时间大概30min， 30min，30min，1h，2h，1h
风廓线仪维护维修计划表
小结 高分辨率大气廓线仪等新一代雷达遥感技术在大气
研究领域中的广泛应用,能够拓宽全球气象预报，对 改进天气分析和预报，降低测风成本和提高实效都 有很重要的意义，必将极大地推动中尺度大气热动 力学的研究进展，使人们能够对中纬度和热带地区 的各类天气现象进行更加深入的研究。 为适应我国未来风廓线仪大规模建设和应用的需要， 需加强风廓线仪设备维护和资料开发应用等方面的 研究。风廓线雷达作为大型的探测设备应当严格按 照标准,定期做好设备的预防性维护和标定工作,同 时在日常维护和故障维修中积累经验,确保设备的正 常运行,更好的发挥它的投资价值,为防灾减灾服务。
工作原理 大气中存在着各种不同尺度随时间变化的湍
雷达气象方程把接收功率Pr 和雷达参数(发射功率 Pt，天线增益G,雷达波长λ，脉冲长度h，水平波束 宽度θ，垂直波束宽度φ，距离R)以及目标物的特性 (反射率η)联系了起来。接收功率与反射率成正比， 而反射率又正比于折射率结构常数，所以，仪器的 接收功率与折射率结构常数成正比。当风廓线仪向 大气层发射无线电波时，由于湍流脉动，大气折射 指数产生相应的涨落会使波束的电磁信号被散射， 其后向散射将产生一定功率的回波信号，风廓线仪 就是通过接收处理这些回波信号来获取风场的信息。
风廓线雷达简介
提纲
研究历史 结构 工作原理 三个特点 三种类型 测量精度 信息提取 应用现状 选址和维护
研究历史
传统的测量采用雷达跟踪一个气球携带的探空仪和 反射器的方法，这种测量方法测量时间间隔长、数 据率低、消耗大 美国从七十年代末开始了新一代遥感探测系统—— 风廓线雷达的研究和开发。到1992 年美国已在其中 部地区部署了31 部风廓线雷达, 并组成业务运行网 日本、芬兰、德国、英国等国家都已经或正在建立 自己的风廓线网。 我国也一直在开展风廓线雷达的研制及研究工作并 取得一定进展 ,1989 年中国气象科学研究院研制了 UHF 风廓线雷达探测系统,用于北京中尺度灾害天 气预报基地的业务试验,并证明了其有效性和可靠性。
探测湍流、边界层高度、空气污染，进行大 气环境研究。洪钟祥等用低层大气廓线仪 LAP3000等设备获取的遥感资料研究了湍流 热通量的垂直分布、地面热通量以及边界层 高度等。 ZHONG Shiyuan 等用布于 California 中部山谷的22 部风廓线系统，对 该区域盛行夏季风环流变化特征作了观测分 析，研究了该山谷三维风温结构的日变化特 征。
实际仪器设计为三波束或五波束轮流发送，测出沿各波 束发射方向的径向风速，就可合成垂直运动速度、水平 风向和风速。就如图所示的为三波束，一束向上，两束 分别以α向东和向北倾斜。雷达在器探测周期信号束会 由垂直转向东，再转向北，最后又回到垂直位置，将会 得到不同方向的三组多普勒要素，根据矢量合成原理， 最终得到代表站上空的风向和风速。
谱数据处理：通过上述处理之后获得的谱不 够平滑,谱线中可能含虚假目标,为此有必要对 谱数据进行一定的处理。由于数字信号处理 过程中的截断效应,单频率目标的谱应是辛格 函数状,这样平滑之后就可以去除那些具有比 较尖锐谱的噪声。进行谱平滑之后,目标谱得 到进一步突出。可通过门限检测更进一步突 出目标谱。
非相参累积：通过相参累积获得的功率谱 SNR 依然比较低。所获得的谱数据中,信号的 谱是相关的而噪声的谱是非相关的,因此,可以 对谱数据进行积累以提高SNR。由于功率
谱不含有相位信息,功率谱的积累是一种 非相参积累,对n 张功率谱积累之后,SNR 提高根号n到n倍。这样只要进行足够的 频域积累,就可以获得较高质量的功率谱。
风廓线雷达信息提取
相参累积：风廓线雷达所处理的信号一般为 弱信号 ，需要进行回波信号积累，一般即如 何从噪声之中获取所需的信息 。对单个脉冲 进行适当相参积累之后,提取风廓线信息就成 为一种可能。信号相参积累可以较好的提高 其SNR ,直观的看,只要进行足够数量的相参 积累就可以获得比较理想的SNR ,继而就可以 比较容易的获得所需信息。
频谱非相参累积后频谱(左)与相参累积后(右)比较
应用现状
水平风测定：通过测量水平风廓线，研究暴 雨、锋面、急流、重力波等天气现象。1989 年中国气象科学研究院研制成功了我国首部 UHF 多普勒风廓线仪，并用于北京中尺度灾 害性天气预报基地的业务试验，证明了其有 效性和可靠性。王欣等用风廓线仪资料分析 安徽梅雨期间的强降水过程，表明其对水平 风的垂直结构有较强的探测能力，能实时监 测中尺度降水期间风的垂直切变和对流特征， 提高临近天气预报的精度。
湿度廓线的推算：风廓线仪能够探测三维风 速场,无线电探声系统(RASS) 又能够获得有 效温度廓线。通过RASS 雷达获得的温度廓 线可以连续地估算出湿度廓线,从而能够对对 流层中水汽在大气运动中的作用进行更深入 的研究。
选址和维护
地理环境的选择：风廓线雷达的理想站点是 周围没有树木、高压输电线和建筑物的浅谷 或者开阔的平坦区域,且远离地面和空中交通, 并将电磁干扰降到最小。 电磁净空环境的选择：由于风廓线雷达为高 频发射和接收设备,信号容易受到附近电磁波 的影响,频率选定前应尽早到当地无线电管理 部门办理频率适用许可并办理无线电电台执 照
实时显示的风廓线
对设备的要求
天馈线系统：由于时间分辨率的要求传统的 抛物面天线是不适用的,而更倾向于采用平面 相控阵天线。 发射系统：在UHF、VHF、L波段工作的雷达, 倾向于采用全固态发射机。 接收系统：接收系统要求具有高的灵敏度, 大 的动态和好的稳定度 ，必然要采用低噪声放 大, AGC控制等技术。
RASS
风廓线仪上加装无线电探声系统(RASS) 后, 可以测量大气层的有效温度。RASS 雷达系 统通常由4 个声源组成,分布在廓线仪天线阵 的每一边并垂直向上发射声波。廓线仪把声 波作为目标接收并处理反向散射,同时测得传 播速度。由于声速与大气温度有很好的对应 关系,所以可以通过廓线仪测得的声速来得到 有效温度廓线。
信号处理：相参累积，非相参累积，傅里叶 分析，谱数据处理等 数据处理\显示系统：数据处理主要是进行矢 量合成, 得到每个距离单元上的合成风矢量, 并以一定方式显示在CRT上， 微机即可。
（1）获取资料的时间和空间分辨率高，风廓线雷 达的测量具有很高的时间和空间分辨率。从此意义 上讲风廓线雷达的测量具有连续和实时的特点。 （2）获取资料的种类多，风廓线雷达能够提供多 种气象信息。风廓线雷达在提供详细的风场结构及 其随时间演变的同时，还能够提供大量的可以用于 大气科学研究和天气预报的有用信息。特别是，常 规探测手段很难获取这些资料。 （3）遥感方式，风廓线雷达属于遥感设备，特别 适合需要无球探测的场合，如机场的测风应用。
上图为MATLAB 仿真所得单脉冲回波频谱（右）和相参积累后 （左）的频谱(相参积累35 次,信号数字频率为0.14) 。
傅里叶分析：风廓线雷达回波信号SNR 低,即 使是相参积累之后的回波信号,其SNR 依然比 较低,故频移的获取主要依靠频谱分析。傅立 叶分析是一种比较优秀的频谱分析方法,它可 以从噪声中较准确的提取低SNR 的回波频谱, 快速傅立叶变换(FFT) 的出现使得傅立叶分 析在数字信号处理之中成为可能。
探空气球和风廓线雷达
边界层风廓线仪一般由4 个部分组成: (1) 天线:天线阵分为4 块,每块上各有12 ×12根外部 用树脂管密封的细铜管排列构成。 (2)模块箱:内部有24 个模块分别控制24 组天线。 (3) 收发装置: ①向模块箱里的激励单元传送发射信 号,并对各波束进行控制。②从模块箱接收观测信号, 并检测出信号的相位。③在收发装置中还产生这个 系统的时间信号,用于系统的时序控制。 (4) 数据处理单元:主要是用计算机处理收发装置送 来的数据,以图形方式将处理后的产品显示出来,同 时保存数据文件