多普勒天气雷达速度回波的性质
多普勒雷达回波在地面观测中应用
多普勒雷达回波在地面观测中应用多普勒雷达是一种利用多普勒效应进行测量的雷达系统，它可以用来测量物体的速度和方向。
多普勒雷达主要用于天气预报、空中交通管制、气象探测和军事侦察等领域，但它在地面观测中的应用也越来越广泛。
本文将从多普勒雷达回波的特点、地面观测技术和应用案例等方面进行介绍。
一、多普勒雷达回波的特点多普勒雷达回波是指雷达系统发射的微波信号被目标反射后返回到雷达系统接收天线所接收到的信号。
多普勒雷达回波具有以下几个特点：1. 反映目标速度：多普勒雷达回波的频率与目标的速度成正比，当目标远离雷达系统时，回波频率降低；当目标向雷达系统靠近时，回波频率增加。
这就意味着多普勒雷达可以通过测量回波的频率来确定目标的速度和运动方向。
2. 反映目标尺寸和形状：多普勒效应还可以根据目标的尺寸和形状来分析回波信号，进而判别目标的类型和特征。
3. 反映目标位置：通过分析回波的相位和幅度，可以确定目标的位置和距离。
二、地面观测技术在地面观测中，多普勒雷达系统通常被用于以下几个方面的应用：1. 地质勘探：多普勒雷达可以用来勘测地下水和矿藏赋存，通过分析地下的回波信号，可以确定地下水位和地质构造，为地质勘探提供重要的信息。
2. 风速测量：多普勒雷达可以测量大气中的风速和风向，通过分析回波信号的多普勒频移，可以确定风速和风向的变化情况，对气象预报和气象灾害预警具有重要意义。
3. 污染监测：多普勒雷达可以用来监测大气中的颗粒物和气溶胶，通过分析回波信号的特征，可以确定污染物的种类、浓度和分布情况，为环境保护和污染治理提供科学依据。
5. 地面运动监测：多普勒雷达可以用来监测地面的运动和变形情况，通过分析地面的回波信号，可以发现地质断层的活动和地表沉降的情况，对地质灾害防范和城市规划具有重要参考价值。
三、应用案例1. 风能资源评估多普勒雷达可以用来评估风能资源的分布和利用潜力，通过分析大气中风速的空间分布和变化情况，可以确定适合风能利用的地点和装机容量，为风力发电项目的选址和设计提供科学依据。
铜仁市一次冰雹天气的多普勒雷达回波特征分析
屋 不 同程 度 损 坏 ， 油菜、 蔬 菜 及 蔬 菜 苗 圃等 农 作 物 严 重受灾 ， 直 接经 济损 失达 ２ ３ ９ ０万 元 ， 其 中农 业 经 济损 失 １ ０ ４ ７万 元 。
铜仁市地处贵州东部 ， 每年降雹天气过程较之
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ － ０ ３ － １ ８ 第一作者简介 ： 方标 （ １ ９ ８ ７ 一） ， 男（ 仡佬族 ） ， 助工 ， 主要从事天气雷 达观测及产 品分析工作 。 资助项 目： 国家科技 支撑计划 “ 西南重大突发性 自然灾 害预警 与防控技 术研究 与应用 （ ２ ０ １ ２ Ｂ Ａ Ｄ ２ ０ Ｂ ０ ６ ） ”和 贵州省气 象局青 年科技基金项 目“ 多普勒天气雷达资料在铜仁市人工增雨 中的应用研究 （ 黔气科合 Ｑ Ｎ［ ２ ０ １ ４ ］ １ ９号 ） ” 共 同资助。
铜仁市一次冰 雹天气 的多普勒雷达回波特征 分析
方 标 ， 严 小冬 ， 陈关清 ， 罗 松
（ １ ．贵州省铜仁市气象局 ， 贵 州 铜仁 ５ ５ ４ ３ ０ ０ ， ２ ． 贵州省气候 中心 ， 贵州 贵阳 ５ ５ ０ ０ ０ ２ ）
摘 要 ： 为了提高铜仁市冰雹天气的预报预警服务能力， 该文应用铜仁市新一代多普勒天气雷达资料和常规气象资料，
１ 引言
冰雹 天 气 是 贵 州 省 主 要 灾 害 性 天 气 之 一 ， 由 于 冰雹 的 突 发 性 和 剧 烈 性 ， 一 次 严 重 的 冰 雹 天 气 过 程 会造 成 巨 大 的 经 济 损 失 。研 究 和 业 务 应 用 表 明 天气 雷 达 是 探 测 冰 雹 云 最 有 效 的 探 测 工 具 之
件； 逆 风区的存 在是 冰雹 天气 速度 回波场的明显特征 ； ④垂 直累 积液态含水 量产 品对冰雹 天气 的分析也 有很好 的辅助作 用 。 ⑤强天气概率 和冰雹指数对 降雹亦具有一定 的预报预警指示 意义。
多普勒雷达原理
多普勒雷达原理多普勒雷达是一种利用多普勒效应进行目标探测与测速的雷达系统。
它基于多普勒效应的原理，通过测量目标相对于雷达的速度变化，实现对目标的探测和跟踪。
本文将介绍多普勒雷达的原理以及其在实际应用中的作用。
一、多普勒效应的基本原理多普勒效应是由奥地利物理学家克里斯托夫·多普勒于1842年发现的。
它描述的是当发射器和接收器相对于运动的目标靠近或远离时，频率会发生变化的现象。
在雷达系统中，这种频率变化可以用来确定目标运动的速度。
当雷达向目标发送电磁波时，如果目标与雷达靠近，接收器收到的回波会发生频率上升的变化。
反之，如果目标与雷达远离，则回波的频率会下降。
这种频率变化被称为多普勒频移，它与目标的速度成正比。
二、多普勒雷达的工作原理多普勒雷达的基本工作原理是利用多普勒效应测量目标的速度。
它通过发射器发送高频的电磁波，并接收目标回波的信号。
接收到的信号经过信号处理后，可以得到目标相对于雷达的速度信息。
具体而言，多普勒雷达系统包括一个发射器和一个接收器。
发射器发射高频的连续波或脉冲波，这些波在空间中以一定的速度传播。
当波与运动的目标相遇时，发生回波。
接收器接收到回波信号后，通过频率分析等方法，提取出其中的多普勒频移。
多普勒频移的大小与目标相对于雷达的速度成正比。
根据多普勒频移的大小可以确定目标的运动状态，包括向雷达靠近或远离以及速度大小等信息。
这些信息对于目标的跟踪、识别和定位非常重要。
三、多普勒雷达在实际应用中的作用多普勒雷达在许多领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 气象雷达：多普勒雷达被广泛用于天气预报中的降水预测和风暴跟踪。
通过测量降水物体的速度和方向，可以预测降水的类型和强度，并及时发出预警，保护人们的生命和财产安全。
2. 空中交通管制：多普勒雷达可以用于监测飞机的速度、航向和高度，为航空机构提供实时的飞行信息。
这些信息对于空中交通管制的安全和效率非常重要。
3. 汽车雷达：多普勒雷达广泛应用于汽车领域的自动驾驶和智能安全系统中。
多普勒天气雷达原理与应用4-强对流风暴及其雷达回波特征
2004年 2004年4月22日冷空气爆发（合肥雷达） 22日冷空气爆发 合肥雷达） 日冷空气爆发（
Examples - nontopographic
Ongoing MCS
Frontal boundary
Convective storm outflow boundaries
Organized or disorganized?
中气旋模拟图及实例
中气旋模型 -蓝金组合涡旋
对于识别中气旋，最好使用风暴相对速度图（右）而 对于识别中气旋，最好使用风暴相对速度图（ 不是基速度图（ 不是基速度图（左）。
超级单体风暴的分类
• 经典超级单体风暴 • 强降水超级单体风暴 • 弱降水超级单体风暴
经典超级单体
Classic Supercells
垂直风廓线及其对对流风暴的作用
垂直风切变、 垂直风切变、切变矢量和速度矢图
垂直风切变是指水 平方向的风速随高度 的变化。 的变化 。 在给定的层 次中， 次中 ， 切变风矢指的 是高层和底层风矢量 之差， 之差 ， 切变风矢可以 在所有风场资料层上 绘出。 绘出 。 速度矢图是由 切变风矢组成的。 切变风矢组成的。
对流有效位能CAPE 对流有效位能CAPE
对流有效位能CAPE 对流有效位能CAPE
指气块在给定环境中绝热上升时的正浮力 所产生的能量的垂直积分， 所产生的能量的垂直积分，是风暴潜在强度的 一个重要指标。 logP图上 CAPE正比于 图上， 一个重要指标。在T-logP图上，CAPE正比于 气块上升曲线（状态曲线） 气块上升曲线（状态曲线）和环境温度曲线 层结曲线）从自由对流高度（LFC） （层结曲线）从自由对流高度（LFC）至平衡 高度（EL）所围成的区域的面积。 高度（EL）所围成的区域的面积。 CAPE数值的增大表示上升气流强度及对流 CAPE数值的增大表示上升气流强度及对流 发展的潜势增加 。
对流天气的多普勒雷达回波特征的个例分析
２ １年 ３月 ０１
，
气 象 水 文 海 洋 仪 器
Ｎ ０．１ Ｍ ａ ２０１１ ｒ．
Ｍ ｅ ｅ ｏｌ＇ｉａｌ Ｈ ｙｄ ｏ ｏ ｃ ｌａｎ ａ ｉ ｎ ｔ ｕｍ ｅ ｔ ｔｏｒ ｏｇ ｃ ， ｒ ｌ ｇｉａ ｄ Ｍ ｒｎｅ Ｉ ｓ ｒ ｎｓ
对 流 天 气 的多 普 勒 雷 达 回波 特 征 的个 例 分 析
ｒ ｆｅ ｔｖｔ ｏ ｃ ， ｏ ｉｅ ｐ ｏｄｕ ｔ ａ ｐ ｅ ｒ ｕｃ ． ｅ ｌｃ ｉ ｉｙ ｐｒ ｄｕ ｔ ｐｒ ｆｌ ｒ ｃ ｎｄ ｓ ｅ ｄ ｐ ｏｄ ｔ Ｋ ｅ ｒ ｓ ｓ ｒ ｎ ｏ ｅ ｔｖ ｙ ｗｏ ｄ ： ｔ ｏ ｇ ｃ ｎｖ ｃ ｉ ｅ； Ｄｏｐ ｅ ａ ｒ ｐｒ ｄｕ ｔ ｐｌｒ ｒ ｄａ ｏ ｃ
东 北 冷 涡的影 响下 ， 中低 层 不 断 有 较 强 冷 空 气从
０ 号ｌ 吾
２ ０ —６２ ０ ８０ —５下午 到 夜 间 ， 蒙 古 冷 涡 影 响 一 受 条 强雷 暴带 自西 北 向东南 横扫 了华 北地 区 ， 河北 、 河南 等地 出现了 大范 围 的 ８ ～¨ 级 大 风 。河 南 在 这 次强对 流 天气 中 出现 了罕 见 大 风 ， 中安 阳 出 其
产 品等 综 合 分 析 了该 风 暴 的 三 维 结 构 。
关键 词 ： 强对 流 ； 多普 勒 雷达产 品
中图 分类 号 ： ＴＮ９ ９ ４ ５ ． 文献 标识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６０ ９ ２ １ ） １０ ４ —４ １ ０ —０ Ｘ（ ０ １ ０ —０ ５０
Ｅｃ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆ Ｄｏ ｌ ｒ ｒ ｄａ ｎ ｃ ｎｖ ｃ ｉ ｅ ｗｅ ｔ ｅ ｈｏ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｓ ｏ ｐｐ ｅ ａ ｒ ｉ ｏ ｅ ｔｖ ａ ｈ ｒ
多普勒天气雷达回波识别和分析之降水回波
多普勒天气雷达回波识别和分析之降水回波1.层状云降水雷达回波特征——片状回波层状云是水平尺度远远大于垂直尺度云团，由这种云团所产生的降水称之为稳定性层状云降水。
降水区具有水平范围较大、持续时间较长、强度比拟均匀和持续时间较长等特点。
⑴回波强度特征：①在PPI上，层状云降水回波表现出范围比拟大、呈片状、边缘零散不规那么、强度不大但分布均匀、无明显的强中心等特点。
回波强度一般在20-30dBz，最强的为45dBz。
②在RHI上，层状云降水回波顶部比拟平整，没有明显的对流单体突起，底部及地，强度分布比拟均匀，因此色彩差异比拟小。
一个明显的特征是经常可以看到在其内部有一条与地面大致平行的相对强的回波带。
进一步的观测还发现这条亮带位于大气温度层结0度层以下几百米处。
由于使用早起的模拟天气雷达探测时，回波较强那么显示越亮，因此称之为零度层亮带。
回波高度一般在8公里以下，当然会随着纬度，季节的不同有所变化。
⑵回波径向速度特征：由于层状云降水范围较大，强度与气流相比照拟均匀，因此相应其径向速度分布范围也较大，径向速度等值线分布比拟稀疏，切向梯度不大。
在零径向速度型两侧常分布着范围不大的正、负径向速度中心，另外还常存在着流场辐合或辐散区。
⑶零度层亮带：如前所述，在PPI仰角较高或者RHI扫面时，总能在零度层以下几百米处看到一圈亮环或者亮带回波，亮带内的回波比上下两个层面都强。
由于亮带回波总是伴随层状云降水出现，因此是层状云降水的一个重要特征。
〔零度层亮带形成的原因：冰晶、雪花下落的过程中，通过零度层时，说明开始融化，一方面介电常数增大，另一方面出现碰并聚合作用，使粒子尺寸增大，散射能力增强，所以回波强度增大。
当冰晶雪花完全融化后，迅速变成球形雨滴，受雨滴破裂和降落速度的影响，回波强度减小。
这样就存在一个强回波带，说明层状云降水中存在明显的冰水转换区，也说明层状云降水中气流稳定，无明显的对流活动。
〕2.对流云降水雷达回波特征——块状回波对流云往往对应着阵雨、雷雨、冰雹、大风、暴雨等天气。
2010年7月6日海晏、湟源强对流天气多普勒雷达回波特征分析
近预 报 ． 时发 布 预警 信号 工 作提 供 了很 好 的平 台。 及
本 文应 用 多普 勒雷 达 产 品 ，对 ２ １ ０ ０年 ７月 ６ ７ １ — ３
２ 天气 背 景特 征分 析
从环 流形势 演变来看 （ １， 图 ）７月 ６ １ ０ ８时 ３
青海 东 部地 区出现 的 强对 流 天气进 行 了分 析 ．希 望 ５ ０ Ｐ ０ ｈ ａ高 空流 场 上 ． 亚 中高 纬 度 为 两槽 一 脊 环 流 欧 为今 后类 似个 例 出现 时雷 达产 品 的应用 积 累经验 。
青 海 东部地 区是我 国雷暴 、 冰雹 、 时暴 雨 等强 多 个 村 交通 中断 ．０个 村 通讯 中 断 ．５个 村 电力 中 短 ９ ５ 对 流天 气 的多 发 区之 一 ． 年来 ． 近 随着 高分 辨率 卫 星 断 ． 青藏 铁路 及 ３ ５国道湟 源段 受 到不 同程 度 损坏 ： ｌ 云 图资 料 的下 发 、 新一 代 多普 勒 天气 雷 达 、 区域 加 密 强 降 雨 中 心 寺 寨 地 区 在 ２小 时 内 降 雨 量 达 到 自动 气 象站 的建 设 ． 些新 的探测 手 段 的应用 ． 这 为高 ３２５ｍｍ 。 ． 原 地 区气 象 预 报业 务人 员 做 好 强 对 流 天 气 短 时 、 临
降水 量 １ ．ｍ 致 使该 县三 角城 镇 、 ６ ｍ。 ５ 甘子 河 乡扎麻 、 海 省东 北 部地 区强对 流 天气 的形 成提 供 了充 足水 汽 梁 子 ２座 小 型水 库排 洪渠 被 冲毁 ． 水 冲入 水 库 中 ． 条 件 。７月 ６ ７ １ ， 洪 — 出现 在青 海省 海晏 、 源强对 流 ３ 湟 短 短 三 小 时 ． 库水 位 达 到 警 戒 水 位线 ． 生 险 情 ， 天气 就 是 由于 对流 层 中层 的槽 后 冷空 气 与低 层 暖湿 水 发
C波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参量应用分析
C波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参量应用分析C波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参数应用分析一、引言雷达技术是现代气象学中非常重要的观测手段之一，可以提供大气中降水、风场以及悬浮颗粒物等信息。
而C波段双偏振多普勒天气雷达作为目前气象雷达中应用较多的类型之一，具备了高分辨率、高灵敏度等优势。
本文将详细介绍C波段双偏振多普勒天气雷达的原理及其主要偏振参数的应用分析。
二、C波段双偏振多普勒天气雷达原理C波段双偏振多普勒天气雷达是基于双偏振技术的，通过观测目标散射的双向偏振特性，来获得降水和颗粒物的物理参数。
其基本工作原理可以分为以下几个步骤：1. 天线发射和接收信号C波段双偏振多普勒天气雷达的天线首先发送一个具有一定频率和极化状态的微波波束，这个波束会与大气中的目标相互作用，然后被目标散射回来。
2. 接收信号的极化分离雷达接收到回波信号后，首先需要进行极化分离，将水平极化和垂直极化信号分离出来，以获得目标的双向极化特性。
3. 目标退偏振比计算在完成极化分离后，可以利用修正的双偏振天线系数，计算目标的退偏振比。
这个参数可以描述目标相对于水平和垂直方向的散射强度差别。
4. 目标的径向速度估计利用多普勒频移原理，可以根据接收到的回波信号的频率偏移，计算出目标在雷达天线方向上的径向速度。
通过多普勒频移，我们可以判断目标是否在向雷达靠近或远离。
5. 目标的径向散射强度估计利用雷达接收到的信号，可以计算出目标的径向散射强度。
这个参数可以反映目标散射微波的能力，从而进一步了解目标的强度和大小。
三、主要偏振参数应用分析C波段双偏振多普勒天气雷达的主要偏振参数包括退偏振比和线性偏振比。
这些参数在气象研究中有着广泛的应用。
1. 退偏振比的应用退偏振比是衡量目标散射极化特性的重要参数。
在气象雷达中，退偏振比常用于识别和区分不同种类的降水。
例如，在雷达图像中，雪花和冰雹的退偏振比可以有较大的差异，利用退偏振比可以准确区分这两种降水类型。
一次大暴雨天气的多普勒雷达回波分析
增 刊
气 象 与 环 境科 学
Ｍ ｅ ｅ ｒ ｏ ｉ ａ ｎ ｖ ｒ ｎｍｅ ｔ ｌ Ｓ ｉ ｃ ｓ ｔ ｏ ｏｌ ｇ ｃ ｌａ ｄ Ｅｎ ｉ ｏ ｎ ａ ｃ ｅｎ ｅ
Ｖｏ ． ３ Ｓ ｐ １ ３ ｕｐ ｌ Ｓｅ ２ ０ ｐ． ０１
２１ ０ ０年 ９月
一
次 大 暴 雨 天 气 的 多 普 勒 雷 达 回波 分 析
李 顺 利 ，崔焕 东 ，王 平 ，崔新 建 ，魏 慧娟 ，李 中 州
（ 马店 市 气 象 局 ， 南 驻 马 店 ４ ３ ０ ） 驻 河 ６ ０ ０
摘 要 ：通 过 对 ２ ０ ０ ８年 ５月 ３ 日发 生 在 驻 马 店 市 正 阳 县 的大 暴 雨过 程 中的 环 流 形 势 、 定 度 及 多 普勒 雷达 产 稳
引 言
暴 雨 是一 种 常见 的灾 害性 天 气 ， 常常 造 成洪 涝
灾 害 。 暴 雨 是 在 一 定 的 环 流 背 景 下 ， 中 小 尺 度 系 在 统直接 作用 下产生 的 。 由于 中 小 尺 度 系 统 生 消
生 时伴有短 时大 风 和降 温 ， 中正 阳县 瞬 时极 大 风 其 速 ｌ ． ／ （ ９ ２ ） ２ ４ ３ｍ ｓ １ ：４ ，４ ｈ气 温下 降 １ ． ２ ５℃ 。 １ 表 给
１ ５一ｌ ６
１ ３ ６．
１ 一ｌ ７ ８
１１．１
１ 一ｌ ８ ９
２ ． ３４ ５９ ．
１． ２
ｌ 一： ９
９． ９ １ １ ．
０．１
１ ． ３２
１ ４ ２ １１．１
确山
０１ ．
驿 城
５． Ｏ
７９ ．
０７ ．
雷达气象：第八章 多普勒速度回波的识别和分析
多普勒速度回波的识别和分析Ø径向速度的基本特征Ø晴空和大面积降水多普勒速度图像Ø对流风暴的多普勒速度图像FinePrint Software, LLC16 Napier LaneSan Francisco, CA 94133Tel: 415-989-2722Fax: 209-821-7869l尽管多普勒雷达只能测量到径向风分量，但径向风分量的空间分布也可显示重要气象过程的特点，通过对典型的多普勒速度场的特征图象识别来推断实际风场。
l从径向分量的标量场中判断出风场矢量，不仅需要依据数学和天气学的知识，还需要有很好的想象力。
l用这种方法可以判断出风场的基本趋势与大致分布，特别是零速线的走向就是一个很好的判识特征。
零径向速度的意义n该点的真实风速为零n 该点的真实风向与该点相对于雷达的径向垂直l 对于风向均匀或风速连续变化的情况，零速度点的风向是由临近的负速度区，垂直该点的径向吹向正速度区。
径向速度图中，正速度表示目标物运动是离开雷达的负速度表示目标物运动是朝向雷达的速度值接近0的线，叫零速度线l多普勒天气雷达通常采用体积扫描方式（多仰角PPI扫描），以雷达为中心，径向距离的增加代表了距地面高度的增加。
径向速度特征的分析原则l零速度线特征n根据投影关系，风向与零速线走向垂直；n零速线经过雷达中心点（原点）；n由零速线向两侧推断速度模糊。
l远离分量（+）和趋近分量（-）的分布特征n分析它们与原点、距离圈、径向的对称关系、面积大小l风向随高度分布特征n对于大面积降水，根据热成风原理，风随高度顺时针旋转--暖平流，反之，风随高度逆转--冷平流n对于局地的对流性降水，在不满足热成风原理时，注意分析风随高度的垂直切变结构（或垂直涡旋结构）晴空和大面积降水多普勒速度图像零径向速度所在处的方位角与风向互相垂直风向风速不随高度变化风速风向均不随高度变化风速随高度变化，风向不变风向不变，风速随高度增加风速随高度变化，风向不变风向不变，风速随高度先增后减风速不变，风向随高度顺转风速不变，风向随高度逆转风速不变，风向随高度先顺转后逆转风向随高度顺转，风速增加风向随高度顺转，风速增加（地面风速不为零）风向顺转，风速先增后减风向突变90゜，上下两层风速先增后减风向突变180゜，上下两层风速先增后减风向垂直方向不连续实测的多普勒速度图像大尺度连续风场的识别风向随高度不变，风速最大的高度不同风速相同，风向辐散风速相同，风向辐合锋面移向测站时锋面移过测站时非均匀水平风场锋面过境后继续向东南方向移动非均匀水平风场向测站移动的中小尺度锋面的实测多普勒速度图像实测的风向随高度变化的速度图中尺度气旋中小尺度气旋可用理想垂直轴对称气旋环流的蓝金（Rankine)模式来模拟，对流风暴的多普勒速度图像Rankine 模式的切向速度分布示意当回波在雷达站正北方向，气旋和反气旋的速度型典型中尺度气旋受环境南风影响的中尺度气旋典型中尺度气旋速度图像：纯旋转，右正左负，零速线与径线平行中尺度反气旋速度图像：纯旋转，左正右负，零速线与径线平行注意：台风尺度，速度模糊中小尺度辐合辐散轴对称辐散气流中小尺度辐合辐散附加南风环境风辐散气流的速度图像：外正内负，零速线与距圈平行辐合气流的速度图像：外负内正，零速线与距圈平行微下击暴流辐合型气旋辐合型气旋的速度图像：注意零速线走向，兼具辐合与旋转的零速线特征中尺度气旋成熟阶段的气流结构和相应的径向速度分布特征(由Oklahoma 的观测统计得出，雷达在正南）a 低层上升气流下面的辐合运动结合中气旋转动，形成辐合性气旋b 中下层为纯气旋运动c 中上层，风暴顶部的辐散运动与中下层纯气旋运动相结合，形成气旋性辐散d 中气旋顶以上的风暴顶部为纯辐散气流，注：有的风暴回波顶较低、或中气旋向上伸展很高、或距雷达很近而探测仰角不高时，此特征可能探测不到据统计：从a 到d 大约3-5km 高度a 低层-辐合旋转 b 中低层-纯旋转c 中高层-辐散旋转d 高层-纯辐散辐合辐散和中尺度气旋结合。
6多普勒天气雷达原理与应用
6多普勒天气雷达原理与应用多普勒天气雷达是一种利用多普勒效应来探测降水、风速和风向等气象参数的雷达，广泛应用于气象预报、水资源管理、防灾减灾等领域。
下面将从多普勒天气雷达的原理和应用两个方面进行详细介绍。
一、多普勒天气雷达原理：多普勒天气雷达利用物体回波的多普勒频移来测量物体的运动状态。
其原理可以通过以下几个步骤来理解：1.信号发射与接收：雷达通过天线向大气中发射脉冲信号。
脉冲信号是一种特殊的波形，其特征是能够精确测量反射信号的时延。
雷达波束探测的范围称为体积样积分区（VCP）。
2.对流层的多次散射：当雷达脉冲信号遇到大气中的物质（如雨滴、冰晶等）时，部分能量会被这些物质散射反射回来，形成回波。
3.多普勒频移的测量：回波信号中包含了大气物质运动的信息。
相对于静止的物体而言，当物体以一定速度向雷达或远离雷达运动时，回波信号的频率会发生变化，这就是多普勒频移效应。
4.频谱分析与信号处理：雷达对回波信号进行频谱分析，可以得到回波信号频率的分布情况。
通过计算信号的频移量，可以得到大气物体沿径向的速度和方向。
二、多普勒天气雷达的应用：多普勒天气雷达主要应用于气象预测、水资源管理和防灾减灾等领域，具有以下几个方面的应用：1.气象预报：多普勒天气雷达可以精确测量降水的强度、区域分布和降雨类型（如雨、雪、冰雹等），有助于提高天气预报的准确性。
通过观测和分析雷达回波，可以及时预警并预测强降水、洪水、暴风雨等极端天气事件，为防范和减轻灾害提供重要数据支持。
2.水资源管理：多普勒天气雷达能够实时监测和测量降水的强度和分布，在水资源管理中起到重要作用。
通过对降水数据的分析，可以为城市供水、水库调度、灌溉农业等方面的决策提供准确的水资源量和雨量预测信息。
3.风速与风向测量：多普勒天气雷达还可以测量大气中的风速和风向。
利用雷达的多普勒频移原理，可以从回波中获取风场流场的信息，包括垂直风速的分布、风向的变化等，为气象、航空、海洋等领域提供有关风的数据。
新一代多普勒天气雷达简介
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。
早春罕见大面积雨雪天气过程多普勒雷达回波特征分析
进 行 分 析 ， 现 此 次 天 气 过 程 是 在 高 空 槽及 低 空 气 旋 的 影 响 下发 生 的 。 雷达 基 本 反 射率 图像 上 ， 层 亮 带 的 长 时 发 ０度
间存 在 表 明 此 次 降水 是层 云 与 积云 混合 降水 ， 着 ０度 层 亮 带 的 下 降 ， 水 由 雨 转 变 为 雪 。速 度 图上 ｓ型 ０速 度 随 降 线 的 长 期存 在 ， 明暖 平 流 的长 时 间 维持 是 降 水 维持 的根 本 原 因 。速 度 图上 的 高低 空 急 流 加 强 了降 水 的对 称 不 稳 表
图 １ 沧州 ２ ０ ０ ７年 ３ ３ ４日每 ６ｈ降 水 量 月 —
Ｆｉ．１ Ｅｖｅ ｙ ６ ｈ ｇ ｒ － ｏｕｒｐｒ ｃｐｉａ ｉ ｎ ｎ ｈｏｕ ｅ ｉ ｔ ｔｏｎｓｉ Ｃａ ｇｚ
ｏｎ ３ｔ ｏ ４ ｈ Ｍ ａ ｃ ００７ ｈ ｔ ｔ ｒ ｈ２
第２ ８卷 第 ３ 期
２１ Ｏ Ｏ年 ７月
海
洋
科
学
进
展
Ｖ０． ８ Ｎｏ ３ １２ ．
ＡＤＶ Ａ ＮＣＥＳ Ｉ Ｎ Ｍ ＡＲ Ｉ ＮＥ ＳＣＩ ＥＮＣＥ
Ｊｌ ｕ ｙ，２ １ ００
程 早 春 罕 见 大 面 积 雨 ｜ 气 过 雪 三天 人 三 土 ． 多普 勒 雷 达 回波 特 征 分 析
０ —１ ０ ３— ０ ０ ４ ２ ０ ０ — ８：０ ０ —１ ： ０ ４— Ｏ ｏ ３ ４：０ ０ ２ ： ０ ０ —０ ： ０ ４ ０ ０ ４ ４ ０ ０ ２ ： ０
ｔ
由于气温 下降 ， ３日 ２ ：（ ４日０ ：０ ３ （一 ） ） １ ０ 出现雨 夹
雪 ，１ Ｏ ０ ：０以后 则转 为降雪 天气 。由图 １可看 出
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
多普勒天气雷达原理与应用5- 多普勒雷暴的分类及其雷达回波的基本特征
典型强飑线
线状多单体对流风暴（飑线？）
飑线的三种类型（Parker 2000）
飑线的几种形成方式
中尺度对流系统
最初从卫星红外云图定义 后来有人给出具体定义（对流起源降水尺度 100km以上） 从雷达回波看往往是多个雷暴的集合
中尺度对流系统例子（美国）
基于雷达回波的对中尺度 对流系统的分类
2004年4月11日18:41江西南昌SA雷达观测到的超级单体
9 July 2007 Hebei
Splitting supercell storms produced 50 mm hail
CAPE: 2540
0-6km Shear: 24m/s
Proximity Sounding: 20:00 9 July 2007 Xingtai
Reflectivity
Radial Velocity
16:19
0.5 deg elevation
Hook echo
16:30
16:30
1.5 deg elevation
Mesocyclone
长沙（上）和常德（下）雷达径向速度图
2006年7月12日山西阳泉超级单体雹暴 (石家庄雷达）
2007年3月30日18:35青岛SA雷达观测到的超级单体风暴
BJ SJ JN YC HF CD
Frequency ( events/year/105 km2) 1.5
1.6 2.1 1.8 1.8 1.7
During a supercell event, the number of supercell storms ranges from 1 to 12.
Characteristics of Environmental Conditions
多普勒天气雷达的特点及在短临天气中的应用
多普勒天气雷达的特点及在短临天气中的应用摘要：相比于常规气象雷达，多普勒天气雷达可以探测到8-12 km之间的对流云的生成和改变，从而可以准确的预测出云的运动速率，从而降低预测的精度。
因此，多普勒天气雷达的工作机理及其适用领域都有较大的发展空间。
关键词：多普勒天气雷达；特点；应用引言与短期预报相比，其预报时效更短，主要集中在0小时到12小时，重头戏在于对中小尺度天气系统，尤其是强对流天气系统的预报。
相对于大尺度天气系统，强对流天气系统具有生命史短、突发性强等特点。
其生命周期短的只有几分钟到几十分钟，最长不过十几个小时。
由于生消速度快，因而难以把握。
短期预报（预报时效为1天到3天）只能预报强对流天气出现的可能性，却无法预报其所带来的降雨具体落区。
但提前1小时到2小时的短临预报，却可以清楚捕捉到系统所在位置，从而能够预报出降雨的落区。
于是，人们就把目光转向了多普勒天气雷达，其除具备常规天气雷达的全部功能外，还能同时提供大气风场的信号。
通过对气象回波进行多普勒速度分辨，可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。
多普勒作用在二十世纪70年代在军火控制、气象监测等领域得到了应用。
多普勒天气雷达所发出的脉冲的长度要小于常规气象雷达，它可以根据降雨的位置和强度来进行气象特征和对流等方面的研究。
1多普勒天气雷达相关概述、特点及应用随着科学技术的发展，多普勒雷达技术也在飞速发展，多普勒雷达技术也在逐步完善，比如多波长雷达、多极化雷达等。
我们国家正在努力建设自己的完整的、能够对天气进行有效监控的雷达网络。
多普勒天气雷达在空间和时间上都有着较高的解析度，可实现降雨强度和目标移动速率的实时监测。
可对气象系统的发生、发展和演变进行预测；可通过实时监测天气系统运动方向，判断云体位置，配合地面人工影响天气作业，确定最佳作业时间、地点，增强人工影响天气作业效率；同时，可对降水进行定量分析与预报。
由于多普勒天气雷达在气象领域的出色表现，一些国家对雷达站进行了布设，比如美国在上个世纪后期就已经开始大规模地制造多普勒天气雷达，并且形成了雷达网络。
冰雹和低空风切变天气的多普勒雷达回波特征
第３ ０卷第 １ 期 ２பைடு நூலகம் 年 ２月 ０８
广
东
气
象
Ｖ １３ ｏ． ０
Ｆｅ ｒ ａ ｙ ｂ ｕ ｒ
Ｎｏ １ ．
２０ ０８
Ｇｕａ ｇｄ ｎｇ Ｍ ｅ ｅ ｏ ｏ ｙ ｎ ｏ ｔ ｏｒ ｌ ｇ
冰 雹 和 低 空 风 切 变 天 气 的 多 普 勒 雷 达 回波 特 征
胡家美 ，刘峰 。 奕铭 ， 蕾蕾 。 军 黄 梁 潘
（民航 中南空管局气象 中心 ， 广东广州 ５００ １４６）
摘
要： 利用机场多普勒天气雷达等资料 ， 分别对发生在 广州 白云机场 的一次冰雹和一次低空风切变
天气过程进行分析。结果表明， 通过识别平 面位置上 的钩状 回波 ， 以及垂直剖面上的强 回波墙 、 回波穹 弱 窿、 悬挂 回波和旁瓣假 回波等特征 ， 判断 出冰雹 云。并且 ，Ｈ Ｉ 、 Ｉ Ｚ Ａ Ｌ Ｖ Ｌ等多种雷达产 品能够有效地确定 冰
雹发生 的概率和落点 。利用雷达 Ｖ Ｐ产 品和地面 自动站资料能够监测伴 随着带状 对流回波移动 的低空 Ｖ 风切变 。此风切变表现为 自南 向北移动风向辐合带和风速 的增 大。速度径 向风切变等产品 ， 能够帮助判
断 风 切变 的类 型 、 大小 和 发 生 位置 。
关键词： 天气学 ； 冰雹 ； 低空风切变 ； 广州白云机场 中图分类号 ：４ ８３ Ｐ ５ ． 文献标识码 ： Ｂ 文章编 号：０７— １０ ２０ ） １ ０２ ０ １０ ６ ９ （０ ８０ — ０４— ５
１ 冰雹天气过程
１１ 天 气 形势 概 况 ．
以上 ， 强核顶高 多在 ５ｋ ｍ以上 ， 探测到旁瓣 假 回波时降雹 机率达 ９ ％ 。沿图 ２ ０ ａ中 Ａ、 Ｂ两点 的连线作垂 直剖 面
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多普勒速度的性质
• 1.规定远离雷达而去的方向， Vr > 0；朝向 雷达的方向， Vr < 0。 • 2. Vr不是实际的风向风速，而是所测点实 际风向风速在该点径向上的投影 • 3. 多普勒雷达准确测量的多普勒速度实际 上是有一定范围。根据抽样定理，可以证 明±Vrmax = ± λ∙PRF/4 式中PRF为脉冲重复频率，即每秒发射脉 冲的次数。 Vrmax 为不模糊径向速度
• 6. 二次回波（又称距离模糊）的成因
二次回波的概念
Rmax 实际回波
显示 （视在回波）
• 正负的Vrmax色标的交界线所包围的区域即 为速度模糊区。速度模糊区中多普勒速度 较小的区域恰巧是相反速度最大的区域。
速度模糊及其识别
模糊速度的校正方法：
Vra Vrd 2Vr max
Vra Vrd 2Vr max
（Vra< -Vrmax ）
（Vra> Vrmax ）
多普勒天气雷达资料分析与应用
南京信息工程大学 汤达章
引言
• 多普勒雷达获取的信息 1. 雷达反射率信息 2. 多普勒速度信息 3. 多普勒速度谱宽度信息（简称谱宽）
多普勒速度资料分析应用
• 第一讲：速度回波资料的性质和意义 1. 多普勒效应 例：一列行进中的鸣笛火车，月台上的人 感觉到鸣笛的频率在变化Δ f≠0，火车朝 向月台开来的时候，Δ f >0。火车远离月 台而去， Δ f <0
• 雷达工作过于行进中的鸣 笛火车。 当雨滴朝向雷达移动，其散射波的频率大于雷 达发射的电磁波频率（ Δ f > 0）；雨滴远离 雷达而去， Δ f <0. 雷达接收机相当于月台上的人，能够提取 Δ f的信息. 2Vr f 可以证明： 式中Δ f 为多普勒频移，可正可负。Vr为多 普勒速度，λ 为电磁波波长。
• 例： λ =10cm，PRF=1000/s 得±Vrmax = ± 25m/s 假如实际的多普勒速度超出了这个范围， 大于25m/s或小于 - 25m/s，雷达所测的多 普勒速度将出现巨大误差。这种现象称为 速度模糊。
• 4.速度模糊现象的主观识别及校正方法 主观识别方法：首先在多普勒速度图上寻找 零速度线（带、区），在一般情况下速度 为0的多普勒速度，肯定是不模糊的。据风 的连续性原理，在零线附近值较小的多普 勒速度（正或负）也是不模糊的。逐渐扩 大搜索范围，当正（负）的Vrmax色标突变 为负（正）的Vrmax色标时，模糊现象开始 了。
Vra Vrd
（-Vrmax≤Vr ≤ Vrmax ）
速度模糊及其识别
5.不模糊速度范围和雷达最大探测距离Rmax 的关系 由于±Vrmax与PRF成正比，我们可以增加PRF 来扩大±Vrmax范围。但是 光速 Rmax= 2PRF
增加PRF必然减小雷达的探测范围
例： λ =10cm，PRF=1000/s 得±Vrmax = ± 25m/s Rmax=150km