双偏振雷达产品和应用介绍
雷达气象学--双线偏振雷达探测
不同目标的相关系数典型值(取自 NOAA)
• 雨水 • 冰雹 • 软雹 • 雪花 • 冰晶 • 融化层 • 地物杂波 • 生物(鸟\
昆虫) • 铝箔条 • 垃圾
2015-3-18上海南汇双偏阵雷达观测的回波 强度和相关系数
相关系数和零度层亮带
• 相关系数比较清晰地反映了零度层亮带的存在
龙卷垃圾回波 Tornado Debris
• ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱdr 大 雨滴大,但关系难以确定
Ldr的可以反映零度曾层亮带
一次冰雹的Ldr的较大
相位差Φdp及其特点
ΦDP =ΦHH - ΦVV
• 对球形粒子来说，垂直偏振波和水平偏振波引起的相位相 同.
•非球形粒子对垂直偏振波和水平偏振波造成的相位不同. • 如果雷达取样体积中有更多的扁椭球粒子（如强降雨、降
双线偏振雷达获得的新参量
• （1）差分反射率因子Zdr Zdr=10log10(Zhh/Zvv)
• （2）线性退极化比 Ldr = 10log(ZVH/ZHH )
• （3）相关系数 ρhv
• （4) 双程相位差φdp水平、垂直偏振回波信号的相位之差
• (5) 相位差常数Kdp (单位距离上的相位差)
寄希望于新型双偏振雷达 ！
电磁波的偏振
双线偏振雷达系统的特点
理论要求: • 能发射水平偏振和垂直偏振的电磁波,需要两种偏振状态的发射机 • 能接收水平偏振和垂直偏振的回波信号,需要两个接收机 • 两个发射系统性能一致 • 两个接收系统性能一致 • 两种偏振状态下的天线增益和波瓣一致
最新双偏振雷达产品和应用介绍
Beijing Metstar Radar Company
15
CC产品显示融化层
C波段雷达CC产品 样例，7.5度仰角
CC产品清晰显示融 化层的分布
Beijing Metstar Radar Company
16
差分传播相移ΦDP
水平和垂直通道相位差 电磁波在雨中传播速度变慢 水平极化的电磁波传播相比垂直慢一些
10
ZDR与冰雹
dBZ大，但ZDR小是冰雹存在一个显著的特征
Beijing Metstar Radar Company
11
ZDR产品
C波段雷达ZDR产 品样例，ZDR大的 区域对应降水强的 区域
Beijing Metstar Radar Company
12
协相关系数(ρHV/CC )
描述水平和垂直极化的回波信号变化的相似度
双偏振雷达产品和应用介绍
目录
双偏振原理 双偏振二次产品 升级双偏振的优势 业务兼容性设计
Beijing Metstar Radar Company
2
1 双偏振原理
Beijing Metstar Radar Company
3
为什么要双偏振？
雷达方程以球形粒子为假设条件，但实际上粒子并非总 是球形。
水平通道的信号用于生成单偏振数据，而双通道信 号之间的差异是双偏振雷达的关键： 双通道幅度差 系统要求双通道幅度差<0.2dB 双通道相位差 系统要求双通道相位差<2度
Beijing Metstar Radar Company
6
粒子双偏振差异表现在
后向散射特征不同 ZDR-反射率在不同极化方向上的差别 LDR-反射率在不同极化方向上的交叉转化
双偏振雷达产品和应用介绍教学设计 .pptx
北京敏视达雷达有限公司 2015年3月
课件
目录
双偏振原理 双偏振二次产品 升级双偏振的优势 业务兼容性设计
课件
1 双偏振原理
Beijing Metsta课r R件adar Company
3
为什么要双偏振？
雷达方程以球形粒子为假设条件，但实际上粒子并非总 是球形。
HCL 产品
基数据
融化层探测
ML 产品
双偏振定量降水估计
QPE 降水率
产品
雨量累积 产品
Beijing Metsta课r R件adar Company
27
双偏振主要二次产品
序号 1 2
3
产品代码 ML HCL
QPE
产品名称
融化层高度
粒子相态识 别
双偏振定量 降水估计
说明 融化层识别和高度 粒子相态识别和分类
差分传播相移ΦDP
水平和垂直通道相位差 电磁波在雨中传播速度变慢 水平极化的电磁波传播相比垂直慢一些
课件
ΦDP解释
与粒子形状相关
DP 0
与粒子密度有关
DP 0
DP 0
冰雹的ΦDP趋近于零
课件
ΦDP产品
C波段雷达PhiDP 产品样例
相位显著增大的区 域为强降水区域
Beijing Metsta课r R件adar Company
Beijing Metsta课r R件adar Company
43
双偏振QPE产品
产品应用： （1）双偏振降水率的计算与粒子相态相关；对冰雹和亮 带不敏感，并且非气象回波不影响降水估算； （2）双偏振降水估计对冰雹和亮带不敏感； （3）非气象回波不影响降水估算。
2DU简介双偏振多普勒天气雷达原理与应用 PPT课件
（一）几种测雨方程的形式
1、常规天气雷达
（21）
2、双线偏振雷达
（22）
3、双线偏振多普勒雷达
（二）模拟雨滴谱资料的结果（参阅有关文献）
1、测雨方程形式与前面相同，但要确定方程中的一些系数。 2、不同测雨方程求得的雨强IDP、IDR、IDK，与雨滴谱确定的真值 雨强R之间的关系，见下面给出的图11 ―图14 。
（三）双程差分传播相位变化值φDP
1、φDP的含义：设水平及垂直偏振波通过相同长度 的一个降水区（可包含非球形粒子组成），散射 回天线处的相位分别为φHH及φVV，则定义： φDP=φHH -φVV=δ+ ɸdp
其中：
（1）δ为反射相位差。 对于同一粒子δ值是固定的。 对于S波段雷达，满足瑞利散射的粒子，δ是个小 量。但冰雹时δ值较大。
1、。ZDR定义式为 ：
ZDR=10log（ZHH/ZVV）=10log ZHH-10logZVV （8） 在信号处理器RVP8中用给出的求ZDR的公式为：
ZDR=10loS gHH=
S VV
2、ZDR值的范围：一般为-0.5—— +6.0dB （1）一般雨滴呈扁旋转椭球，ZHH＞ZVV，故常为ZDR＞0 。 （2）大雨滴时 ，呈更扁的椭球形，故ZDR值可达3~5dB。 （3）冰雹 ，由于翻转作用总体效果接近球形，ZDR值在零附近 ，可以是小的负值或小的正值。
里
即KDP是双程传播相位变化值φDP随距离的变化程度。 2、若 (rm) 与 (rn) 不是相邻两库的距离，而是相隔较远的两个库之
间的距离，则KDP代表该降水段上的平均值。 3、KDP值的大小：一般KDP＜1°/Km，但含有冰核的大雨滴，KDP
（五）双线偏振雷达的退极化因子LDR
双偏振相控阵雷达对比ppt课件
相控阵扫描雷达RHI方向超高时间分辨率图
--2017年8月3日00：40 ~ 1：00
对左图PPI图的130°方向的降雨云层做RHI剖面，由于RHI方向时间延迟只有约 0.3s,所以RHI图更能准确无延迟反映云层剖面结构
相控阵雷达PPI图
14
相控阵雷达RHI图
分辨率对比--2017年8月1日19：10分多单体
• X波段的衰减严重 (反射率因子达到50dBZ，降雨量达到 100mm/h以上时)，这是限制其更加有效应用的难题；但X 波段组网可以大大降低此衰减难题。
19
20 20
12
相控阵扫描雷达RHI方向超高时间分辨率图
垂直方向反射率因子结构图
13 垂直方向比差分相位结构图
相控阵雷达在RHI 方向做17层 (0.9°~29.7°)，无 间隔RHI扫描，且 完成此17层扫描只 需要约0.3s,大大的 提高垂直剖面的时 间分辨率，提供更 加精确的无延迟的 垂直气象系统结构 特征。
X波段双偏振相 控阵雷达
3
X波段双偏振相控阵雷达性能参数
雷达型号 体制
工作频率 发射峰值功率 发射脉冲宽度
天线增益 距离分辨率 垂直角度分辨率 水平角度分辨率
探测距离 脉冲重复频率 最大无模糊速度（单PRF）
单位
GHz w us dB m deg. deg. km KHz m/s
NRD-AXP64-03SE 一维电扫相控阵体制 9.3~9.5 128 1~60 36 30米 1.8 0.9 35 4 31.5
X波段相控阵双偏振雷达
S波段雷达与X波段雷达
多普勒敏感性 衰减程度 作用距离 空时分辨率 降雨估计准确性 典型天线尺寸 雷达基建选址
9
X波段全固态双偏振多普勒天气雷达支线机场应用及分析
X波段全固态双偏振多普勒天气雷达支线机场应用及分析作者：康晓华周文杰陈昶来源：《西部论丛》2017年第02期摘要：本文以在陕西省榆林榆阳机场试验验证的X波段全固态双偏振多普勒天气雷达为例，论述了工作原理，分析了双偏振探测效果，对比了不同天气条件下的雷达产品，通过典型的天气过程分析该型雷达产品对榆林机场航空气象服务的支持能力，对全国其它支线机场的航空气象服务具有借鉴意义。
关键词：X波段双偏振试验验证航空气象服务引语X波段全固态双偏振多普勒天气雷达，具备多普勒天气雷达的功能，获取回波的强度、相位信息之外，还具备获取了回波的偏振（极化）信息，通常有如下几种双偏振参数：差分反射率因子，差分传播相位常数，线性退偏振比，相关系数。
此外，它还具有全固态的优势，故障率低、体积小、轻便、易安装、易维护等特点。
中国民航局于2012年下发的《民用机场多普勒天气雷达系统技术规范》中关于天气雷达频率的种类增加了X波段，旨在满足不同类型的机场的需要。
近几年，中国民用航空运输机场中也开始逐步应用X波段天气雷达，例如呼伦贝尔东山国际机场、祁连机场等。
因此，研究X波段双偏振多普勒天气雷达在支线机场的应用具有重要意义。
双偏振天气雷达经过多年的研究应用，技术已日趋成熟，国内生产厂家较多，如中电14所、中电38所、航天二院23所、成都锦江784厂等均有不同型号、不同波段的双偏振天气雷达。
1 基本原理本文所涉及的X波段雙偏振多普勒天气雷达是航天二院23所研制的WR-X100型，属于单发双收偏振天气雷达，发射机采用全固态体制，其系统组成框图如图1所示：雷达发射机根据系统的工作时序，产生高功率的脉冲信号，经过波导、极化开关、环行器、耦合器和正交模耦合器到达馈源，根据极化开关控制状态以水平或垂直极化方式由天线辐射出去。
天线辐射出去的电磁波遇到云、雨等气象目标，产生后向散射，成为气象目标的回波信号。
经天线接收到的回波信号通过正交模耦合器后分为两路，一路经环行器、保护开关、耦合器，送往接收机的水平极化接收通道；另一路经环行器、保护开关、耦合器，进入接收机的垂直极化接收通道。
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
总753期第十九期2021年7月河南科技Journal of Henan Science and TechnologyC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郭桐1柳东慧2（1.庆阳市气象局西峰雷达站，甘肃庆阳745000；2.庆阳市气象局，甘肃庆阳745000）摘要：双偏振多普勒天气雷达是现今气象监测的重要手段。
本文主要介绍了双偏振多普勒天气雷达的工作原理，并对其主要偏振参量进行分析，了解其独有的物理意义和实际中的应用方法。
关键词：双偏振多普勒天气雷达；偏振参量；差分反射率；双程差分传播相位；双程差分传播相位常数中图分类号：P412.25文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）19-0140-03 Analysis of Principle and Application of Main Polarization Parameters of C-band Dual-Polarization Doppler Weather RadarGUO Tong1LIU Donghui2（1.Xifeng Radar Station of Qingyang Meteorological Bureau，Qingyang Gansu745000；2.Qingyang Meteorological Observatory，Qingyang Gansu745000）Abstract:Dual polarization Doppler weather radar is an important means of meteorological monitoring.This paper mainly introduces the working principle of dual polarization Doppler weather radar,analyzes its main polarization pa⁃rameters,and understands its unique physical significance and application method in practical application. Keywords:dual-polarization Doppler weather radar；the polarization parameters；differential reflectance；two way differential propagation phase；two way differential propagation phase constant双偏振多普勒天气雷达主要用来探测各种天气现象和气象要素数据，是目前世界上最先进的天气监测设备，在气象预报预警尤其是降水、强对流天气等方面发挥着重要作用。
双偏振雷达产品和应用介绍
24
双偏振雷达的优势
双偏振数据能够更好地描述粒子的尺寸/形状/降水类型 及天气 能够区分气象/非气象回波 能够更好地去除异常传播、地物及海杂波等非气象回波 更准确地估计降水和降雪 (双偏振QPE对冰雹、亮带不 敏感，且能够过滤非气象回波的影响) 探测和预警冰雹区域
Beijing Metstar Radar Company
高CC
Beijing Metstar Radar Company
低CC
13
协相关系数的应用
气象目标CC高，非气象目标CC低 融化层识别（CC较低且噪声大） 大冰雹识别（CC<0.85)
Beijing Metstar Radar Company
14
CC产品
C波段雷达CC产品 样例，7.5度仰角 CC产品清晰显示融 化层的分布
40
相态识别 和融化层
冰晶IC 湿雪WS 强降水HR
干雪DS
冰雹混合RH
Beijing Metstar Radar Company
双偏振QPE产品
双偏振QPE的降水 率产品，可用于降 水累积
Beijing Metstar Radar Company
41
单/双偏振QPE对比
左上：单偏振3小时雨量累积 右下：雨量计3小时雨量
Beijing Metstar Radar Company
19
差分传播相移率KDP
ΦDP 是累积效应，随距离累积，不方便直接使用。因 此需要引入KDP
KDP
DP (r2 ) DP (r1 )
2(r2 r1 )
Beijing Metstar Radar Company
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KDP的特点和应用
双偏振雷达产品和应用介绍
双偏振数字中频模块
高度集成化的多通道模块，集成度的提高降低故障率，大大增强和扩展了信号处理能力。
高度集成化数字中频/信号处理模块。多通道，16位A/D，实时处理4K以上距离库数据； I/Q数据通过网线传输至主机，可实时存档I/Q数据；
发射机Burst信号采样和订正
CC产品显示融化层
Beijing Metstar Radar Company
*
CC产品清晰显示融化层的分布
C波段雷达CC产品样例，7.5度仰角
水平和垂直通道相位差
差分传播相移ΦDP
*
电磁波在雨中传播速度变慢
水平极化的电磁波传播相比垂直慢一些
01
02
Beijing Metstar Radar Company
ZDR产品
Beijing Metstar Radar Company
*
C波段雷达ZDR产品样例，ZDR大的区域对应降水强的区域
协相关系数(ρHV/CC )
*
描述水平和垂直极化的回波信号变化的相似度 高CC 低CC
Beijing Metstar Radar Company
*
每个仰角更新，提供实时不同方位的融化层高度信息；
融化层高度信息有助于分析雷达数据，尤其是区分固态和液态粒子；
粒子相态分类产品HCL
Beijing Metstar Radar Company
*
算法输入： 双偏振基数据：Z、ZDR、V、CC、PDP、KDP等6种数据。 算法输出： 地物杂波（GC，Ground Clutter） 生物杂波（BI， Biological Scatters） 干雪（DS， Dry Aggregated Snow） 冰水混合物（WS， Wet Snow） 冰晶（IC， Ice Crystals） 霰（GR， Graupel） 大雨滴（BD， Big Drops） 小雨滴（RA， Light and Moderate Rain） 强降雨（HR， Heavy Rain） 冰雹（RH， Mixture of Rain and Hail）
泸州X波段双偏振雷达在冰雹识别中的对比应用
泸州X波段双偏振雷达在冰雹识别中的对比应用泸州市是四川省的一座城市，也是一个农业大市。
由于地理位置和气候的原因，泸州市经常受到冰雹的袭击，给当地农民的农作物带来了很大的损失。
因此，如何及早准确地识别冰雹成为了农民和气象科学家们亟待解决的问题。
在过去的几十年里，泸州市的气象部门一直使用传统的气象雷达来监测天气情况。
然而，由于冰雹的尺度相对较小且复杂，传统的气象雷达在冰雹识别方面存在一些挑战。
于是，泸州市的气象部门决定引入泸州X波段双偏振雷达，希望能够提高冰雹识别的准确性和及时性。
泸州X波段双偏振雷达是一种先进的雷达技术，它能够测量和分析天空中的电磁波的反射和散射情况。
与传统的气象雷达相比，泸州X波段双偏振雷达具有以下几个优势。
首先，泸州X波段双偏振雷达具有更高的分辨率和灵敏度。
传统的气象雷达通常以公里为单位进行扫描，而X波段双偏振雷达可以以米为单位进行扫描，能够更精确地观测天气的情况。
同时，X波段双偏振雷达的灵敏度也较高，可以检测到更小尺寸的冰雹颗粒。
其次，泸州X波段双偏振雷达具有更强的能力来区分不同类型的降水。
通过分析和比较电磁波的反射和散射特征，X波段双偏振雷达可以将降水类型区分为雨、雪、冰雹等，从而帮助气象部门更准确地预报和预警。
再次，泸州X波段双偏振雷达可以提供更丰富的信息。
传统的气象雷达只能提供天气的位置和强度信息，而X波段双偏振雷达不仅可以提供这些信息，还可以提供冰雹粒子的形状、密度、速度等细节，使得气象科学家可以更全面地了解冰雹的形成过程和演化规律。
最后，泸州X波段双偏振雷达具有更高的可靠性和稳定性。
由于冰雹天气通常伴随着强烈的气象条件，传统的气象雷达在这种情况下容易出现数据不准确、信号丢失等问题。
而X波段双偏振雷达采用了先进的信号处理技术，能够更好地抵抗干扰和噪声，提高数据的可信度和稳定性。
在泸州市的实际应用中，泸州X波段双偏振雷达取得了显著的成果。
通过与传统的气象雷达进行对比，X波段双偏振雷达在冰雹识别方面表现出了明显的优势。
全固态双偏振多普勒天气雷达
目录一、前言 (2)二、724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达安装使用规范 (4)三、724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达技术规格书 (6)四、724全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达实时处理系统软件使用说明书（V1.2） (24)五、724XSP全固态全相参双线偏振多普勒天气雷达二次产品处理系统软件使用说明书（V1.0） (60)六、雷达车辆操作说明书............................................................. 错误！未定义书签。
一、前言特别声明本中文操作说明书版权属中船重工鹏力（南京）大气海洋信息系统有限公司所有，任何人（及单位）未经其正式之书面授权允许，不得私自将本说明书内容，以全部或分割部分方式（包括文字与图片），进行转载、转印、影印拷贝、更改内容、扫描存储等行为，供他人使用或销售。
中船重工鹏力（南京）大气海洋信息系统有限公司拥有更改或提升本产品功能的所有权利，且不需额外特别通知任何人和单位（包含已购买及尚未购买者），若有任何功能上的问题，可以注意本公司的文宣信息或上网查询。
注意事项由于使用的场合、环境及应用方式不同，固在使用724XSP全固态全相参双偏振多普勒天气雷达之前，请仔细阅读本手册，这将有助于您正确、安全地使用设备。
●未经授权任何人不得擅自操作使用本雷达系统，否则将有损坏系统设备的危险。
●即使是专业人员，未经授权不得擅自打开本系统设备有关之机柜、密封盖等，否则将会影响系统设备的正常运行，甚至会损坏系统设备，并有可能对自身造成伤害。
●未经许可不得对系统设备和线路进行拆装和变更，否则不能保证系统设备的正常运行。
如确需对系统进行改造，应在专业人员指导下进行，并对改造细节进行详细的记录和存档，在专业人员调试检测通过后重新投入运行。
●本系统设备均属精密仪器设备，拆卸或操作时动作宜轻，切不可抛置或用力敲打。
●发现系统设备故障时应及时关闭系统所有电源，并及时与本雷达系统的生产商联系。
双偏振雷达参数-概述说明以及解释
双偏振雷达参数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述双偏振雷达是一种利用双线偏振信号来进行目标检测和测量的雷达系统。
与传统的单线偏振雷达相比，双偏振雷达能够提供更详细和准确的目标信息，具有更好的性能和应用前景。
双偏振雷达通过同时发送两种特定方向的线偏振信号，并接收目标反射回来的信号，再通过信号处理和分析，提取目标的散射特性和内部结构信息。
其中，线偏振信号是指振动方向固定的电磁波，可以分为水平偏振和垂直偏振两种。
双偏振雷达的参数包括传输功率、工作频率、脉冲宽度、脉冲重复频率等。
传输功率是指雷达系统发送线偏振信号的功率大小，通常与工作距离和目标特性有关。
工作频率是指雷达系统发送和接收信号的频率，选择合适的工作频率可以提高系统的探测能力和分辨率。
脉冲宽度是指雷达系统发送的线偏振信号的时间持续长度，脉冲重复频率是指雷达系统发送连续线偏振信号的频率。
双偏振雷达的参数设置对于雷达性能和应用效果具有重要影响。
合适的传输功率和工作频率可以提高雷达的信号探测能力和反射散射信息提取能力。
适当调整脉冲宽度和脉冲重复频率可以平衡雷达探测距离和分辨率之间的关系。
总之，双偏振雷达是一种应用前景广阔的雷达系统，通过合理地设置参数，能够更准确地获取目标信息，有望在航空、气象、军事和环境监测等领域发挥重要作用。
在接下来的正文中，本文将详细介绍双偏振雷达的基本原理和相关参数，以及其在各个领域的应用前景。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以这样编写：1.2 文章结构本篇文章主要围绕双偏振雷达参数展开，共分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将对双偏振雷达进行概述，并介绍文章的目的。
同时，我们还将简要概述双偏振雷达的基本原理，以便读者对该主题有一个初步的了解。
在正文部分，我们将详细探讨双偏振雷达的参数。
首先，我们将介绍双偏振雷达的基本原理，包括其工作原理、传输路径和接收机构等。
然后，在第2.2节，我们将详细介绍双偏振雷达的参数1，包括参数的定义、计算方法和物理意义等。
双偏振雷达工作原理
双偏振雷达工作原理双偏振雷达是一种新型的雷达技术，它采用两个方向不同的线极化波束发送和接收信号，可用于气象、海洋、电力等领域的观测和探测，具有精度高、解决距离远、抗干扰能力强等优点。
下面就来介绍一下双偏振雷达的工作原理。
一、双偏振雷达概述双偏振雷达是一种利用偏振特性进行目标测量的雷达系统。
它采用双线极化天线，向目标发送两个正交方向的偏振波束，即一垂直于水平方向，一垂直于垂直方向，接收反射回来的信号，测量出其极化特性及散射强度等信息，实现对目标的识别、定位、跟踪等功能。
二、双偏振雷达信号产生原理1、波束形成原理双偏振雷达发射端采用多个天线阵列，通过多径信号处理技术，对发射波束进行形成。
波束形成是指将多个独立的天线组合成一个可调方向和宽度的独立波束，可以提高雷达系统的距离精度和方向精度。
2、偏振发射波产生原理双偏振雷达发射端采用正交线极化方式，同时向目标发射两个正交方向的电磁波。
例如，采用水平方向极化波H和垂直方向极化波V。
将二者合成，形成左旋圆极化波和右旋圆极化波。
双线极化雷达通常采用基于波导耦合器的方式，将两路信号耦合到天线中，实现正交偏振发射。
3、偏振接收信号产生原理双偏振雷达接收端采用同样的正交线极化方式，接收目标散射回来的电磁波。
对接收波进行相位、幅度、频率处理，然后通过多径信号处理技术进行波束合成，提高信噪比和解决距离远的问题。
三、双偏振雷达工作原理1、信号发射与接收双偏振雷达工作时，发射端分别向目标发射两个正交方向的波束，接收端采用同样的正交线极化方式，接收目标散射回来的电磁波。
接收端将接收到的信号分别进行相位、幅度、频率处理，然后再次合成成一部分信息。
2、目标散射双偏振雷达发射的电磁波束击中目标时，会被目标反射，并散射到各个方向。
由于目标的物理特性不同，反射的电磁波的偏振状态也不同，因此每个目标反射回来的电磁波的极化状态也不同。
3、散射回波分析双偏振雷达接收到目标反射回来的信号后，可分析回波的偏振状态来判断目标物理特性。
X波段双偏振雷达在兴安盟防雹作业中的应用
X波段双偏振雷达在兴安盟防雹作业中的应用X波段双偏振雷达在兴安盟防雹作业中的应用雷达技术在气象预报和灾害预警中发挥着重要作用。
随着科技的进步，X波段双偏振雷达成为了现代雷达系统中的关键设备之一。
在兴安盟防雹作业中，X波段双偏振雷达的应用已经取得了显著的成果。
本文将探讨X波段双偏振雷达在兴安盟防雹作业中的具体应用，并分析其优势与挑战。
兴安盟位于内蒙古自治区东部，冰雹天气频繁，给农田和农作物带来了严重威胁。
传统的防雹方法主要依靠人工巡视、手动喷洒抗雹剂等，效果有限且劳动强度大。
而X波段双偏振雷达的应用改变了这种局面。
X波段双偏振雷达在防雹作业中的主要应用包括：降水监测和冰雹警报系统。
首先，X波段双偏振雷达可以准确监测降水。
通过雷达的回波信号，可以实时获取降水量、降水强度、降水类型等信息。
传统雷达在测量降水过程中会出现信号回波的衰减和丢失现象，导致数据不准确。
而X波段双偏振雷达采用双线偏振技术，能够同时测量水平分量和垂直分量的回波信号，大大提高了测量精度。
通过对降水的准确监测，防雹人员可以及时了解降水情况并采取相应措施，提前预警，确保农作物的安全。
其次，X波段双偏振雷达可以检测冰雹的形成过程。
冰雹是一种严重的天气灾害，对农作物和建筑物造成重大损失。
通过对雹团的结构、形态等特征进行分析，X波段双偏振雷达可以判断冰雹的发展趋势和形成过程。
当冰雹形成的迹象出现时，防雹人员可以及时预警，采取措施保护农作物和财产。
同时，X波段双偏振雷达还可以识别冰雹大小和形状等信息，为冰雹灾害的后续评估和保险理赔提供可靠依据。
X波段双偏振雷达在兴安盟防雹作业中的应用优势明显。
首先，其高精度的降水监测能力保证了准确的天气预报和防雹预警。
其次，X波段双偏振雷达作为一种主动雷达，可以主动探测目标，减少了人工巡视的劳动强度。
此外，X波段双偏振雷达具备快速响应能力，能够实时更新数据，为防雹决策提供即时参考。
然而，X波段双偏振雷达在兴安盟防雹作业中仍面临一些挑战。
双偏振雷达 滴谱分布
双偏振雷达滴谱分布
双偏振雷达是一种特殊的雷达系统，它能够同时发射两个不同偏振状态的电磁波，从而获取目标物的多种物理信息。
在气象领域，双偏振雷达主要用于降水测量和降水类型识别。
滴谱分布是指雨滴大小的分布情况。
在气象学中，滴谱分布是描述雨滴大小及其分布的函数，它对于了解和预测降雨的物理性质和气候模型非常重要。
双偏振雷达可以通过测量雨滴的电介质常数和散射截面积来反演得到滴谱分布。
在反演过程中，双偏振雷达利用不同偏振态的回波信号，通过测量散射截面积和电介质常数的差异，推断出雨滴的大小和分布情况。
另外，双偏振雷达还可以通过测量水平反射率和差分反射率来获取降水粒子的形状、尺寸和降水类型等信息。
例如，传统的CG gamma反演模型需要用到滴谱分布中的形状斜率关系式，而不同降水气候区或不同降水类型的μΛ关系式各有不同。
可以将不同地区的降水雨滴谱资料放在一起，将降水分为以小型、中型和大型雨滴为主的三种降水类型，并相应获得三种不同的μΛ关系及对应的差分水平反射率关系式，并将它们应用于双偏振雷达的降水雨滴谱反演。
双偏振雷达可以通过测量目标的多个物理参数，如水平反射率、差分反射率、电介质常数和散射截面积等，来获取更为精细的降水信息，如粒子的尺寸大小、形状和雨滴谱分布等。
这些信息对于气象预报、气候模型和灾害监测等方面具有重要意义。
广州X波段双偏振相控阵天气雷达数据质量初步分析及应用
广州X波段双偏振相控阵天气雷达数据质量初步分析及应用广州X波段双偏振相控阵天气雷达数据质量初步分析及应用近年来，随着气象科学的不断发展，天气雷达成为天气监测和预测的重要工具。
广州X波段双偏振相控阵天气雷达作为一种高分辨率、高灵敏度的雷达系统，具有广泛的应用前景。
然而，在应用中，我们必须首先对其数据质量进行分析和评估，以保证可靠的天气监测和预测。
本文基于广州X波段双偏振相控阵天气雷达的数据，在进行初步分析的基础上，对其数据质量进行研究和评估，并探讨其在实际应用中的价值和意义。
首先，我们对广州X波段双偏振相控阵天气雷达的数据进行了初步的处理和分析。
通过对数据的时空分布、强度和反射率的统计分析，我们发现该雷达系统具有较高的分辨率和灵敏度，能够提供丰富、准确的天气信息。
同时，我们还对雷达回波强度和反射率两个参数进行相关性分析，并绘制了相关系数分布图。
结果表明，这两个参数之间存在明显的相关性，可以有效提升天气监测的准确性和可靠性。
接着，我们对广州X波段双偏振相控阵天气雷达的数据质量进行了综合评估。
我们首先采用了常见的雷达数据质量指标，如均方根误差、偏差和一致性等进行定量评估。
结果显示，广州X波段双偏振相控阵天气雷达的数据质量较高，达到了较好的监测和预测要求。
同时，我们还采用了主成分分析法和聚类分析法对数据进行了降维和分类处理，以更直观地评估雷达数据的质量和特点。
结果表明，广州X波段双偏振相控阵天气雷达具有较好的分辨能力和抗干扰能力，可以有效提供高质量的天气数据。
最后，我们探讨了广州X波段双偏振相控阵天气雷达在实际应用中的价值和意义。
通过对雷达数据的可视化处理和分析，我们可以实时了解和监测天气状况，并及时预警和预测天气变化。
在城市规划、交通运输和灾害防控等方面，广州X波段双偏振相控阵天气雷达可以提供决策参考和技术支持，为公众生活和社会安全提供可靠保障。
综上所述，广州X波段双偏振相控阵天气雷达具有良好的数据质量和应用前景。
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传播路径效应不同
ΦDP -不同极化方向上的传播路径相位差 KDP –单位距离的ΦDP
衰减效应-不同极化方向上的衰减不同
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7
双偏振雷达探测量
• 单偏振雷达量 • dBT, dBZ, V, W
• 双偏振探测量 • ZDR (差分反射率) • ρHV/CC (协相关系数) • ΦDP (差分相移) • KDP (差分相移率) • LDR (退偏振比)–水平发射/双通道接收模式
25
2 双偏振二次产品
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26
双偏振主要二次产品
采用美国NEXRAD升级双偏振后的算法，开发了二次产品应用包。
粒子相态识别
HCL 产品
基数据
融化层探测
ML 产品
双偏振定量降水估计
QPE 降水率
产品
雨量累积 产品
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27
双偏振主要二次产品
序号 1 2 3
产品代码 ML HCL QPE
产品名称 融化层高度 粒子相态识别 双偏振定量降水 估计
说明 融化层识别和高度 粒子相态识别和分类 双偏振定量估计降水率
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15
CC产品显示融化层
C波段雷达CC产品样例， 7.5度仰角 CC产品清晰显示融化层的 分布
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16
差分传播相移ΦDP
• 水平和垂直通道相位差 • 电磁波在雨中传播速度变慢 • 水平极化的电磁波传播相比垂直慢一些
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双偏振雷达的优势
• 双偏振数据能够更好地描述粒子的尺寸/形状/降水类型及天气 • 能够区分气象/非气象回波 • 能够更好地去除异常传播、地物及海杂波等非气象回波 • 更准确地估计降水和降雪 (双偏振QPE对冰雹、亮带不敏感，且能够过滤非气
象回波的影响) • 探测和预警冰雹区域
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• KDP与降水率成比例，可用来估测降水 • 与反射率估算降水相比，KDP算降水不受冰雹影响 • KDP是双通道相位的差值，不需要标定
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21
KDP产品
C波段雷达KDP产品样例 KDP大的区域对在强降水 区域
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3
为什么要双偏振？
• 雷达方程以球形粒子为假设条件，但实际上粒子并非总是球形。
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4
双偏振基本原理
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5
双偏振的原理
敏视达双偏振雷达采用成熟的、业务上应用广泛的双发双收模式，发射 机输出信号功分两路分别以水平和垂直极化方式同时发射，双通道接收机 和数字中频对数据进行并行处理。
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8
差分反射率 (ZDR)
Zdr Zh Zv (dB)
• 表达一个探测空间体（距离库）的 平均的粒子形状
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9
ZDR与雨滴大小
• ZDR值与雨滴大小密切相关
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双偏振雷达产品和应用介绍
北京敏视达雷达有限公司 2015年3月
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1
目录
• 双偏振原理 • 双偏振二次产品 • 升级双偏振的优势 • 业务兼容性设计
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2
1 双偏振原理
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10
ZDR与冰雹
• dBZ大，但ZDR小是冰雹存在一个显著的特征
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11
ZDR产品
C波段雷达ZDR产品样例， ZDR大的区域对应降水强 的区域
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12
协相关系数(ρHV/CC )
• 描述水平和垂直极化的回波信号变化的相似度
水平通道的信号用于生成单偏振数据，而双通道信号之间的差异是双偏 振雷达的关键： 双通道幅度差 系统要求双通道幅度差<0.2dB 双通道相位差 系统要求双通道相位差<2度
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6
粒子双偏振差异表现在
后向散射特征不同 ZDR-反射率在不同极化方向上的差别 LDR-反射率在不同极化方向上的交叉转化
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19
差分传播相移率KDP
• ΦDP 是累积效应，随距离累积，不方便直接使用。因此需要引入KDP
KDP DP (r2 ) DP (r1 )
2(r2 r1 )
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KDP的特点和应用g Metstar Radar Company
13
协相关系数的应用
• 气象目标CC高，非气象目标CC低 • 融化层识别（CC较低且噪声大） • 大冰雹识别（CC<0.85)
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CC产品
C波段雷达CC产品样例， 7.5度仰角 CC产品清晰显示融化层的 分布
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ΦDP解释
• 与粒子形状相关
DP 0
• 与粒子密度有关
DP 0
DP 0
• 冰雹的ΦDP趋近于零
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ΦDP产品
C波段雷达PhiDP产品样例 相位显著增大的区域为强 降水区域
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退偏振比LDR
• LDR需要在单通道发射，双通道接收的模式下生成 • LDR展示粒子的退偏振特性 • 因工作模式限制，LDR的应用比较少
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LDR产品
水平发射，双通道接收模 式获得的LDR产品。 仰角：30度 零度层特征清晰
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