三.4+雷达强度场的降水回波分析
雷达回波强度拼图的定量估测降水及其效果检验
料对雷达降水估计值做进一步订正 ，这些方法包 括平均校准法［、 ５ 变分 同化法【、 １ ６ 客观插值分析法 】
圳六部雷达 １ 分钟一次的 ６ ０ 分钟体扫描资料 ， 经
过 杂 波 处理 、质量 控 制 和拼 图处 理后 得 到 的 １５ ．
收 稿 日期 ： ２ ０ — １１ ：修 订 Ｅ期 ：２ １— ８ １ ０９１－１ ｔ ０ ００ —８
文献标识码 ：Ａ Ｄｏｉ ０３ ６ ／ｉ ｎ１０ ．９ ５ ０ １ｏ ． １ ｉ １．９ ９ ． ｓ． ４４ ６ ． １．１ ０ ｊｓ ０ ２ ０ 中图分类号 ：Ｐ ５ ．．１ ４ ８１ ２
［１和卡尔 曼 滤波 校准 法 等 。 ７ １ １
１ 引
言
随 着 我 国气 象 多 普 勒 雷 达 布 网不 断 向前 推 进 ，如何 利用 雷 达 拼 图 回波 强度 结合 稠 密 的 自动
资助项 目：广 东省科 技厅 项 目；中 国气象 局气 象新 技术 推 广项 目“ 量 计和 多平 台遥 感 降水资 料 的融合 技术 ” 同资助 雨 共 通 讯作 者 ： 建茵 ，男 ，广 东省 人 ，研究 员 ，主要 从事 季 风 、热带 气候 和海 气相 互作 用研 究 。Ｅｍａ ：ｉ ｇｊ＠ｇｍｃ ｏ ． 梁 － ｉ ｌｎ ＿ｙ ｒ ． ｖ ｎ ｌ ａ ｇ ｃ
第 ２卷 第 １ ７ 期 ２ １年 Ｏ ０１ ２月
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ 热 带 气 象 Ｍ 学 报 ０Ｆ ＴＲＯＰＩ ＣＡＬ ＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹ
Ｖ１７ ｏ． ．Ｎｏ１ ２ ．
Ｆｅ ． ０ １ ｂ ．２ １
梁 建 茵 ，胡胜 ． 达 回波强 度拼 图 的定量 估测 降水 及 其效果 检 验 ｆ． 热带 气象 学报 ，２ １ ，２（） －０ 雷 Ｊ ］ ０ １ ７１：ｔ１．
雷达气象：第九章 雷达回波的识别和分析
雷达回波的识别与分析Ø回波探测概述Ø探测内容（回波位置，高度，强度与速度，形状，移向移速，演变趋势）Ø回波分类Ø非气象回波Ø降水回波Ø非降水回波FinePrint Software, LLC16 Napier LaneSan Francisco, CA 94133Tel: 415-989-2722Fax: 209-821-7869雷达扫描方式n PPI扫描。
固定仰角，雷达在360゜方位上做圆锥面扫描。
n RHI扫描。
固定方位角，雷达在垂直面上做上下扫描。
n VOL体积扫描。
多仰角PPI扫描。
l CAPPI：等高平面位置显示。
实际工作中需要等高面的回波显示，用体积扫描（不同仰角的一系列PPI扫描）资料经计算机插值处理而合成。
dBZ反射率因子—降水回波的位置、范围、高度、强度、强中心位置、回波形状、结构、性质（气象或非气象）、移向移速、演变趋势。
Vr径向速度分布—零速线的分布、正负速度的大小和面积、辐合辐散、涡旋、切变线、锋区、逆风区。
（注：此处重点介绍dBZ的回波特征，Vr前面已讨论过）回波位置：PPI上的距离、方位所对应的地理位置l注意：由于衰减作用，无回波处未必无降水；地物遮挡影响最大探测距离回波高度：RHI上读出；PPI上算出（测高公式）回波强度：dBZ色表分档标出回波速度：Vr色表分档标出回波形状：涡旋状、均匀片状、零散孤立、絮状、带状、钩状、指状回波位置与回波高度探测内容强回波区与强速度区有一定配合0.51.5回波性质气象回波降水回波非降水回波层状云降水混合云降水对流云降水云、雾晴空湍流非气象回波地物、超折射飞机船只海浪旁瓣假回波同波长干扰探测内容回波移向移速dBZ：两次观测比较后的线性外推；交叉相关法。
注意：区别单体的移动与整体的移动回波的演变趋势根据回波在两个时刻的变化推测回波强度、范围、高度等特征的未来变化：过去—现在—未来一般特点：回波合并——范围扩大；顶高增加——发展增强；速度辐合——对流发展。
雷达气象学课件：5层状云降水、积层混合云降水回波分析
典型混合云降水回波 受低涡影响，黑龙江省境内6小时的最大降水量达54毫米。
回波面积大，几乎充满整个范围，边 缘破碎，无明显边界。在均匀的层状 云中镶嵌着密实的对流云团块，强度 最大值达48dBZ。
零速度线明显的“S”型，从低至到高层有暖平流存 在；近测站有“牛眼”，风速随高度先增后减，而 后又随高度增加；对应强度较强的对流云区，在正 南方，有逆风区，此处辐合辐散较强烈，对流云发 展旺盛。
混合云降水特殊回波——人字型回波
云体A云体B在测站南部距离50公里处 汇合，形成“人字型”回波，在回波 的前部清晰可看到出流边界，距强对 流前部约5km左右。
距测站50km处的南部的“人字型” 回波的汇合点,风速达17.2m/s,风速
最大值与“人字型”回波的汇合点 相对应。
层状云降水、积层混合云降水回波分析
1、层状云降水的雷达回波特征 2、积层混合云降水回波特征
1、层状云降水的雷达回波特征
PPI回波特征：成片分布，面积较大，回波边缘模糊发毛，在 大片弱回波中偶有个别强度较强的回波团（强度一般在20－ 30dBz）； RHI回波特征：结构均匀，顶部虽有起伏，但相对起伏较小 （相对于对流云降水），比较平整，垂直厚度不大（一般5－ 6Km，因地区、季节而不同），水平尺度要比垂直尺度大得多； 零度层亮带：又称融化带，是层状云降水的一个重要特征， 通常出现在零度等温线以下几百米的地方。
PPI回波特征：范围比较大，回波边缘支离破碎，没有明显 的边界，回波中夹杂有一个个结实的团块，强度40dBz或以 上，有时强回波带可形成一条短带； RHI回波特征：柱状回波高低起伏，高峰部分可达雷阵雨高 度，一般只有连续性降水所具有的回波高度，有时还共存对 流云阵性降水回波特征（柱状回波）和层状云连续降水回波 特征（零度层亮带）
三3雷达强度场非降水类回波分析
相同仰角下地物回波的多少和强弱，取决于： ①雷达技术参数，工作状态和地形条件； ②大气 折射状况。对雷达站正常大气情况下，地物回波的 数量和范围是固定的。但是当出现负折射（向上弯 曲）时，地物回波明显减少。出现超折射时，地物 回波将增多。
为了减少地物对雷达探测的影响，尽量将雷达架 设在较高地形上。
消除地物回波的方法
1、抬高仰角：抬高仰角地物回波的范围迅速减 小。当天线抬高到一定仰角后（仰角>=地物的最 大挡角），地物回波将消失。
2、根据晴天接收到的回波制成地物回波，在雨 天观测时可以去掉杂波区的测值，利用周围区域 的资料内插。
使用雷达可以从移动的雨区中剔除静物杂波(通 常称为抑制)，产生抑制和无抑制回波。
旁瓣回波可以作为强对流的冰雹天气的判别依 据。
旁瓣回波的PPI和RHI
旁瓣回波的特征： 回波强度弱：10dBZ左右。 PPI：对流单体的旁边。 RHI：对流单体的顶部。
旁瓣回波PPI：强回波区侧面
旁瓣回波PPI
旁瓣回波
8、三体散射
三体散射：雷达发射的电磁波在强降水中心和地面之间 经过多次散射后，返回雷达。雷达在强回波区的半径延长 线上定出一个弱回波区。可作为冰雹和强天气的标志
雷达回波的分类
非 气 象 回 波
三体散射、旁瓣回波、二次回波电磁波的散射而产 生的回波。地物回波的目标物有两类：
(1) 地表：山脉，丘陵，岛屿，海岸线等。 (2) 地表上的人工建筑物。
地物回波的PPI识别
地物回波的识别
1、PPI：回波形状与地形一致，边缘清晰，位置
③雷暴消散期，其底部下沉气流造成近地面层几 百米高度处逆温，形成超折射－－雷暴超折射
《雷达回波识别分析》课件
03
雷达回波分析应用
天气预报
天气预报是雷达回波分析的重要应用领域之一。通过分析雷 达回波数据，气象学家可以监测和预测天气系统的移动、发 展和消亡，从而为公众提供准确的天气预报和预警信息。
雷达回波分析可以帮助气象学家识别降水系统，如暴雨、冰 雹、龙卷风等，并预测其可能的影响范围和强度。这有助于 提前采取措施，减少灾害损失。
，需要深入研究其传播规律和特性。
多模式、多频段雷达数据融合算法
02
多模式、多频段雷达数据的融合需要发展高效、可靠的算法和
技术，以提高数据融合的准确性和实时性。
雷达回波信号处理和目标识别技术
03
雷达回波信号处理和目标识别技术是雷达回波技术的核心，需
要不断研究和改进，以提高其准确性和可靠性。
雷达回波技术未来发展方向
带宽和存储空间。
03
复原处理
对失真或损坏的回波信号进行 复原，提高信号的可识别性。
雷达回波特征提取
03
幅度特征
频率特征
波形特征
提取回波信号的幅度信息，如峰值、平均 值、方差等，用于描述目标的大小和强度 。
分析回波信号的频率成分，提取出与目标 特性相关的频率特征，如多普勒频移。
描述回波信号的波形形状，如周期、相位 、波形变化等，用于区分不同类型目标。
雷达回波模式识别算法
01
02
03
统计模式识别
基于统计学原理，对提取 的特征进行分类和识别， 如支持向量机、朴素贝叶 斯等。
神经网络模式识别
利用神经网络的自学习能 力，对回波信号进行分类 和识别，如卷积神经网络 、循环神经网络等。
模糊模式识别
利用模糊逻辑和模糊集合 理论，对回波信号进行分 类和识别，如模糊K近邻 、模糊聚类等。
雷达气象学课件：5层状云降水、积层混合云降水回波分析
研究零从对流性逐步转 化为层状云降水；
2、出现亮带的一定是层状云降水，反之不一 定成立；
3、可作为识别雹云指标之一； 4、它可作为飞行活动的一个指标。
2、积层混合云降水——絮状回波
混合性降水回波表现为层状云降水回波和积状云降水回波的混 合，外形似棉絮，称为絮状回波； 絮状回波是出现连阴雨天气的征兆，通常是由于冷暖空气交汇， 雨带准静止存在，降水时间长，可能会出现暴雨； 强度回波特征：
混合云降水特殊回波——人字型回波
云体A云体B在测站南部距离50公里处 汇合，形成“人字型”回波，在回波 的前部清晰可看到出流边界，距强对 流前部约5km左右。
距测站50km处的南部的“人字型” 回波的汇合点,风速达17.2m/s,风速
最大值与“人字型”回波的汇合点 相对应。
层状云降水、积层混合云降水回波分析
1、层状云降水的雷达回波特征 2、积层混合云降水回波特征
1、层状云降水的雷达回波特征
PPI回波特征：成片分布，面积较大，回波边缘模糊发毛，在 大片弱回波中偶有个别强度较强的回波团（强度一般在20－ 30dBz）； RHI回波特征：结构均匀，顶部虽有起伏，但相对起伏较小 （相对于对流云降水），比较平整，垂直厚度不大（一般5－ 6Km，因地区、季节而不同），水平尺度要比垂直尺度大得多； 零度层亮带：又称融化带，是层状云降水的一个重要特征， 通常出现在零度等温线以下几百米的地方。
径向速度特征：由于降水范围大，因而径向速度场范围分布 的范围也大，等值线分布比较稀疏，切向梯度不大，在零径 向速度线两侧分布着范围较大且数值不大的正负中心，另外 还常存在流场辐合或辐散区。
层状云降水回波
分析：连续大面积的絮片状， 强度较为均匀，一般在2030dbZ，最强达45dBZ。
实时降水回波实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景随着气象科学技术的不断发展，雷达观测技术在降水预报和监测中发挥着越来越重要的作用。
实时降水回波观测是了解降水动态、评估降水强度和分布的关键手段。
本实验旨在通过新一代多普勒天气雷达，对实时降水回波进行观测和分析，为降水预报和气象服务提供科学依据。
二、实验目的1. 研究实时降水回波的时空分布特征。
2. 分析降水回波与地面降水的关系。
3. 探讨实时降水回波在降水预报中的应用价值。
三、实验材料与方法1. 实验材料：新一代多普勒天气雷达、自动站数据、气象卫星数据等。
2. 实验方法：（1）选取某地区连续一周的降水过程作为研究对象。
（2）利用新一代多普勒天气雷达观测实时降水回波，并记录回波强度、移动速度、路径等信息。
（3）收集同期自动站地面降水数据，分析降水回波与地面降水的关系。
（4）结合气象卫星数据，分析降水回波的生成、发展和消散过程。
四、实验结果与分析1. 实时降水回波的时空分布特征（1）观测到实时降水回波主要分布在降水中心附近，与地面降水区域基本一致。
（2）降水回波强度与地面降水强度呈正相关，即回波强度越大，地面降水强度也越大。
（3）降水回波移动速度与降水强度、降水类型等因素有关，如对流性降水回波移动速度较快，层状降水回波移动速度较慢。
2. 降水回波与地面降水的关系（1）降水回波是地面降水的先导，即降水回波出现后，地面降水往往紧随其后。
（2）降水回波强度与地面降水强度呈正相关，回波强度越大，地面降水强度也越大。
（3）降水回波移动速度与地面降水移动速度基本一致，即降水回波移动到哪里，地面降水也相应移动到哪里。
3. 实时降水回波在降水预报中的应用价值（1）实时降水回波可以直观地反映降水区域、强度和移动路径，为降水预报提供重要依据。
（2）结合自动站地面降水数据，可以更准确地评估降水强度和分布。
（3）实时降水回波可以作为降水预警的重要手段，为公众防灾减灾提供及时信息。
五、结论本实验通过对实时降水回波的观测和分析，得出以下结论：1. 实时降水回波可以反映降水区域、强度和移动路径，为降水预报提供重要依据。
学会看雷达回波图
学会看雷达回波图
雷达回波图，从蓝色到紫色表示回波强度由小到大（10-70dBz），从不同颜色回波可以判断降雨强度，雨区范围、未来降雨强度和移动。
1、如何识别雨区范围
雷达回波图上，绿色回波包围内的区域一般都对应有降雨出现。
一般而言，浅绿色有可能有降雨，深绿色一定有降雨。
图上从河北西北部一直到山西中部都有降雨出现
2、如何识别降雨强度
雷达回波从蓝色到紫色，降雨强度逐渐增强。
一般亮黄色区域一般对应有10毫米/小时左右降雨强度出现，暖红色雷达回波一般对应有20毫米/小时左右的降雨强度，并且有可能出现短时雷雨大风、冰雹等强对流天气。
如图上河北西北部有绿色雷达回波，有降雨出现，但雨势并不强。
山西北部、陕西中北部有黄色雷达回波，有中等强度降雨出现。
3、如何识别降雨未来趋势
以今天雷达回波的多时次动态图上可以看到，从21日9时开始一直到13时前后，影响西北华北一带的降雨系统呈现东北-西南走向，稳定向东偏南方向缓慢移动。
从14：40和14：50两张图上可以看到，降雨带移动缓慢，强度变化不大。
短时强降水雷达回波特征分析
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短时强降水过程.造成短时强降水的中小尺度系统
副高加强西伸北抬,
地面低压倒槽北顶,低空急流风
副热带高压边缘,
局地强风暴多发,也会导致明显的
锋面则为低层对 流 抬 升 运 动 提 供 了 触 发 机 制[３Ｇ５].
收稿日期:
２０２０
Ｇ
１２
Ｇ
１１．
收稿日期:国家自然科学基金项目(
４１９７５００１)、中国气象局 气 象 关 键 技 术 集 成 与 应 用 项 目 (
２０２１)
雷达测量降水
雷达测量降水1雷达测雨的基本原理天气雷达天线发射脉冲式电磁波，当电磁波遇到降水或某些云目标，一部分电磁波会被散射。
雷达接收从云雨散射回来的回波信号，通过对回波信号强度的分析处理，可确定降水或云的存在及其特性。
根据电磁波传播的速度和发射与接收脉冲信号的时间差可计算出目标物到雷达的距离；根据雷达扫描转动的方位角和仰角以及目标物至雷达的距离，可确定目标物的空间位置。
通过对返回信号强度的测量，由雷达气象方程可计算出目标物对电磁波的散射能力。
用于降水粒子时，简化的气象雷达方程式为： 式中：Pr 为平均接收功率。
C 为由雷达型号决定的雷达常数，它与发射功率、波长、天线增益、波束宽度等雷达参数有关。
k 2为降水粒子相态的函数，与降水粒子介电常数有关，一般来说，水的k 2值为0.93，冰为0.18。
r 为距雷达的距离。
Z 为雷达反射因子，是单位体积中降水粒子直径6次方的累计和，表示为，常以1mm 6/m 3为基准的分贝表示，记为dBz ，可以应用气象雷达方程式根据平均接收功率求取。
由于降水粒子直径并非均一分布，在实际应用中常用其一般形式： , 式中的A 和b 为经验系数，随降水类型和地理位置的不同而变。
在各种Z~R 关系式中，在A 在16.6~730范围内。
因此，测定了降水区的反射因子Z ，则可计算降水强度R 及其分布。
2雷达测雨误差分析由于雷达测量降水可以得到具有一定精度的、大范围高时空分辨率的实时降水信息，因此应用雷达进行降雨监视和面雨量计算，可以提高洪水预报的精度和时效性。
但要清楚地认识到，由于技术本身的复杂性和其它原因，目前的雷达测雨存在一定的误差，特别是大范围降水测量的准确性尚不能完全满足气象业务应用的要求。
雷达测雨误差主要来源于以下几方面： a)雷达电磁波的波长对降水测量的影响。
在雷达气象方程式中，平均接收功率Pr 与雷达波长、天线增益及波束宽度等有关。
在天线大小固定的情况下，Pr 与波长的4次方成反比，即波长越短，Pr 越大，探测能力越强，因此波长短有利于探测降水。
雷达回波识别分析
在一般情况下，对流云降水回波中看不到零度层亮带， 这表明对流云降水与层状云降水在机制上是不相同的 （在雷雨消亡阶段，气流较稳定，有时也可观测到亮 带），由于雷暴、冰雹、龙卷等剧烈的天气现象都出 现在对流云降水的情况下，所以对对流云回波的观测
应特别重视，从高度、强度、外形等方面综合分析，
判断是否会出现灾害性天气。
单块回波和整个回波体的移速往往不一 致，观测时主要取回波区的移动。对一 些特殊服务要求和中、小尺度天气系统 的观测，除了需要回波区的移动外，还 要注意单块回波的移动情况，观测时要 特别注意。
由于气象目标物时刻都在变化，象局地 热雷雨生消很快，几十分钟可以是面貌 全非，所以，确定回波单体移动时，要 注意回波生消跳变的现象，以免发生判 断上的错误。 另外，回波在减弱消散过程中，往往会 产生回波范围缩小的现象，观测中不应 把边缘缩小误认为移动。
当降水回波和地物回波混杂在一起，不 容易区分，新一代天气雷达（抬高仰角） 与气象回波混在一起不好区分。
非气象回波
超折射回波
非气象回波
奇异回波：
层状奇异回波 点状奇异回波 窄带状奇异回波 蜂窝状奇异回波 波状奇异回波
层状奇异回波
现象：出现高度在摩擦层内几百米－1千 米回波很弱，有时出现多层结构。 成因：大气中折射指数的突变，湍流混合 强烈的地方，逆温层的存在等原因。
连续性降水回波
形成0℃层亮带的原因：
1、由雪花、冰晶转化成水滴时，介电常数增大，对电磁的反射作 用约强了五倍； 2、冰晶、雪花在转化的过程中，碰并的机会增加，形成大的颗粒， 增强了反射作用； 3、雪花、冰晶转化成水滴时，外形由不规则形状变成了近似球形， 反射作用增加； 4、水滴的下降末速度要比雪花、冰晶大得多，在雪花、冰晶完全 变成水滴后，由于速度增加，反射作用又迅速的减小，造成亮 带以下回波变弱。 这四种原因综合的结果，在0℃附近的回波比上面和下面都强， 形成了亮带。
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(总3页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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、强度比较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较大、呈片状、边缘零散不规则、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较平整，没有明显的对流单体突起，底部及地，强度分布比较均匀，因此色彩差异比较小。
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，回波较强则显示越亮，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，强度与气流相对比较均匀，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较稀疏，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，表明开始融化，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。
新一代天气雷达回波强度误差分析及解决方法
新一代天气雷达回波强度误差分析及解决方法刘永亮;於莹;李强【摘要】根据雷达气象方程并结合雷达适配参数测量、系统调整和回波强度标定的实践经验,总结出影响新一代天气雷达回波强度准确性的因子及其标定方法和步骤.文章以CINRAD/SB型新一代天气雷达为例,对其回波强度标定和调整方法进行阐述.【期刊名称】《气象水文海洋仪器》【年(卷),期】2015(033)003【总页数】5页(P88-92)【关键词】气象方程;适配参数;新一代天气雷达;回波强度【作者】刘永亮;於莹;李强【作者单位】广西区气象技术装备中心,南宁530022;广西区气象技术装备中心,南宁530022;广西区气象技术装备中心,南宁530022【正文语种】中文【中图分类】TN957我国是气象灾害频发的国家，台风、暴雨、干旱、雷暴和冰雹等灾害性天气，对农业、交通、能源、粮食以及国防建设等造成了极大的破坏，严重影响了我国可持续发展水平。
而新一代天气雷达是监测灾害性天气的重要手段，因此，中国气象局于2014年底已建设成覆盖全国、布局合理、运行稳定的171部新一代天气雷达观测网[1]。
雷达反射率标定(又称回波强度定标)直接影响雷达回波强度的准确性。
目前雷达反射率定标采用人工定期标校，因此，正确标定回波强度对保障需达探测的准确性而言就至关重要，许多研究人员对引起回波强度定标误差因素进行了分析[2-4]，本文在此基础上，结合多年的实践经验，总结出了影响新一代天气雷达回波强度准确性的因子及其标定方法和步骤，以供借鉴。
雷达回波强度定标的基本原理是：用机内信号源在接收机前端注入功率为-80～-30 dBm的信号，在距离为5～200 km范围内，由信号处理系统按照特定的方法转换，并显示其回波强度的实际测量值(实测值)，根据雷达方程由注入信号功率计算回波强度理论值(期望值)，对应的实测值与期望值的最大差值应在±l dB范围内。
由注入信号功率计算的回波强度期望值可采用公式(1)计算：式中：λ为波长(cm)；G为天线增益(dB)；Pτ为发射脉冲功率(kW)；τ为脉冲宽度(μs)；θ为水平波束宽度(°)；φ为垂直波束宽度(°)；L∑为系统除Lat外的总损耗(dB)；Pr为输入信号功率(dBm)；R为距离(km)，取5、50、100、150 km和200 km 共计5个固定值；Lat为大气损耗，S波段取0.011 dB/km (双程)；C为雷达常数，可采用公式(2)计算：由回波强度计算公式可知，该公式中的任何一个参数存在误差都会导致回波强度误差，因此，确保每个参数的准确性和精度是关键。
雷达回波的分析
3.雷达显示
• (1)平面位置显示（PPI）
(2)距离高度显示（RHI）
CTL天气雷达回波的平面显示和高度显示
雷达回波的分析
2019/3/8
第一节 气象雷达对目标的探测
一、雷达探测基本知识
• (一)雷达探测的原理 向空间发射电磁波， 检测来自目标的回波。
雷达回波
雷达发射和接收
基本部件
雷 达 的 天 线
民航使用的 714SDN天气雷达
(二)气象雷达的种类
• • • • 天气雷达 测云雷达 多普勒气象雷达 机载气象雷达
1.天气雷达
• 用于探测降水的发生、发展和移动， 并以此来跟踪降水系统的天气雷达
• 工作波长为3～5cm，它能探测200～ 400• 千米
雷达工作过程示意图
2.测云雷达
• 主要用以探测未形成降水的云层高度、 厚度以及云中物理特性的雷达 • 测云雷达选用比较短的波长
3.多普勒气象雷达
• 利用多普勒效应来测量云和降水粒 子相对于雷达的径向运动速度的气 象雷达 除具有一般天气雷达的功能外，还 可以测出各高度上的风向风速
生活中的多普勒效应
多普勒雷达的探测显示
4.机载气象雷达
• 机载气象雷达是供飞行人员在飞行 中探测航线上的积雨云、雷暴等危 险天气的雷达 • 能有效探测的仅仅是 “湿性”气 象目标 • 气象目标回波在显示器上以多种色 彩显示
机载气象雷达的探测
机载气象雷达的显示
(三)天气雷达对气象目标的探测
1.对降水区的探测
2.对湍流的探测 3.一般的云、雾不能被有效检测
对降水区的探测
• 雷达能透过近距离目标的遮挡发现较 远的目标 • 雨滴的直径越大，产生的回波就越强 湿雪和湿冰雹，能形成很强的回波。 • 干雪和干冰雹对雷达波的反射能力很 差。
白城市降水雷达回波特征分析
白城市降水雷达回波特征分析摘要：利用白城市多普勒天气雷达探测的回波强度资料，分析了白城地区层状云、积层混合云、对流云、降雪云的回波特征，并讨论了径向速度场代表的环流特征，为进一步发挥天气雷达在防灾减灾中的作用奠定基础。
关键词：雷达强度；径向速度中图分类号：P458.121.1 文献标识码：A DOI编号：10.14025/ki.jlny.2017.06.057测雨雷达问世以来，估测降水一直是其主要目标。
20世纪80年代以来，我国气象工作者在对雷达深入研究的基础上开发出雷达新产品，建立自动识别系统。
与此同时，新一代天气雷达网?j系统也建立起来，并快速提高分布密度，雷达在暴雨监测预警中的作用进一步发挥出来。
汤达章等对雷达跟踪回波运动方法进行了研究，这项研究为白城市开展新一代雷达定量估测降水提供了参考。
白城市气象局2003年8月布设了一部多普勒天气雷达，自投入运行以来，为白城市防灾减灾做出突出贡献。
本文利用白城市多普勒天气雷达探测的回波强度和径向速度资料，分析了白城地区层状云、积层混合云、对流云、降雪云的回波特征，并讨论了径向速度场代表的环流特征，为进一步发挥天气雷达在防灾减灾中的作用奠定基础。
1资料和方法白城市新一带天气雷达业务运行中采用VOL降水模式2进行体扫，探测距离150公里，做0.6～19.8度10个仰角层的扫描。
在试验过程中获得一个基数大概需要6分钟左右，生成雷达数据需要4分钟左右。
本文在分析2005年到2015年雷达回波强度的基础上分析白城不同区域在不同时期降水量的雷达回波特征。
2 层状云降水雷达回波特征层状云降水回波的特点是面积大、范围广、回波强度分布比较均匀。
在PPI 强度图上可以清楚看到层状云降水回波的这些特点：范围一般比较大，回波边缘的轮廓不大清楚，但结构比较均匀，成片或分片呈弥散状分布，回波中有时存在着一些大的片状或丝条状结构，但没有明显块状结构。
在RHI图上，可以发现层状云降水回波的结构均匀且有序，其顶部偶尔有相对比较平整的起伏区域，这些区域没有明显的泡体，而且水平尺度要大于垂直尺度。
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雪的回波
PPI：雪的回波强度与连续性降雨回波类似， 但范围更大，回波分布均匀，丝缕状结构明显。 一般在10-15dBz左右（初春时接近层状云回波强 度，主要是因为雪晶和雪片外面溶化成一层水膜 或雨夹雪引起的。 RHI：雪的回波高度比层状云连续性降水回波 高度稍低，比较平整，高度在4km以下。
降雪回波
速度 模糊
右图：从低空到高空为偏西风。 右图：低空呈S型，存在暖平流。
2、对流云降水回波
对流云或称积状云，是由对流运动所产生， 通常与短时强烈天气相对应。 对流云降水：阵雨、雷雨、冰雹、暴雨等，一 般出现在快速移动的锋面上、冷锋前暖区、气团 内部、副高边缘、台风外围等地方。 生命史：每一对流单体均对应一强中心，一个 单体的生命期约20~30 min，具体与强度和尺度 有关。
对流云降水回波的速度图
1.0度
3.0度
5.0度
• 成熟对流云强度回波，可以清楚地看到 低层辐合，高层辐散的垂直结构。
成熟对流云降水回波
回波较强处，速度等值线密集
速度场RHI：呈柱状，砧状，纺缍状等，不同高度
有环境风切变。有时出现正负速度紧挨着，说明该处有 辐合或辐散场。回波底有时的正速度表明有上升气流。
层状云
均匀幕状 降水连续，范围大
积状云或对流云
孤立高耸，各种形状 局地强降水
1、层状云降水回波
层状云降水：稳定性或连续性降水。 特点：水平尺度大、持续时间长，强度均匀， 时间变化缓慢。 强度图特征： PPI：呈均匀连续的大面积薄膜状、片状、丝缕 状结构明显，充满整个图像。强度弱：一般20～ 30dBz，有时有强雨中心。（零度层亮带或环） RHI：云体厚度较小，回波高度约5-6km，顶部 和底部平坦，结构较均匀。
2016/12/28
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典型强雷暴云的RHI显示
A 云砧
对流云降水回波的RHI
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对流云降水回波的RHI
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典型强对流云回波的RHI
A B C
F D
E
A：旁瓣回波 B：三体散射 C：云砧 D：穹隆 E：悬挂回波 F：回波墙
对流云降水回波
对流云降水回波的速度图
对流性降水回波 层状云降水回波
积云成熟阶段
积云衰减阶段
混合云降水回波
转化成层云降水的混合 云回波
即将转化成层状云降水 回波的混合云回波
4、雪的回波
• 由于冰晶、雪片对电磁波的散射能力比雨滴 小得多，对电磁波的衰减能力也较小，因此雪的 回波强度通常比连续性降水回波弱，但短波长的 天气雷达能探测到它的细微结构，且探测距离较 远，能取得完整的回波图像。 • 在东北地区冬季冷涡影响下会产生大范围降 雪天气，回波表现为稳定性层状云，范围大，强 度较弱，回波顶高在5km以下。
层状云、积状云和积层混合云降水 回波的比较
1、天气特征 2、天气系统特征 3、强度场特征：PPI，RHI 4、速度场特征
课后习题
1、 产生降水的云主要有哪几类，对应天气分别有什 么特征？ 2、什么是层状云降水回波，它的强度图在PPI和RHI 上各有那些特征？速度图有那些特征 3、什么是对流云降水回波，强度图在PPI和RHI上各 有那些特征？速度图像有那些特征？ 4、对流云可以分为哪几类?其中最强的是哪类？它的 典型回波有那些？ 5、什么是积层混合云降水回波，图像有那些特征？ 6、什么是零度层亮带，它的出现说明什么意义？ 7、什么是穹隆？说出这种现象的形成原因？
三.4 雷达的降水回波分析 ζ10.5
大气科学学院 白爱娟
降水类回波的形成原因
形成降水回波的粒子是大气中云、降水 等气象目标物，及各种水汽凝结物对电磁 波的后向散射，雷达接收到散射能量，ห้องสมุดไป่ตู้ 成回波。
2
降水云分类
根据云的发生学分类： 层状云：因自身冷却或气团沿锋面缓慢抬升 而形成的云常呈均匀幕状，称为层状云。 积云－对流云：由热力对流和动力抬升而形 成的云，往往垂直向上发展较盛。云体的轮廓 一般比较分明。 积层混合云：同时具有对流云和层云特征的 云型。
PPI：表现为“絮状”回波，范围比较大，回波 边缘呈现支离破碎状的紊乱状，没有明显边界。 层状云回波中镶嵌着一个个密实团块的对流云， 强度可达40dBz或以上，有时强回波团块整齐排 列可形成一条短带。 RHI：表现在均匀的层状云高度上柱状回波 起伏地镶嵌在其中。在对流云衰败阶段，柱状 回波与层状云回波合在一起。
A：穹隆
B C A
B：旁瓣回波
C：三体散射
超级单体雷暴
超级单体风暴
对流风暴中组织程度最高，产生的天 气最强烈的一种。 （1）特殊的回波：钩状回波、有界弱回波 区、三体散射、旁瓣回波、V形缺口等。 （2）回波的稳定性和持续性。 （3）深厚持久的“中气旋”是超级单体风 暴最本质的特征。
典型超级单体
B
0.5度
3.0度
带有云顶上冲和穹隆结构的 雷暴云回波
低层：气旋式辐合 高层：辐散
雷暴单体的强度和速度
B A B A
A：三体散射，B：旁瓣回波
强雷暴单体回波的PPI图
B
A
A：三体散射 B：旁瓣回波
（2）多单体对流云回波
速度图
19:55
对 流 性 降 水 回 波
21:26
21:51
多单体风暴
由多个较小的雷暴单体组成，有统一的垂直环流， 多个处于不同发展阶段的雷暴单体排列组成多单体风 暴。每个单体处于不同发展阶段，成熟单体回波强度 结构特征与其它单体的特征之间有明显差别。
多单体对流云回波
a 强度
b R剖面
c 速度剖面
2008/11/25/20时桂林回波
多单体对流云风暴
ABC D
A：消亡阶段 B：成熟阶段 －－－有降水出现 C：发展阶段，D：初生阶段
积云层云混合降水回波
絮状结构
积层混合云降水回波
70
72
有半圆形亮带的混合云回波
74
75
混合云降水回波的速度场
在速度场上，产生混合云的天气形势不同， 可呈S型，反S型，低层S型高层反S型，零速度 线折角，风场的辐合辐散等不同的特征。当混 合云中的对流云发展成熟时，速度场上有相应 的对流云水平和垂直结构特征。
对流云降水的回波强度
通常有密 实的结构， R的空间 梯度比较 大，强中 心的反射 率因子通 常在35dBz 以上。
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对流云降水回波
回波经常由许多分散的回波单体组成，可呈孤立分散状或有 规律的带状分布、涡旋状等。
对流云降水回波的RHI特征
RHI：单体呈柱状结构，垂直伸展接近水 平伸展，强对流单体顶部有云砧向下风方伸展 或呈花菜状，强中心呈悬垂中空，云体随对流 发展变厚。回波顶发展较高，一些发展强烈的 单体可达10km，个别可达20km。
3、积层混合云降水回波
混合云降水的天气：范围大，降水持续时间 长，累积降水量大，常常造成大面积的强降水。 这种降水回波在连阴雨中较常见。 当降水加强时，回波的结构由片状絮状向块 絮状转化，零度层亮带变得不清楚。 天气系统：积层混合云降水回波往往与高空 槽，切变线和地面静止锋相联系。
积层混合云降水回波
零度层亮带的形成
云砧
平流层高度
零度层亮 带
冻结高度
凝结高度
亮带：是冰晶粒子和液态降水粒子的混合层，由于 缓慢降落的冰晶在零度层附近发生表面融化，使反 射率增大，形成亮带。
零度层亮带形成
冻结高度
冰晶-低R
融化冰晶－高R 水滴-低R
探测结果：对降水量级估计值过高
• 高度在3km左右
零度层亮带RHI显示
雷达站：建阳 仰角：4.3度
强度和速度图的零度层亮带
PPI显示：表现为圆环或圆弧，是虚假的强降水区域。对流云或混 合云当不稳定降水转化为稳定降水时，也会出现零度层亮带。
零度层亮带
定义：层状云降水回波的主要特征，是冰水混合层， 反映层状云中有明显的冰水转化区。零度层以上降水 粒子以冰晶为主，以下全部为水滴。说明层状云气流 稳定，无明显对流活动。 PPI：高仰角时亮带为以测站为中心的环状或半环状。 RHI：出现在零度层高度以下，最强回波高度距零 度层约200～300米，亮带强度比其两侧的回波强10～ 15dBz。速度图上，零度层亮带和其它回波是一样的。
PPI：由于对流云尺度较小，分布零散，速度 图也表现较为零散，速度等值线分布密集，切 向梯度比较大。 （1）每个对流单体都有完整的垂直环流系统， 包括高低空辐合辐散，上升气流等； （2）每一个对流单体的产生，发展和组织形式 均与环境风切变有关，在速度场上表现明显。 （3）部分强对流天气具有中气旋结构。
积云阶段：与对流云的回波特征相同，不及地。 发展阶段：回波块状明显，尺度较小，结构密实。 回波高度不很高，及地。－降水初期。 成熟阶段：回波呈块状，块体增大，结构密实，有 时有云砧向下风方伸展。强回波高。-降水强度大 消散阶段：结构松散，边缘发散，回波体积减小。 回波顶仍较高，强回波中心下降，后期出现零度层 亮带。-降水明显减弱
混合云降水回波
混合云降水的絮状回波
混合云降水回波
有零度层亮带的混合云回波
零度层亮带：对流性降水向稳定性层状云转化的标志
混合云降水回波的RHI
风暴顶 辐散
柱状回波镶嵌在层状回中，顶高达11km，强度达50dBz以上， 出现云砧，说明混合云中的对流云发展成熟。
混合云降水回波
有零度层亮带
混合云降水回波
2004年12月4日2:00 2004年12月19日13:06 2007年3月4日10:47
沈阳雷达0.5º仰角反射率（半径：230km），红线内为18dBZ 以上回波区域。
雪回波的速度图像
速度图像PPI： 经常出现低空“牛眼”回波和高空速度模糊， 即伴随大风天气。 在弯曲零径向速度线的两侧，各有一个正负 径向速度中心，低空风向随高度增加顺转，有暖 平流，高空逆转有冷平流。风速随高度先增加， 后减小。此风场结构有利于降雪的形成。