天气雷达的基本工作原理和参数-168页文档资料
第二章多普勒天气雷达原理
§ 在雷达波束中，与天线等距离的粒子同时被探 测脉冲所照射，同时开始产生回波，并同时回 到雷达天线。与天线距离不相等的回波信号， 也有可能同时回到雷达天线。这是因为探测脉 冲具有一定的宽度τ，因而在它通过粒子时产 生的回波信号也有宽度τ。这样，距离较近的 两个粒子虽然它们开始产生回波的时间并不相 同，但是，它们的回波信号仍然有一部分能够 同时回到雷达天线。
§ 可以证明，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。
有效照射深度
§ 天线开始收到A粒子的回波信号的时间为
t1
2r1 c
§ 开始收到B粒子的回波信号的时间为
t2
2r2 c
§ 最后收到A粒子回波信号的时间为
t3
2r1 c
§ 若天线开始收到B粒子回波的时间恰好是 最后收到A粒子回波的时间
波束截面半径
§r100km=0.87km §r200km=1.745km §r300km=2.618km
与接收机有关的参数
§ 雷达天线所收到的回波信号是非常微弱的。所以， 雷达接收机必须具有接收微弱信号的能力。这种能 力常称为灵敏度，它用接收机的最小可辨功率Pmin来 表示。所谓最小可辨功率，就是回波信号刚刚能从 噪声信号中分辨出来时的回波功率。我国新一代天 气雷达（S波段）接收机的最小可测灵敏度对于短脉 冲(1.57μs)是-107dbm,对于长脉冲（4.71μs）是113dbm。
与发射机有关的参数
§ 发射机触发信号产生器周期性地产生一个触发 脉冲，输送到发射机，使发射机开始工作。
§ 在一个脉冲内信号的高频振荡频率叫工作频率 。
§ 每秒产生的触发脉冲的数目，称为脉冲重复频 率，用PRF表示。
第二章多普勒天气雷达原理
雷达气象方程
Pt G h Pr i 2 2 ln 2 r 单位体积 1024
2 2
假设条件：在波束宽度范围内，雷达的辐射强度是均匀 的；在有效照射体积内降水粒子大小的分布是均匀的。 上式中是对有效照射体积内所有降水粒子后向散射截面 求和而得到的
气象目标强度的雷达度量
气象目标对雷达后向散射能力的强弱通 常称为气象目标强度，参量为反射率和 反射因子
电磁波及其在大气中的传播
•气象目标对电磁波的散射
云和降水粒子散射的能量在各方向上不一致，而向后方（即 向雷达方向）散射的能量（回波功率）是雷达所关心的，因此 引入后向散射截面的概念。 散射截面的概念：假设一个理想的散射体，其截面积为σ，它 能把全部接收射到其上的电磁波能量，并能全部均匀地向四周 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天线的电磁波能流密度，则该理 想散射体的截面积σ就称为实际散射体的向四周散射截面。
Pt G Pr 3 4 4 r
雷达气象方程（单目标）
2 2
单目标雷达气象方程，与雷达本身参数、气象目标物特性 （后向散射截面）和离开雷达的距离有关
有效照射深度和体积
有效照射深度：在雷达波束径向方向上，粒子的回波信 号能同时返回雷达天线的空间长度，h/2=ｔc/2； 有效照射体积：在波束宽度为θ和Ф范围内，粒子的回波 信号能同时返回雷达天线的空间体积。
第二章 多普勒天气雷达原理
第二章 多普勒天气雷达原理
电磁波及其在大气中的传播
电磁波在大气中的衰减
电磁波在大气中的折射
雷达气象方程
一、电磁波及其在大气中的传播
电磁波及其在大气中的传播
•气象目标对电磁波的散射
新一代天气雷达演示
雷达平均速度图
中尺度（2-20KM）系统的速度图像特征
不是在整个显示屏范围内识别，而是在其中选择一个小区域（包含了整个中尺度系统），将其放大显示。 首先确定所选择的小区域在雷达有效探测范围内的方位及小区域的方向，并近似的认为该小区域在同一高度层上
纯气旋式流场；纯反气旋式流场；纯辐合流场；纯辐散流场；气旋式辐合流场； 气旋式辐散流场；反气旋式辐合流场；反气旋式辐散流场
雷达的导出产品：有30多种。常用的包括组合反射率因子； 垂直累计液态水含量；回波顶；风暴路径信息；冰雹指数；中 气旋；速度方位显示风廓线；1小时累计雨量；3小时累计雨量； 相对风暴径向速度区。
雷达数据质量控制
雷达数据质量控制主要涉及地物杂波抑制；去距离折叠和退速度模糊。
地物杂波：包括固定地物杂波和超折射地物杂波（AP杂波）。
一般雷暴（单个单体雷暴）
单个单体雷暴—在其生命发展史中自始至终只有一个孤立单体的风暴。 水平尺度：5-10km； 生命史：<1小时；雷达回波特征：回波较垂直，单体对称，少移，冰 雹小，灾害小。回波强度相对较弱，回波面积小，发展高度低、生命史较短，上升与下沉气流 无明显的倾斜性，气流结构易受损坏，不易发展强盛。
雷达基本产品反射率因子，平均径向速度和径向速度谱宽三 种基数据。
SA和SB两种雷达，反射率因子基数据沿雷达径向的分 辨率为1km，沿方位角方向的分辨率为1°，即1km*1°，平均 径向速度和速度谱宽基数据的分辨率为0.25km*1°；扫描仰角 从0.5°到19.5°。
SA和SB两种雷达，反射率因子观测范围为460km，径 向速度和谱宽为230km；大部分算法适用的范围位于230km内。 CC和CD型雷达的观测范围只有150km。
在中等到高的CAPE和弱的深层垂直风切变情况下，可以出现的唯 一强风暴是脉冲风暴，其不是一种独立的对流风暴类型，是以多单体风暴 形态出现，含有一个或多个脉冲单体。
雷达气象学之第三章(多普勒天气雷达探测原理和方法)
2、脉冲对处理法（PPP）
在一定假设条件下对每一个距离库内的连 续两个取样值作成对处理．从而获得平均 多普勒频率和频谱宽度。此法优点在于能 实时处理．并且有一定精度，但它不能得 到频率谱。
3、相干记忆滤波器（CMF）处理法
此法只需要一个线路，在不设置距离库的 情况下同时对雷达探测范围内各个距离上 作粗略的谱分析，并能用如PSI(平面切变 线是其)等直接显示出来。但它精度不高；
垂 直 风 廓 线
补充风符号
1.风向杆 表示风的 来向。 2.风羽每 条代表风 速4米/秒， 半条代表2 米/秒，三 角旗代表 20米/秒。
谱 宽
反 射 率
三、影响速度谱宽的气象因子
• 多普勒速度谱宽表征着有效照射体内不同 大小的多普勒速度偏离其平均值的程度， 实际上它是由散射粒子具有不同的径向速 度所引起的。对气象目标物而言，影响速 度谱宽的主要因子有四个：
• 显然，雷达有效照射体中粒子直径的差别 越大，由此造成的多普勒速度谱越宽。
• 因此速度的谱宽实际上也取决于降水粒子 的谱分布。
• 当雷达水平探测时，粒子的下落末速度在 雷达波轴上的径向分量为零，所以它对多 普勒速度谱宽没有任何影响。
• 而当雷达垂直指向探测时，粒子下落末速 度即为径向速度，故由此造成的谱曾宽作 用最大。
• 在实际工作中需要了解的是有效照射体内
平均的多普勒速度和速度谱宽度，根据以
上关系式，并注意到 f 2v 关系式，则平均
多普勒速度
v
,和速度谱方差
2 v
分别为：
v 1 v v dv
Pr
2 v
1 Pr
vv
2
v dv
径向速度谱密度、平均径向速度、径向速度 谱宽三者的关系示意图
天气雷达
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。探测近目标采用窄的脉冲宽度，在探测远目标时，为了增大回波信号的强度采用宽的脉冲宽度。天气雷达的脉冲宽度一般取0.1--4微秒 ，随各种雷达探测目的不同而异。 （２）调制脉冲提供一个合适的视频波形具有足够的幅度，以便使下一级电路发射机正常工作 3、发射机：在调制脉冲的作用下，发射机产生短促又强大的特高频振荡，经天线向空间发射出去，即探测脉冲。发射机的主要技术参数有波长（或振荡频率F）和脉冲发射功率。 （１）波长：天气雷达通常使用的波长是厘米波，划分为K、X、C和S四个波段，K波段的雷达是用来探测非降水的云，X、C和S波段用于探测降水。 （２）脉冲发射功率：是指天线实际发射的峰值功率，如果忽略了波导管和天线的损耗，则脉冲发射功率将近似地等于发射机输出峰值功率。 4、 天线转换开关 、波导管：天线转换开关是将天线、发射机和接收机连接起来的一种装置。当天线和发射机接通时，发射机输出的特高频振荡脉冲电磁波顺利地到达天线，在这个时间内天线与接收机切断连通，电磁波不能进入接收机。在探测脉冲发射的间歇期，转换开关接通接收机，使天线接收到的回波信号能全部进入接收机。波导管是一种空心矩形金属管状导体，其内径大小随所携带信号的波长而异，脉冲信号经它传送到天线其损耗极小。 5、 天线： (1)波束的宽度：天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上，波束主轴附近能流密度大，波束的边缘能流密度小，能流密度的相对分布曲线，称为天线方向图，曲线上各点与坐标原点的连线长度，代表该方向相对能流密度大小。能流密度最大方向上的波瓣称为主波瓣，侧面和相反方向能流密度均小得多，分别称为旁瓣和尾瓣。在天线方向图上，两个半功率点方向的夹角，称为波束宽度。波束宽度越小，定向角度的分辨率越高，探测精度越高。天气雷达的波束宽度通常不超过2度，多普勒雷达的波束宽度一般不超过1度。波束宽度的大小取决于抛物面反射体的直径和雷达工作波长。 （２）天线增益：在相同辐射功率条件下，在波束方向上定向天线的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比，称为天线增益，以G表示，天线增益与天线波束宽度具有一定的关系。天线增益以分贝（dB）表示：分贝（dB）=10log（定向天线的能流密度）/（各向均匀辐散天线的能流密度）。 6、 接收机和显示器 接收机:接收来自目标物的回波信号，经过放大后送往显示器进行显示。回波信号常常非常微弱，接收机必须具有接收微弱信号的能力，这种能力称为灵敏度。灵敏度用最小可辨功率表示。它是回波信号刚刚能从噪声信号中分辨出来时的回波功率。 显示器： （１）平面位置显示器（简称平显或PPI）是天气雷达中最常用的一种显示器。在这种显示器上，电子束一方面以脉冲重复频率自屏幕的中心向外作等速的径向扫描；另一方面通过天线传动装置，使径向扫描为同步地随天线绕垂直轴旋转，当有回波信号进入时，在相应的距离和方位上扫描线增亮，从而显示出回波，其亮度取决于回波信号的强度，近代采用了视频积分处理器，将回波信号按不同的强度用不同的灰度或彩色显示出来。当雷达天线扫描一周时，屏幕上显示出测站周围目标的分布和回波强度。 （２）距离高度显示器（简称高显或RHI） 也是天气雷达中最常用的一种显示器，用来显示垂直剖面，纵坐标是高度，横坐标为水平距离，高度坐标放大，所显示的回波在垂直方向被拉长了。
雷达演示文稿
很强的速度和速度梯度。
等高平面位置显示
任意切面回波显示
平面位置回波显示
气象雷达的作用
目前气象雷达是最主要的气象探测设备之一，尤其在 临近预报和帮助飞行人பைடு நூலகம்绕飞雷雨方面发挥着十分重要 的作用。
多普勒技术在气象雷达方面的应用使得气象雷达在探 测功能方面有了实质性的进展。与常规气象雷达相比， 多昔勒气象雷达不仅能够探测回波强度，同时还可以探 测到有关风场的资料，两种资料的配合使用，可以帮助 预报人员更好地分析天气系统的内部结构及发展趋势， 可以监测飓风、龙卷等灾害性天气，能够识别危及航空 安全的低空风切变等。
气象雷达的探测原理
雷达定向发射的电磁波柞大气中以近似光速直线传描，当遇 到日标物时，就有一部分电磁波能量被反射回来，这样，根据 发射电磁波到接收到回波信号的时间及电磁波的传播速度，可 以汁算山出目标物与雷达之间的距离：雷达天线所在方位角即 为日标物所在的方位。
天气雷达的基本工作原理
天气雷达的基本工作原理
天气雷达是一种利用雷达原理探测大气中降水云的设备。
通过利用反射的电磁波信号，可以实现对大气中云的细节探测，能够预测天气变化、检测风暴和气象灾害等。
天气雷达的工作原理是利用雷达波的特性进行探测。
当雷达波射向大气中的云层时，
会与云中的水滴反射，形成回波信号。
这种信号会被天气雷达的接收天线接收并形成电信号，然后由计算机进行处理和分析。
在雷达信号中，可以获得反射信号的回波强度，和回波垂直距离。
反射信号的回波强
度与云层中水滴的浓度、大小、形状以及位置等因素有关。
垂直距离则取决于雷达波传播
的方向和速度。
在天气雷达系统中，还设置了天线旋转机构，可以将天线按照一定的角度旋转。
这样
可以使得雷达波的扫描范围更广，能够探测到更多的天气信息。
天气雷达的探测范围受到雷达波的传播距离、干扰和大气折射等因素的影响。
一般来说，雷达波的传播距离越远，信号受到干扰、衰减和扩散的程度越大，因此探测范围也就
越小。
为了提高天气雷达的探测范围和准确度，还需要进行天线校准、数据校正等工作。
在
使用天气雷达数据时，还需要进行数据解析、插值、描绘等处理，绘制出相应的气象图像，为气象预报和科学研究提供数据支持。
总的来说，天气雷达的基本工作原理是利用雷达波的特性对大气中的云层进行探测，
通过反射的信号进行分析和处理，最终生成相应的气象数据和图像，为人们提供准确的气
象信息和预警服务。
天气雷达原理介绍
天气雷达原理介绍
我国古代神话中有千里眼和顺风耳的故事。
而雷达就是科学的千里眼。
雷达是一种无线电装置，其英文名称是RADAR（即Radio DetecTIng and Ranging的缩写），是无线电探测和定位的意思。
早期的雷达主要用于军事目的。
现在已广泛用于航空、航海、气象、科学研究等各个方面。
用来观云测
雨的雷达，就是天气雷达，已成为气象部门监测天气实况和预报未来天气的
有力工具。
雷达定位的基本原理并不复杂。
雷达定向地发射出电磁波（称为发射波），发射波遇到目标物后被，散射波的一部分由雷达接收下来。
雷达能记录下电磁波往返的时间ΔT，而电磁波的传播速度等于光速C，那幺目标
物到雷达的距离S=1/2CΔT。
雷达采用极坐标扫描方式，记录下雷达所
指向的方位，就确定了目标物相对于雷达的方位。
有了距离和方位，目标物
这个点就定下来了。
云雨是一种特殊的目标物。
云雨中的云滴、雨滴、雪晶、冰粒等降水粒子能够散射雷达波，当他们散射回来的能量足够大时，雷达就
能识别出来，而在雷达荧光屏上显示出云雨的彩色图像，这就更为直观和定量。
训练有素的雷达工作人员根据这些图像，判断这个云雨目标物的性质，
是降雨还是降雹，是否伴有雷电大风，未来移向何处，是加强还是减弱等。
阜阳气象局正在使用的713Ｃ测雨雷达，是1988年投入业务使用的，。
天气雷达简介
天气雷达简介一、概述天气雷达是探测大气中气象变化的千里眼、顺风耳。
天气雷达通过间歇性地向空中发射电磁波（脉冲），然后接收被气象目标散射回来的电磁波（回波），探测400多千米半径范围内气象目标的空间位置和特性，在灾害性天气，尤其是突发性的中小尺度灾害性天气的监测预警中发挥着重要的作用。
天气雷达主要由天线、馈线、伺服、发射机、接收机、信号处理、产品生成、显示终端等组成。
天线：发射/接收电磁波馈线：传导电磁波伺服：天线等的运转发射机：产生电磁波接收机：接收处理电磁波信号处理：处理回波信息产品生成：根据算法，生成应用产品/控制雷达显示终端：显示产品、控制雷达目标距离的测定：由电磁波的传播速度(近似v=c)和探测脉冲与回波信号之间的时间间隔Δt来确定。
r=c Δt /2 (1.1) 通常，时间间隔以μs为单位，故上式可写成：r=0.15Δt(km)或r=150Δt (m) (1.2)目标方位角和仰角的测定:目标的方位角和仰角的测定是依靠天线的方向性来实现的。
天气雷达的天线具有很强的方向性，它能将探测脉冲的能量集中地向某一方向发射。
同样，它也只能接收沿同一方向来的回波信号。
所以，只有当天线对准目标时，才能接收到目标的回波信号。
根据这一原理，当发现目标时，天线所在的方位角和仰角就是目标相对于雷达的方位角和仰角。
目标特性的测定:气象目标对雷达电磁波的散射是雷达探测大气的基础。
降水回波：云、降水粒子的散射。
随相态、几何形状不同而异，雷达回波功率是由有效照射体积内所有气象目标产生的。
晴空回波：在大气中的无云区或很小粒子所组成的云区探测到回波。
气象条件两种：一是大气中存在折射指数不均匀的区域，即湍流大气造成了对雷达波的散射；二是分层大气中存在折射指数垂直梯度很大的区域，即大气对雷达波造成了镜式反射。
多普勒速度探测：多普勒雷达发射出的电磁波，遇到运动的目标物后，返回信号产生频率漂移，从而可导出目标物相对于雷达运动的径向速度。
天气雷达的基本工作原理和参数
天气雷达的基本工作原理和参数1. 天气雷达的简介你有没有想过，咱们在家喝着茶、看着电视的时候，外面那乌云密布、闪电交加的场景是怎么被提前知道的？其实，这一切都要归功于天气雷达。
没错，它就像个高科技的“天气侦探”，帮助我们预测天气变化，避免被突如其来的大雨淋得湿透。
那它到底是怎么工作的呢？今天咱们就来聊聊这个话题，保证你看完之后能对天气雷达有个全面的了解，顺便也能在聚会中引起别人的注意，绝对不是白白浪费你的时间！2. 工作原理2.1 雷达的基本原理说到天气雷达，咱们得先从它的基本原理聊起。
雷达的全名是“无线电探测与测距”，其实就是通过发射无线电波，来探测周围的物体。
想象一下，你在夜晚对着朋友大喊，他们如果回应你，那就能把你们的距离算出来。
天气雷达也是如此，它发射出无线电波，遇到雨滴、雪花等气象现象时，波会被反射回来。
通过测量反射回来的时间，雷达就能计算出这些天气现象离我们有多远，甚至还能判断出它们的强度和运动方向。
2.2 数据处理不过，发射和接收可不是全部。
收到数据后，雷达还要经过一番“加工”，才能给我们提供准确的信息。
就像做饭一样，食材不够新鲜，做出来的菜可就没味儿了！雷达的数据处理系统会将这些信号转换成图像，显示在显示屏上。
你会看到一幅幅五颜六色的图，绿的代表小雨，黄的代表中雨，红的则是大雨，简直是一幅“天气艺术画”！而且，这些图像还会动态更新，让你能随时掌握天气变化，真的是科技的力量啊！3. 雷达的参数3.1 重要参数当然，天气雷达还有一堆技术参数，这些可都是关键的“秘笈”哦。
首先是“探测范围”，也就是雷达能探测多远的距离。
一般来说，大多数天气雷达的探测范围在几百公里到几千公里之间，够让你提前做好准备，不至于被突如其来的暴风雨打个措手不及。
接下来是“空间分辨率”，这个听起来很高大上，其实就是雷达能分辨出多小的天气现象。
好的雷达可以把雨滴的分布清晰地显示出来，让你一目了然。
3.2 效率与精度再说说“探测时间”，这个可是个好玩意儿。
雷达气象
气象雷达11.1 雷达工作原理、组成及其技术指标11.1.1 数字天气雷达的工作原理“雷达”这个词，是由英文词组“radio detection and ranging ”缩写成“radar ”后 音译过来的。
其含意是无线电探测与测距。
也就是说，雷达可以探测空间目标的位置。
同时 提取目标反射特征等方面的信息。
对于地球上的某一定点(雷达站)而言，任一个空间目标的 位置，可以用三个基本的参数表示。
这三个基本参数就是斜距离或水平距离、方位角和仰角 (或高度)。
雷达发射机产生的电磁能量，由雷达天线以波的方式辐射出去，电磁能在大气中以光速 (约8103⨯米/秒)传播。
雷达天线将电磁能量集中形成向某一方向传播的波。
当传播着的电 磁波遇到了目标物后便产生散射波，而且这种散射波分布在目标周围的各个方向上。
其中有 一部分沿着与辐射波相反的路径传播到雷达的接收天线，被接收的这一部分散射能量，称为 目标的后向散射，也就是回波信号，对这种回波信号的检测可以确定目标的空间位置和强度 等参数。
大多数气象雷达基本构成的形式都非常简单，如图11—1所示。
图11-1 气象雷达框图雷达是用测量回波信号的延迟时间来测量距离的。
发射机产生受高压脉冲调制的高频振 荡能量，经天线收发转换开关之后，传播给天线。
收发转换开关用来使单个天线完成发射和 接收电磁波的任务。
由天线辐射出去的高频电磁波在目标方向上传播，再被目标反射回到雷 达天线，给在天线上感应出相应的高频电压，经天线收发开关送至接收机。
接收机将收到的 微弱信号进行放大，将包含在射频信号中的目标信息转换成视频信息，由雷达显示器或显示 装置显示出来。
或者经信号处理器进一步加工，转换成数字数据或图象。
在计算机的监示器 上展示出来。
假设目标离开雷达的斜距用R 表示，则发射信号在R 距离上往返两次的经历时间用Δt 表示，目标的斜距R 便可由下式给出：)111(21-∆=t c R其中C是光速。
雷达 气象 原理
雷达气象原理
雷达是一种利用电磁波进行探测和测量的设备，常用于气象领域。
它的工作原理是利用电磁波的特性，通过发送高频电磁信号，然后接收并分析回波信号，从而确定目标物体的位置、速度和形态。
雷达的发射部分主要由发射源和发射天线组成。
发射源产生高频电磁信号，而发射天线将信号辐射出去。
当电磁波遇到目标物体时，一部分信号会被目标物体吸收，而另一部分信号则会被散射或反射回来。
雷达的接收部分包括一个接收天线、一个接收器和信号处理系统。
接收天线负责接收回波信号，接收器将信号放大并转换为电信号，而信号处理系统则对接收到的信号进行处理和分析。
根据回波信号的时间延迟和频率偏移，气象雷达可以确定目标物体的距离、速度和径向流动。
通过连续的扫描和测量，雷达可以绘制出目标物体的位置和运动轨迹，从而实现对气象现象的观测和预测。
在气象领域，雷达主要用于测量降水的强度、类型和分布。
通过分析回波信号的强度和反射率，可以确定降水的强度和类型，如雨、雪或冰雹。
此外，雷达还可以提供风暴的位置、运动和形态等信息，帮助气象学家预测和监测气象灾害，如暴风雨、龙卷风和暴雪。
总之，雷达是一种基于电磁波原理的气象探测设备，通过发送
和接收电磁信号来测量目标物体的位置、速度和形态。
在气象领域，雷达被广泛应用于降水观测和气象灾害预测等方面。
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
天气雷达
1、C波段天气雷达（CINRAD/CC）
北京市气象局的C波段多普勒天气雷达可以对台风、暴雨等大范围强降水天气的监测距离大于400并能获取 150公里半径范围内的降水区降水及风场信息，可对150公里半径范围内的降雨进行较准确估测。与常规天气雷达 相比，CINRAD/CC雷达增加了风场信息，能有效地监测和预报阵风锋，下击暴流，热带气旋，风切变等灾害性天 气。
原理Biblioteka 理天气雷达多为脉冲雷达，它以一定的重复频率发射出持续时间很短（0.25～4微秒）的脉冲波,然后接收被 降水粒子散射回来的回波脉冲。降水对雷达发射波的散射和吸收同雨滴谱、雨强、降水粒子的相态、冰晶粒子的 形状和取向等特性有关（见云和降水粒子的微波散射、云和降水粒子的微波吸收）。因此，分析和判定降水回波， 可以确定降水的各种宏观特性和微物理特性。在降水回波功率和降水强度之间已建立有各种理论和经验的关系式， 利用这些关系，可以根据回波功率测定雷达探测范围内的降水强度分布和总降水量（见雷达测量降水）。
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新一代多普勒
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常规天气雷达的探测原理是利用云雨目标物对雷达所发射电磁波的散射回波来测定其空间位置、强弱分布、 垂直结构等。新一代多普勒天气雷达除能起到常规天气雷达的作用外，还可以利用物理学上的多普勒效应来测定 降水粒子的径向运动速度，推断降水云体的移动速度、风场结构特征、垂直气流速度等。新一代多普勒天气雷达 可以有效地监测暴雨、冰雹、龙卷等灾害性天气的发生、发展；同时还具有良好的定量测量回波强度的性能，可 以定量估测大范围降水；多普勒天气雷达除实时提供各种图像信息外，还可提供对多种灾害性天气的自动识别、 追踪产品。
天气雷达原理
天⽓雷达原理第⼀章我国新⼀代天⽓雷达原理⼀、了解新⼀代天⽓雷达的三个组成部分和功能新⼀代天⽓雷达系统由三个主要部分构成：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）。
⼆、了解电磁波的散射、衰减、折射散射：当电磁波束在⼤⽓中传播，遇到空⽓分⼦、⼤⽓⽓溶胶、云滴和⾬滴等悬浮粒⼦时，⼊射电磁波会从这些粒⼦上向四⾯⼋⽅传播开来，这种现象称为散射。
衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电磁波投射到⽓体分⼦或云⾬粒⼦时，⼀部分能量被散射，另⼀部分能量被吸收⽽转变为热能或其他形式的能量。
折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，⽽在⼤⽓中由于折射率分布的不均匀性（密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发⽣弯曲的现象，称为折射。
三、了解雷达⽓象⽅程其中Pr表⽰雷达接收功率，Z为雷达反射率，r为⽬标物距雷达的距离。
Pt表⽰雷达发射功率，h为雷达照射深度，G为天线增益，θ、φ表⽰⽔平和垂直波宽，λ表⽰雷达波长，K表⽰与复折射指数有关的系数，C为常数，之决定于雷达参数和降⽔相态。
四、了解距离折叠最⼤不模糊距离：最⼤不模糊距离是指⼀个发射脉冲在下⼀个发射脉冲发出前能向前⾛并返回雷达的最长距离，Rmax=0.5c/PRF, c为光速，PRF为脉冲重复频率。
距离折叠是指雷达对雷达回波位置的⼀种辨认错误。
当距离折叠发⽣时，雷达所显⽰的回波位置的⽅位⾓是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。
当⽬标位于最⼤不模糊距离（Rmax）以外时，会发⽣距离折叠。
换句话说，当⽬标物位于Rmax之外时，雷达却把⽬标物显⽰在Rmax以内的某个位置，我们称之为‘距离折叠’。
五、理解雷达探测原理。
反射率因⼦Z值的⼤⼩，反映了⽓象⽬标内部降⽔粒⼦的尺度和数密度，反射率越⼤，说明单位体积中，降⽔粒⼦的尺度⼤或数量多，亦即反映了⽓象⽬标强度⼤。
反射率因⼦（回波强度）：Z??N(D)D6dD63即反射率因⼦为单位体积内中降⽔粒⼦直径6次⽅的总和。
天气雷达_精品文档
天气雷达天气雷达是一种用来探测和追踪天气现象的仪器。
它可以通过无线电波的反射和散射来确定附近的降水、风暴和其他天气现象。
天气雷达的使用广泛，不仅用于天气预报，还可以在气象灾害警报和航空领域等方面发挥重要作用。
天气雷达的工作原理是由无线电信号发送和接收的方式来实现的。
雷达发送出的无线电波会遇到附近的降水或其他物体，并被物体反射回来。
雷达接收到返回的信号后，通过分析信号的强度、频率和速度差来确定降水的位置、强度和移动方向等信息。
天气雷达的主要组成部分包括发射器、接收器、天线和信号处理系统。
发射器将无线电信号发送到天空中，形成一个无线电波束。
当波束与降水或其他物体相遇时，部分能量会被物体散射回来并被接收器接收到。
接收器将接收到的信号传输到信号处理系统，进一步处理和分析数据，然后将结果以图形或数字形式显示出来。
天气雷达可以提供许多有用的信息，如降水的类型、强度和移动速度等。
这些信息对于天气预报和气象灾害预警非常重要。
通过分析雷达数据，气象学家可以确定预测降水的时间、地点和强度，以及风暴和龙卷风等天气现象的发展趋势。
这使得天气预报更加精确可靠，并有助于采取适当的预防措施。
除了天气预报，天气雷达还在航空领域发挥着重要作用。
机场和航空公司可以利用雷达数据来监测飞行线路上的天气情况，以便做出适当的调整。
这有助于提高飞行安全性，并避免由于恶劣天气条件造成的延误和事故风险。
此外，天气雷达还可以用于气象研究和气候模拟等领域，为科学家提供详细的天气和气候数据。
然而，天气雷达也存在一些局限性。
由于无线电波的传播特性，雷达的有效范围通常有限。
此外，复杂的地形、建筑物和植被等因素也可能影响雷达信号的质量和可靠性。
因此，在一些偏远地区或具有复杂地貌的地区，天气雷达的使用可能会受到限制。
总的来说，天气雷达是一种重要的气象设备，用于探测和追踪天气现象。
它的使用广泛，不仅对天气预报和气象灾害预警有帮助，而且在航空领域和科学研究中也起着重要作用。
气象雷达探测原理简析
气象雷达探测原理简析气象雷达是一种用来探测大气中降水、云体、风场等信息的重要设备。
它通过发射微波信号，接收回波信号，并对其进行分析和处理，得出有关大气变化的数据，以便气象预报和气象研究等方面的应用。
本文将就气象雷达的探测原理进行简析，以便读者更好地了解其工作原理和应用原理。
1. 气象雷达的工作原理气象雷达的探测原理主要依靠反射原理。
雷达向大气中发射微波信号，当信号遇到了云层或降水等物体，就会被部分或全部反射回来，回波信号会被雷达接收并记录。
这些回波信号的反射强度与云体或降水的特性有关，如其大小、形状、密度、含水量等等。
因此，通过对回波信号进行分析和处理，就能够了解到大气中云体和降水的情况，并从而进行气象预报和研究等工作。
2. 气象雷达的组成和特点气象雷达主要由发射机、接收机、发射天线和接收天线等组成。
发射机产生微波信号，经由发射天线向空气中发射出去；接收天线接收回波信号，经由接收机放大、处理等，最后反映到显示屏上。
其中，发射机需要高功率、高稳定性和快速调制等能力，以便发射强信号；接收机需要高信噪比，以便接受弱信号并获得高分辨率的回波信号。
气象雷达的特点是能够对大气中云体、降水和其他大气变化进行实时、高精度地探测和监测。
其能够在远距离和广范围内进行探测工作，并能够快速反映气象变化，以协助气象预报和防灾减灾等工作。
同时，气象雷达也可以与其他气象设备（如气象卫星、民用雷达等）配合使用，进行更加全面、深入的气象监测和预报工作。
3. 气象雷达的应用原理气象雷达主要应用于气象预报和气象研究等方面。
在气象预报中，气象雷达可以实时监测大气中的云体和降水，以预报未来天气情况。
通过对云体和降雨的形态、密度和降水量等特性进行分析和处理，可以获得更加准确和精细的预报数据，为公众和决策者提供重要的气象信息。
在气象研究中，气象雷达可以对大气中的云形态、降水分布和风场等进行实时监测和分析。
通过对回波信号的处理和分析，可以得出关于云体和降水特性、风速和风向等信息，为气象科学家和研究人员提供关键的数据和资料，以推动气象研究的进展和发展。
天气雷达的工作原理ppt课件
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。
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５、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。
距离仰角显示器是显示云 和降水的垂直结构的显示器。 由于距离高度显示器只能在低 仰角下使用，如711雷达和7l3 雷达在作距离仰角显示时，天 线的最大仰角只分别为32０和 29０，这样的仰角看不到近距 离天顶附近的云雨情况，为了 解近距离天顶附近的云雨情况 和结构，某些天气雷达(国产 713雷达)可以作“距离仰角显 示”，这种显示器简称为REI
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），
(Rang Elevation Indicator) .
横坐标为距离，纵坐 标为高度，垂直坐标尺度 和水平坐标尺度一样，因 此它没有距离高度显示器 那样出于两个坐标尺度不 一样而引起的失真。 23
等高平面位置显示器(CAPPl)
平面位置显示器只是在仰角为０时得到降水目标 的平面分布，仰角大于０时得到的是一个远处高近 处低的漏斗面上的云雨分布。为了解不同高度上的 云和降水分布，了解降水发生发展的三度空间情况， 人们使用了 “等高平面位置显示器”，简称 CAPPI(Constant Altitude PPl)。等高平面位置显 示器能够显示不同高度平面上的云雨分布
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常规天气雷达仅能提供反射率 因子资料。多普勒天气雷达将提供 两种附加的基本资料，径向速度和 速度谱宽，它们将增强对强风暴的 探测能力，也能改进对中尺度和天 气尺度系统的预报。
体扫模式 (VCP:Volume Cover Pattern） 扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角，
而具体是哪些仰角则由体扫模式来规定。WSR-88D 可有20个不同的VCP，目前只定义了其中的4个： VCP11 -- VCP11（scan strategy #1，version 1） 规定5分钟内对14个具体仰角的扫描方式。 VCP21 -- VCP21（scan strategy #2，version 1） 规定6分钟内对9个具体仰角的扫描方式。 VCP31 --- VCP31 （scan strategy #3，version 1）规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。 VCP32 --- VCP32（scan strategy #3，version 2）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。 WSR-98D未定义VCP32。
自相干多普勒天气雷达结构框图
全相干多普勒天气雷达结构框图
fo 发射脉冲的载频 fd 多普勒频率
发射频率 Vs 多普勒频移
发射频率 多普勒频移
中国新一代天气雷达系统简介
• 1、雷达数据采集系统（RDA） • 2、雷达产品生成子系统（RPG） • 3、主用户处理器子系统（PUP）
雷达的三部分
雷达站
在这里稳定是非常重要的，产生的每个脉冲 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fd脉冲被产生，就被送到天 线。
全相干发射机
天线
天线是RDA的一个部件，它将发射机产 生的RF信号以波束的形式发射到大气并接受 返回的能量（粒子的后向散射能量）。
WSR-88D雷达的天线仰角范围:-10~600。天 线仰角的设置取决于天线的扫描策略（scan strategy 共 有 三 种 ） 、 体 扫 模 式 （ volume coverage pattern ： VCP ） 和 工 作 模 式 （operational mode 分为晴空和降水两种模 式）。 雷达操作员不能手动调节天线仰角， 天线仰角只能通过上述三要素预设。
一、天气雷达工作原理
• 天气雷达间歇性地向空中发射电磁
波列（称为探测脉冲），它以近似 直线的路径和接近光速在大气中传 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）在屏幕回波图上显示出气象目 标的空间位置和特征
天气雷达原理示意图
天气雷达组成框图
天气雷达主要技术参数
1、波束宽度θ 2、天线增益G 3、天线有效面积Ac 4、脉冲长度h、脉冲宽度τ 5、脉冲重复周期T(PRT) 6、脉冲重复频率PRF 7、最大探测距离Rmax、
天气雷达波段、频率、波长关系表
波段 KXLeabharlann C S频率(千兆 波长(厘
赫)
• 相干波:两束振幅、频率和相位完全相同的电 磁波称为相干波。
• 相干发射：发射出振幅、频率和相位完全一样 的脉冲波，所以各个脉冲之间是相干的。
• 全相干多普勒天气雷达：它的发射主控信号频 率由稳定的晶体振荡器产生，保证发射的高频 相干。它的相干性能好，地物消除能力强。
• 半相干（伪相干）多普勒天气雷达：它是通过 对发生信号采样，与本振混频以及锁相技术， 以保证中频相干，达到测量频率变化，它的发 射部分采用同轴磁控管。它的相干性能差，消 除地物的能力较全相干多普勒天气雷达差。
第一章 天气雷达的基本工作原理
和主要设备、主要参数
重点掌握：多普勒天气雷达最大不模糊速度及距离、多普勒频率 参数：PRF、PRT、h、θ、Vr、Vrmax、Rmax、τ、fD 及各计算公 式
一、天气雷达的基本工作原理 二、天气雷达的组成和主要技术参数 1、天气雷达的组成 2、主要技术参数 三、多普勒天气雷达工作原理 1、多普勒天气雷达概述 2、多普勒雷达探测原理 1）、多普勒效应 2）、多普勒频率 3）、多普勒频率与目标物径向速度的关系 4）、多普勒天气雷达原理方框图 3、回波信号的多普勒频谱分析 4、多普勒天气雷达的最大不模糊速度与最大不模糊距离（包括： Vr、VT互求） 5、速度模糊现象的主观识别 6、速度退模糊方法
多普勒效应是奥地利 多普勒效应
物理学家 J.Doppler1842年 首先从运动着的发声 源中发现的现象，定 义为“当接收者或接 收器与能量源处于相 对运动状态时，能量 到达接收者（器）时 频率的变化”。
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。
气象台值班室
RDA
RPG
PUP
雷达数据采集系统（RDA）
采用脉冲多普勒体制的全相干系统 • 速调管放大、高功率全相干发射机 • 窄波束低旁瓣的天线 • 低噪声宽动态范围的相干接收机 • 多参数的信号处理器 • 主要参数的自动检测
发射机
取得雷达数据的第一步是发射一个射频f0信号。 这主要由速调管放大器（相当于老式雷达中的的磁 控管）来完成。该放大器产生一个高功率（峰值功 率750kw）非常稳定的10厘米的射频（f0）脉冲。
米)
备注
12-40
8-12 4-8 2-4
2.5-0.75
4-2.5 8-4 15-8
测非降水 云
探测降水
探测降水
探测降水
常用天气雷达的主要技术参数
波束宽 度
天线增益G
雷达的 PPI 扫描方式
PPI 显示结果的空间分布
多普勒天气雷达工作原理
多普勒天气雷达
常规数字化天气雷达利用的是降水回 波的幅度信息，即利用信号强度来探测雨 区的分布、强度、垂直结构等。