雷达气象总复习

前言1) 按遥感方式划分，天气雷达属于主动遥感设备或有源遥感设备。

2) 我国目前已经布网了160多部新一代多普勒天气雷达。

按波长划分，已布网的新一代多普勒天气雷达有S 波段和C 波段两种类型，S 波段雷达部署在大江大河流域及沿海地区，C 波段雷达部署在东北、西北、西南等内陆地区。

3) 天气雷达起源于军事雷达，最早出现天气雷达是模拟天气雷达。

4) 天气雷达最常用的扫描方式有PPI 扫描、RHI 扫描和VOL 体扫描。

5) S 波段天气雷达波长在10cm 左右；C 波段天气雷达波长在5CM 左右；X 波段天气雷达波长在3cm 左右第1章散射1) 散射是雷达探测大气的基础，大气中引起雷达波散射的主要物质有大气介质、云和降水粒子。

2) 粒子在入射电磁波的极化作用下，做强迫的多极震荡而产生次波就是散射波。

3) 什么是瑞利散射及瑞利散射的特点？当 α <0.13时，发生瑞利散射当 α >0.13时，发生米散射当θ = 0º 或 180º 时.表明粒子的前向和后向散射为最大;当θ = 90º 或 270º 时.表明粒子没有侧向散射。

若θ = 0º 或 180º，则表明其在 Y-O-Z 平面内各向同性散射。

4) 什么是米散射及米散射的特点？散射波的能流密度是各向异性的，大部分散射能量集中在θ = 0º 附近的向前方向上，且α 值越大，向前散射的能量占全部散射能量的比重越大；2rD ππαλλ==其中λ 为雷达波长， r 为粒子半径， D 为粒子直径5) 雷达截面也称作后向散射截面，它的大小反映了粒子的后向散射能力的大小，雷达截面越大，粒子的后向散射能力越强。

6) 什么是雷达反射率η？单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和称为雷达反射率。

7) 相关研究表明，对于小冰球粒子，其雷达截面要比同体积小水球的小很多；对于大冰球粒子，其雷达截面要比同体积大水球的大很多；8) 晴空回波产生的原因是什么？湍流大气（折射指数不均匀）对雷达波的散射作用；大气对雷达波的镜式反射（大气中折射指数的垂直梯度很大）。

9)雷达反射率因子Z 及与雷达反射率的差异？A.雷达反射率与波长有关B.雷达反射率因子与波长无关，大小只取决于云雨滴谱的情况第2章衰减1) 造成雷达电磁波衰减的物理原因是散射和吸收。

2) 造成雷达电磁波衰减的主要物质有大气、云和降水。

3) 水汽和氧气对电磁波的衰减作用主要是吸收4) 云滴对雷达波的衰减随雷达波长得增加而减小。

5) 雨对雷达波的衰减一般与降水强度成近似的正比关系第三章 雷达气象方程1) 什么是天线增益G ？定向天线最大辐射方向的能流密度与各向均匀辐射天线的能流密度之比，称为天线增益，用符号G 表示。

2) 天线增益的物理意义由方向性天线把辐射能量集中到某个方向上,使这个方向上的辐射能流密度增加为各向同性天线的 G 倍。

3) 有效照射深度由雷达脉冲宽度决定，其值为脉冲宽度的一半。

4) 有效照射体积除了与有效照射深度有关外，还取决于雷达波束的几何形状。

5) 充塞系数除了与云和降水有关外，还取决于目标物距雷达的距离和雷达波束宽度有关。

6) 解释雷达气象方程60()(1.29)Z n D D dD ∞=⎰02220.222231101024(ln 2)2R kdR t r PG h m P Z R m θϕψπλ--⎰=⨯+， 各物理参数的意义。

Pr ：雷达回波功率，Pt ：雷达发射功率，G 天线增益，θ水平波束宽度，ψ垂直波束宽度，h 脉冲宽度，λ波长，Ψ充塞系数，R 目标物到雷达的距离，m 负折射指数因子，Z 雷达反射率因子，k 衰减系数7) 说明雷达气象方程中各物理参数在雷达探测中的作用。

a 关于发射功率P r增大发射机的功率要视具体情况而定。

b 关于脉冲宽度 h增大 h ，回波功率增大，可以提高探测距离；增大 h ，使雷达的分辨率降低，盲区增大；解决办法：或者采用适当的脉冲长度，或者采用可变的脉冲长度。

c 关于波束宽度增大波束宽度不仅会使天线发射的能量更加分散，减弱回波能量；而且很难保证距离较远处的充塞程度；d 关于天线增益 G增大天线增益是提高雷达探测能力的一个重要途径，但在波长不变的情况下提高其几何截面积可以实现 G 的增大，但太大又使其转动性能、抗风能力下降；第4章 折射1) 什么是大气折射？光波或电磁波在大气中曲线传播的现象称为大气折射。

2) 折射产生的物理原因是光波或电磁波在不均匀介质中的传播速度不同而引起的。

3) 折射指数N 随气压P ,水汽压e 的增大而增大，随温度的减小而增大。

4) 实际大气的N 值一般随高度的增加而减小。

5) 什么是等效地球半径'm R ？由于大气折射，雷达波的传播路径通常是弯曲的，不利于计算和分析。

为此，假设地球半径m R 加大到某一数值'm R ，使得电磁波在以'm R 为半径的球面上沿直线传播时的最大探测距离与其在真实地球表面沿曲线传播时的最大探测距离相同，则称'mR为等效地球半径。

6) 常用的折射指数单位，除了N单位外，还有M单位和B单位。

7) 用文字描述或示意图方式，解释说明雷达电磁波在大气中折射的几种形式，及每种折射形成的条件。

第5章雷达探测能力和精度1) 用测高公式2sin2'mRH h RRδ=++,计算下面两种情况回波的高度H。

1：雷达架设高度为158m，在标准大气折射情况下，即等效地球半径为8500km，在1.0度仰角的PPI回波图中，有一强回波，回波的位于（32度，150km），请计算该回波的高度H（四舍五入保留小数点后两位）。

sin(1.0)0.018sin(32.0)0.530≈≈2：雷达架设高度为1.2km，在临界大气折射情况下，在0.0度仰角的PPI回波图中，有一强回波，回波的位于（15度，100km），请计算该回波的高度H（四舍五入保留小数点后两位）。

sin(15.0)0.259≈2) 什么是雷达分辨率？雷达在屏幕上所能分辨的两个目标物的最小实际距离。

3) 雷达的空间分辨率可以分成径向分辨率和切向分辨率；径向分辨率与脉冲长度等有关；切向分辨率与波束宽度等有关；4) 一般来说雷达的径向分辨率要比切向分辨率高。

第7章雷达定量测量降水1) 解释说明雷达估测降水的原理。

由于雷达反射率因子Z 和雨强I 都与雨滴谱分布有关，即Z 和I 都与雨滴直径D 和雨滴数浓度N(D)有关。

Z 正比于雨滴直径的6次方，R 正比于雨滴直径的3次方，因此可建立Z-I 关系式，即b Z aI =，a,b 为系数，由于雷达可以探测获得雷达反射率因子Z ，通过Z-I 关系式，就可得到雨强I 。

2) 雷达估计降水的误差原因。

主要原因是Z-I 关系不稳定，相同的雷达反射率因子Z 可能对应不同的雨强I ，或者相同的I 可能对应不同的Z 。

Z-I 关系中的a ，b 系数随地区、季节、降水类型的不同而不同。

Z 测量误差①固定地物杂波： 地物杂波为静止的或近似静止的非气象目标物的回波。

如果这些能量不被滤掉，并输入Z-I 方程，那么在地物杂波范围内降水量是过高估计的。

②超折射地物杂波： 这些由超折射引起的地物杂波包含在Z-I 方程里，就象正常地物杂波那样会引起降水的过量估计。

③波束部分充塞： 波束部分充塞一般对距离雷达较远的气象目标是个问题。

④湿的天线罩： 如果天线罩被大雨或部分冻雨弄湿，雷达会低估较远处目标物的降水强度，因为雷达电磁波被湿天线罩衰减。

⑤不正确的硬件定标： 不正确的硬件定标会影响降水估计的准确性。

Z-I 关系误差Z-I 关系是半经验公式，由于因此，雨滴直径D 的改变，引起降水强度I 发生变化的同时，反射率因子Z 会产生更大的变化。

降水在波束以下的影响误差①强水平风： 强水平风（云底以下的）把降水吹得远离了样本目标物的正下方的位置，吹到另一个完全不同的样本目标物的下方了。

②雷达波束下面的蒸发： 雷达波束下的蒸发会引起雷达对实际落到地面降水的过高估计。

极端的例子是番状云，雷达在云里的估计相对准确，但到达地面是小雨或无雨。

这情况在西部地区频繁发生。

③在雷达波束下的并合： 在雷达波束下的合并最可能发生在热带地区，但在美国大陆的许多地方也有发生。

在这种情况下雷达会低估降水率，因为热带气团中大量的小水滴被雷达波扫到60()Z n D D dD ∞=⎰()()max 30(7.5)6j D j j j D I N D D v D D π==∆∑了，但当它们降落到雷达波束下面时开始碰撞增长。

最高的dBZ 值经常发生在风暴较低部位，雷达扫描线以下。

其它来源：误差产生原因很多，异常复杂。

其它因素还有，衰减、折射、地物阻挡、零度层亮带、电磁干扰、冰雹污染、旁瓣假回波、二次回波（距离模糊）...3) 用雨量计实时校准,可减小雷达估测降水的误差。

请简单说明三种常用的雨量计校准方法。

4) ①距离加权法 ②卡尔曼滤波法卡尔曼滤波器由一系列递归数学公式描述。

它们提供了一种高效可计算的方法来估计过程的状态，并使估计均方误差最小。

卡尔曼滤波是线性无偏最小方差递推滤波。

③、变分校准法第9章雷达回波强度的识别与分析1) PPI 扫描是固定仰角，雷达在360度方位上做圆锥面扫描。

2) VOL 体扫描，多仰角PPI 组合扫描。

3) 雷达回波分非气象回波和气象回波，其中气象回波又分为降水回波和非降水回波。

4) 非气象回波主要是地物、鸟类、昆虫、海浪等非气象目标物对雷达电磁波的散射或反射而引起的，或者是由于雷达的性能引起的虚假回波。

5) 地物回波的特点？回波边缘特别清晰，位置固定不变，且回波和地物所在的位置是一致的。

6) 降水回波分为三类，层状云连续降水回波（片状回波）、对流云阵性降水（块状回波）、积层混合云降水（絮状回波）。

7) 零度层亮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。

8) 什么是零度层亮带？它的产生原因是什么？零度层亮带：在实际大气温度0℃以下300－500m 形成一个回波强度强的亮带。

是层状云连续降水的标志。

A 融化作用 ：在冰晶或雪花掉到0℃层以下融化成水滴的过程中，表面常先溶化并形成有一定厚度的水膜，其介电性质与水相同，由冰融化成水，介电常数大约增加20倍左右，经计算，这个作用可使雷达散射能力增加5倍左右。

()l l l l P W r r 为基准雨量点处的校准因子，是由r 决定的权重因子，是各基准雨量距该网格点（i,j ）的距离()(,)(7.24)()l l l W r P p i j W r =∑∑B碰并聚合效应：粒子在下降溶化过程中，有强烈的碰并聚合作用，在大多数情况下，能碰并聚合50—100 个粒子，甚至更多。