多普勒天气雷达资料分析
多普勒天气雷达风场资料的分析和应用
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2006年4月11日21:13雷达 回波，机场出现强雷雨
平均转动速15M/S，核区 直径超过10KM，是气旋 式辐合
气旋式 辐合
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一 速度场分布的特征（续）
2.强对流天气型（续）
⑤近地层辐散型
概念（近地层辐散型是指50km范围 内，0.5º的速度图上，沿径向 排列的正负速度中心相距不远 （<10km）的速度偶，呈气旋 式辐散）
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冷式强飑线及镶嵌的超级单体造成强对流 大风
实况：先后有龙胜、兴安、临桂、 桂林4个站出现了大于17m/s的雷 雨大风天气，灌阳出现了龙卷， 荔浦县有四个乡镇出现大冰雹。 桂林本站大风风速在17时01分达 到19m/s，为阵风8级，伴有强雷 暴和强降水，一小时雨量达26mm。 飑线来临，桂林的气温由34.4℃ 下降到22℃，相对湿度由45％突 升到100％。 强对流天气给桂林市的航空、道 路、供电、商业、建筑和农业等 部门都造成了巨大损失。
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主要内容
一、 基本速度的分布特点
1.暴雨型
2.强对流天气型
①大风区型
②逆风区型
③中气旋型
④中尺度辐合型
⑤近地层辐散型
二、风廓线的特征
三、风场反演资料的特征
四、应用风场资料的几个要点
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一 速度场分布的特征
1.暴雨型 速度场中低层负速度面
积大于正速度的面积 （辐合 ） 零速度线呈“S”型和反 “S”型分布（冷暖平流） “牛眼”（急流，风速 随高度先增后减） 风向发生改变 （风切变） 右图是2004年4月7日湖 南暴雨过程， “牛眼” 维持达8h之久 ，长沙站 8h累积降水量达147mm
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对于中小尺度对流系统，从 低到高很强烈的顺时针旋转， 6km以下气流旋转角度≥90º， 常出现大片的“ND”现象， 而且，“ND”现象高度变化 明显。中低层有很强的暖平 流，空中存在很强的垂直风 切变。
多普勒天气雷达技术在天气预报中的应用研究
多普勒天气雷达技术在天气预报中的应用研究天气预报一直是人们非常关注的话题，预报准确度越高，对人们的生产、生活、出行等方面的影响也就越大。
随着科技的发展，多普勒天气雷达技术被广泛应用于天气预报中，它的出现大大提高了天气预报的准确性，对社会的发展产生了积极的影响。
一、多普勒天气雷达的基本原理多普勒天气雷达是一种测量降雨信息的设备，它主要是以微波的特性来进行信号扫描，可以在室内通过电脑来进行分析。
它的基本原理是利用雷达波束的频率差异，来确定降水粒子的速度以及其运动方向。
当雷达波经过降雨粒子时，粒子所带有的速度会对雷达波的频差造成影响，从而使得雷达信号出现了“频移”。
二、多普勒天气雷达在天气预报中的应用在天气预报中多普勒天气雷达技术的应用，主要是用来分析和预测降雨的状况。
通过多普勒雷达技术，天气预报人员可以更准确地测量降雨强度、降雨率和降雨的时间等信息，并且可以及时掌握风向、风速和预计的强度。
同时，还可以通过雷达数据的分析，了解冰雹、飞沫、雾霾等特殊降水情况。
1.实时更新天气数据多普勒天气雷达的优势在于数据的实时更新，能够相对准确预报未来的天气情况。
在多普勒天气雷达的帮助下，气象专家和相关部门能够更加及时地掌握到天气情况的变化。
2.提高天气预报的准确性利用多普勒天气雷达技术，天气预报可以更加精准逼真。
天气预报人员可以对降水强度、降雨率、降雨时间以及降雨位置进行精准掌握，使得天气预报的准确度得到了大幅提高。
三、多普勒天气雷达技术在不同场合下的应用1.气象预警和预报通过多普勒天气雷达技术，我们不仅可以及时得知降水情况，还能对强雷暴、龙卷风等极端天气进行预警，有效避免了因恶劣天气带来的不利影响。
2.水利灾害预测多普勒天气雷达技术还可广泛应用于水利灾害预测中，如山洪、泥石流等。
通过精准测量降雨信息，可以及时发布预警信息避免灾害的发生。
3.农业生产多普勒天气雷达技术还被广泛应用于农业生产中，通过及时地获取降雨情况，可以为农民们提供更加精准的农业气象服务，帮助农民制定农业生产计划。
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。
一次飑线过程多普勒天气雷达资料分析
一次飑线过程多普勒天气雷达资料分析多普勒天气雷达（Doppler Weather Radar）是一种设备，可以用来检测大气中的气象现象，包括降水、风速和风向等。
它利用多普勒效应原理，通过测量大气中的回波信号的频率变化来判断目标的运动状态。
在一次飑线过程中，多普勒天气雷达的数据可以提供有关飑线的位置、强度、移动速度和方向等信息，帮助气象专家进行预测和分析。
多普勒天气雷达可以提供飑线的位置信息。
雷达可以在地图上显示出飑线的具体位置，帮助气象专家了解其范围和分布状况。
通过观察雷达图像，可以发现飑线的形状和延伸方向，从而进一步分析其特点。
多普勒天气雷达还可以提供飑线的强度信息。
通过测量回波信号的反射强度，可以了解飑线的降水量和云的密度。
强回波区域表示有较强的降水发生，而比较弱的回波区域可能表明降水较轻或可能处于下降阶段。
这些数据对于预测短时强降水和雷暴天气非常重要。
多普勒天气雷达还可以提供飑线的移动速度和方向信息。
通过连续观测雷达图像的演变，可以测算出飑线的移动速度和方向，并且预测其未来的行进路径。
这对于规划抢险救援行动和预警发布非常关键，可以提前做好准备和防范。
多普勒天气雷达还可以通过分析雷达图像的特征，提供飑线形成的可能原因和发展趋势。
通过观察飑线的反射特征和云团的垂直结构，可以推测出飑线的形成机制和演变过程。
还可以分析飑线在不同时间段的变化，掌握其发展趋势，并提前做好预报。
一次飑线过程中，多普勒天气雷达的资料分析对于了解飑线的位置、强度、移动速度和方向等信息非常重要。
这些数据有助于气象专家进行预测和分析，并提供决策支持，以应对飑线可能带来的恶劣天气影响。
一次飑线过程多普勒天气雷达资料分析
一次飑线过程多普勒天气雷达资料分析【摘要】本文旨在探讨一次飑线过程中多普勒天气雷达资料的分析方法及应用情况。
首先介绍了多普勒天气雷达的原理，解释了其在飑线过程中的重要性。
其次详细阐述了多普勒天气雷达在飑线过程中的应用场景和资料分析方法。
随后通过实际案例分析展示了雷达资料对于飑线过程的监测和预警的重要性。
最后对实际案例分析结果进行了详细讨论，并提出了对于飑线过程多普勒天气雷达资料分析的启示和未来研究展望。
通过本文的研究，可以更全面地了解多普勒天气雷达在飑线过程中的作用，为相关研究提供有益参考。
【关键词】多普勒天气雷达、飑线过程、资料分析、实际案例、结果讨论、启示、未来研究、研究背景、研究意义1. 引言1.1 研究背景飑线是一种多发生在热带和亚热带地区的强对流天气系统，具有持续时间长、剧烈的雷暴、强风暴等特点。
飑线过程对于农业生产、城市建设、交通运输等社会生活和经济活动都有着严重的影响。
多普勒天气雷达是一种利用多普勒效应原理测量大气中气象信息的仪器，能够实时监测和跟踪大气中的降水、风暴等参数。
在飑线过程中，多普勒天气雷达可以提供关键的气象资料，帮助预警部门及时发布预警信息，指导人们采取有效的防御措施。
在实际应用中，多普勒天气雷达资料的分析和解读是一个复杂而又关键的环节。
只有准确分析多普勒雷达资料，才能及时预测飑线的发展趋势和强度，从而有效减少可能带来的灾害损失。
对于飑线过程多普勒天气雷达资料的深入分析具有重要的意义和价值。
本文将结合多普勒天气雷达原理和实际案例，探讨多普勒天气雷达在飑线过程中的应用以及资料分析方法，旨在为更好地应对飑线过程提供参考和启示。
1.2 研究意义通过对多普勒天气雷达资料的分析，可以更准确地掌握飑线过程的发展情况，提前预警可能出现的极端天气现象，为相关部门提供及时有效的应对措施。
对飑线过程多普勒天气雷达资料的分析具有重要的研究意义，可以提高对极端天气事件的认识和预测能力，从而保障人们的生命财产安全，促进社会的可持续发展。
强对流天气中多普勒天气雷达和闪电定位资料的应用分析
强对流天气中多普勒天气雷达和闪电定位资料的应用分析摘要利用近30年观测资料统计分析安徽强对流天气的气候分布特征。
分析多普勒天气雷达和闪电定位资料在安徽强对流天气中的应用。
最后介绍了目前较为先进的NCAR自动临近预报系统中区域追踪技术（CTREC）和雷暴识别、跟踪、分析和临近预报技术（TITAN）以及这二种技术的应用能力。
主要结果和创新点如下：1 安徽省雷暴、雷雨大风、冰雹的气候时空分布特征:安徽的雷暴分布在地理位置上呈现出随纬度增加雷暴减少和山区多平原少的特征，说明雷暴与纬度、地形这二个因素有关。
在季节上表现为冬季少，夏季多，7月是一年中雷暴最多的月份，但气温仍较高的9月其雷暴迅速减少，减到与3月相近，说明雷暴的产生和地面气温有关，但地面气温只是其中的一个影响因素，更多的影响因子是一个值得研究的问题。
雷雨大风和冰雹易出现在山区（皖南山区和大别山区）和沿淮东部。
雷雨大风主要出现在4～8月， 7月最多，其次是8月。
冰雹主要出现在3～8月， 3月最多，其次是5月，虽然7月最易出现雷暴，但冰雹不是最多，主要原因可能是0℃层太高，既不利于冰雹的形成，也使冰雹在下落过程中容易融化掉。
2 多普勒天气雷达在2002年8月24日飑线过程的分析应用结果：（1）多普勒雷达上飑线回波呈现弓形，伴有雷暴出流边界。
飑线前沿与强回波相对应处有辐合或伴有中气旋。
（2）飑线中的雷暴群其垂直结构基本是一致的，呈现前倾结构。
（3）边界层辐合线对飑线中的雷暴新生和演变有较好的指示性。
首先边界层辐合线与雷暴之间距离的变化一定程度上可以预示未来雷暴强弱的变化：边界层辐合线快速远离雷暴时，雷暴将迅速减弱；距离变化不大时，雷暴一般也基本维持原来的强度。
其次边界层辐合线相交处易新生雷暴或使移到此处的雷暴加强。
3 多普勒天气雷达和闪电定位资料分析2003年7月8日安徽无为龙卷表明：(1) 这次F3级龙卷在强度场上不同于经典结论，而类似于普通雷暴（雷达反射率因子35dBZ～50 dBZ，回波顶高6～9km，这一特征在雷暴的临近预报中值得警惕）。
一次飑线过程多普勒天气雷达资料分析
一次飑线过程多普勒天气雷达资料分析引言：多普勒天气雷达是一种能够探测大气中降水、雷达回波和飑线等极端天气事件的重要仪器。
本文将对一次飑线过程中多普勒天气雷达所获取的资料进行分析，以揭示飑线过程的发展特征和演变规律。
一、飑线的定义与特征飑线是一种突然出现的高风速旋风，通常伴随着暴雨、冰雹和闪电等极端天气现象。
飑线通常发生在对流活动较为剧烈的天气系统中，对公众和农作物产生不小的危害。
对飑线过程进行监测和预警显得尤为重要。
二、多普勒天气雷达的工作原理多普勒天气雷达是一种基于多普勒效应的天气观测工具，能够通过接收雷达回波信号来获取降水的速度和方向信息。
这种雷达能够实时监测大气中的飑线和其他极端天气现象，并提供及时的预警信息。
三、分析过程在对一次飑线过程中多普勒天气雷达资料进行分析时，我们首先需要获取雷达回波信号，并通过对信号进行处理和解译，得到飑线的位置、速度和强度等信息。
接下来，我们利用雷达回波的径向速度和反射率来揭示飑线的演变特征。
通过对雷达回波的径向速度场进行分析，我们可以发现在飑线过程中的对流云团中具有明显的上升气流和下沉气流，这种气流运动对飑线的生成和发展起着重要的作用。
我们还可以观察到飑线中心区域的风速较大，飑线云团周围的风速逐渐减小，这种风速的分布特征是一次飑线过程的重要标志之一。
通过对雷达回波的反射率场进行分析，我们可以发现飑线云团中的反射率较高，这表明了云团中存在大量的降水和冰雹。
飑线发展的过程中，随着云团的不断发展壮大，反射率也会逐渐增加，这种反射率的变化规律可以用来预测飑线的持续时间和强度。
我们还可以通过多普勒天气雷达资料的时间序列分析来了解飑线的演变过程。
通过对不同时间段的雷达资料进行比较，我们可以揭示飑线的移动速度、移动方向和变化趋势，为飑线的预测和预警提供更加准确的信息。
四、总结与展望通过对一次飑线过程中多普勒天气雷达资料进行分析，我们可以揭示飑线的生成、发展和消散过程，为飑线的监测和预警提供科学依据。
多普勒天气雷达：原理、应用与收获总结
多普勒天气雷达：原理、应用与收获总结以下是多普勒天气雷达原理与应用课程的总结：1.雷达基本原理与组成雷达是一种利用无线电波探测目标的电子设备。
它通过发射电磁波，并接收目标反射回来的电磁波，根据反射回来的电磁波的特性，推断出目标的位置、速度、形状等信息。
雷达主要由发射机、接收机、天线和显示器等组成。
发射机产生高频电磁波，并通过天线向空间发射。
当电磁波遇到目标时，它会被反射回来并被天线接收。
接收机接收到反射回来的电磁波后，对其进行处理和分析，以推断出目标的位置、速度、形状等信息。
2.多普勒天气雷达原理多普勒天气雷达是一种专门用于探测天气目标的雷达。
它利用多普勒效应原理，测量目标的速度和方向。
当雷达发射的电磁波遇到运动目标时，反射回来的电磁波的频率会发生变化。
多普勒天气雷达通过测量这种频率变化，可以推断出目标的速度和方向。
同时，根据反射回来的电磁波的振幅和相位等信息，还可以推断出目标的形状和大小。
3.多普勒天气雷达的应用多普勒天气雷达在气象领域有着广泛的应用。
它主要用于探测台风、暴雨、冰雹等恶劣天气，为气象预报和灾害预警提供重要依据。
此外，多普勒天气雷达还可以用于空气质量监测、气候变化研究、航空航天等领域。
4.课程收获与总结通过学习多普勒天气雷达原理与应用课程，我们了解了雷达的基本原理和组成，以及多普勒天气雷达的工作原理和应用。
我们学会了如何利用雷达数据分析和推断天气信息，并掌握了雷达在气象领域中的应用方法和技巧。
在本课程中，我们学习了很多有用的知识和技能，包括：雷达方程和散射截面、电磁波的传播特性、多普勒频移和速度估计、气象目标的识别和处理等。
这些知识和技能不仅可以帮助我们更好地理解雷达的工作原理和应用，还可以为我们的后续学习和工作打下坚实的基础。
总之，学习多普勒天气雷达原理与应用课程，不仅让我们深入了解了雷达的工作原理和应用，还提高了我们的数据处理和分析能力，为我们的后续学习和工作打下了坚实的基础。
雷达气象学原理多普勒天气雷达
多普勒天气雷达除此之外，还可利用 降水回波频率与发射频率之间变化的信 息来测定降水粒子的径向速度，并通过 此推断风速分布，垂直气流速度，大气 湍流，降水粒子谱分布，降水中特别是 强对流降水中风场结构特征。
以前，用常规天气雷达进行的天气预报 仅仅使用反射率因子资料。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。
多普勒频率与径向速度的关系
假设多普勒雷达发射脉冲的工作频率为f0，目标与雷达的距
离为r，则雷达波发往目标到返回天线所经过的距离为2r。这 个距离用波长来度量，相当 个波长；用弧度来衡量相当于 个弧度。若所发射的电磁波在天线处的位相为 ，那么电磁波 被散射回到天线时的相位应是
位相的时间变化率
由于目标物的径向运动引起 的雷达回波信号的频率变化，它 就是多普频移或多普勒频率。
多普勒雷达是通过直接测量多普勒 频率来得到径向速度的吗?
4.2 多普勒雷达径向速度探测方法
Pulse-Pair Method 脉冲对方法
取两个连续的脉冲然 后测量接收脉冲的相位， 这种脉冲对位相变化可以 比较容易并且比较准确地 测量
DΦ/dt 实际上就是角 速度 = w = 2πfd
假定当第一个脉冲遇到目标物时，该目标物距雷达的距离为r，则该目标物 产生的回波到达雷达时的位相为：
2、平均多普勒频移及频谱宽度
3、平均多普勒速度和速度谱宽度
注意：脉冲对方法并没有从回波信号中提取频谱或功率谱，从而 不能按以上公式计算和，而是直接对回波信号作简便计算求得。
(8.43)
影响速度谱宽的气象因子
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。谱宽可以用做速度估计质量控制的工具：当谱宽 增加，速度估计的可靠性就减小。对气象目标物而言，影响谱 宽的主要因子有四个：
2024年6月8日西宁冰雹个例的多普勒天气雷达资料分析
2024年6月8日，西宁市遭受了一次罕见的冰雹袭击。
冰雹是一种降水过程，水滴在云层中的上升运动过程中遇到上升气流，形成了冰雹核，核心团聚形成冰雹粒子，最终坠落到地面。
这次冰雹事件给西宁市造成了巨大的损失，因此对这次冰雹事件进行详细的多普勒天气雷达资料分析对于未来类似事件的预警和防范具有重要意义。
多普勒天气雷达是一种有效的天气监测工具，它可以测量降水中的速度和方向。
对于冰雹事件的分析，首先需要观察雷达图像中的回波强度和速度。
通过分析强度可以确定降水的强弱以及冰雹的大小，而通过分析速度可以了解降水核心的运动特点。
在这次冰雹事件中，根据多普勒雷达图像可以观察到强降雨和强回波集中分布的特点。
强降雨是冰雹事件的重要特点之一，它是降水核心快速下降并与地面发生碰撞形成冰雹的结果。
强回波则说明冰雹粒子的密度较高，有着较高的雷达反射信号。
通过观察雷达图像中的强回波分布，可以确定冰雹的路径和范围，从而为后续预警提供依据。
除了强回波和强降雨外，冰雹事件还伴随着较高的雷达回波速度。
冰雹粒子比普通降水粒子更重，因此在下降途中速度较快。
通过分析雷达图像中的速度场，可以对冰雹核心的运动特征进行进一步研究，例如速度的分布、核心的演变等。
这些分析可以帮助预测冰雹的时间、位置和范围，从而提供更准确的预警信息。
此外，多普勒天气雷达还可以测量降水核心的径向速度。
通过分析径向速度的变化，可以了解降水核心周围垂直气流的分布情况。
冰雹的形成需要强上升气流的支持，因此通过分析速度和径向速度的变化可以了解降水过程中上升气流的特性。
这些分析有助于进一步研究冰雹的形成机制和发展规律。
总结而言，对于2024年6月8日西宁冰雹事件的多普勒天气雷达资料进行分析，可以从回波强度、速度、径向速度等多个方面了解冰雹的发展过程和特征。
这些分析结果可以为未来类似事件的预警和防范提供重要依据，有助于减少损失并保护人民群众的生命财产安全。
同时，对于冰雹事件的研究也有助于深入理解降水过程和气象灾害的形成机制，为天气预报和灾害预警提供更准确的依据和预测能力。
多普勒天气雷达产品的识别与分析(天气雷达基础知识)
3.2 强对流天气发生的背景环境
• 大气垂直稳定度 • 水汽条件 • 抬升 • 垂直风切变
3.3 垂直风廓线及其对对流风暴的作用
• 普通单体风暴的风向随高度的分布杂乱无章，基本上是一 种无序分布，而且风速随高度的变化也较小；
• 多单体强风暴和超级单体风暴的风向风速随高度变化分布 是有序的，风向随高度朝一致方向偏转，而且风速随高度 的变化值也比普通单体风暴的大。
• 影响速度谱宽的主要因子有四个： 1. 垂直方向上的风切变； 2. 大气的湍流运动； 3. 不同直径的降水粒子产生的下落末速度的不均匀分布； 4. 由波束宽度引起的横向风效应。
1.8 标准大气雷达测高公式 • H=h0+R*sinθ+R2/17000，单位：千米
1.9 PPI图上距离与高度
1.10 天气雷达的局限性
衰减的暂时的解决办法
• 结合S波段雷达使用 波长:10cm, 强天气的衰减不明显
衰减的暂时的解决办法
课间休 息
3、多普勒天气雷达识别对流风暴及其强烈天气
单元重难点： • 1、风暴的运动 • 2、对流风暴的模型 • 3、个例分析
3.1 对流风暴的分类
普通单体风暴 多单体风暴 超级单体风暴 线风暴（飑线）
• 多普勒频移与目标物在雷达径向方向上的速度分量v有关，满足如下 关系： fd= 2v∕λ (式中λ是雷达波长，fd是多普勒频移)
• 多谱勒速度是径向速度，垂直于雷达波束的速度分量（切向速度）不 能直接测量。
1.7 多谱勒速度谱宽W
• 多谱勒速度谱宽 表征着雷达有效照射体积内不同大小的多谱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。
1.1 天气雷达基本结构
多普勒天气雷达资料分析与应用
引言
• RADAR
• RAdio Detecting And Ranging
• WSR－88D
• Weather Surveillance Radar 88 Doppler
• CINRDA/SA，SB，SC；
• S:10cm，A敏视达，B14所，C成都七八四厂
• CINRDA/CD，成都七八四厂生产 CINRDA/ CC，CCJ 安徽四创生产
0
5 4
m2 1 2 m2 2 Z
大粒子散射
对于不满足瑞利散射条件的降水粒子，根据雷达气象 方程求得的 Z 值就不能代表降水的实际谱分布情况， 只能是等效的 Z 值，记为 Ze ，称为等效雷达反射率 因子。
等效反射率因子Ze:
• 用瑞利散射公式计算大粒子的反射率因子
• 能够产生同样回波功iN1率PrM，i 与小球45粒mm子的22 反 射12 率2 Z因e子等效的Z值。
天气雷达的基本工作原理
• 天气雷达间歇性地向空中发射脉冲式的电磁波，电 磁波在大气中以接近光波的速度、近似于直线的路 径传播，如果在传播路径上遇到了气象目标物，脉 冲电磁波会被气象目标物向四面八方散射，其中一 部分电磁波能被散射回雷达天线（称为后向散射）， 在雷达显示器上显示出气象目标物的空间位置分布 和强度等特征。
• C：5cm
Weather Radar in China
• 中国气象雷达的概况 • 711型测雨雷达 - X • 713型测雨雷达 - C • 714型测雨雷达 - S • 多普勒雷达(714-CD, 3830，敏视达雷
达）
多普勒天气雷达的组成和探测原理
•一、多普勒天气雷达的工作原理 •二、雷达的 PPI 扫描方式 •三、雷达的三部分 •四、多普勒天气雷达的产品介绍 •五、短时预报常用的雷达产品
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。
一次典型超级单体风暴的多普勒天气雷达观测分析
一次典型超级单体风暴的多普勒天气雷达观测分析一次典型超级单体风暴的多普勒天气雷达观测分析引言天气现象一直以来都是人们所关注的重要话题。
其中，超级单体风暴作为一种破坏性极强的天气现象，其观测和分析对于天气预报和灾害防御具有重要意义。
本文通过多普勒天气雷达的观测数据分析一次典型的超级单体风暴，旨在深入探讨这一天气现象的特征与规律。
一、研究背景超级单体风暴是一种气象现象，具有高度的组织性和破坏性。
其形成的原因很复杂，涉及大气环流、水汽条件、地形等多个因素的交互作用。
对超级单体风暴的观测和分析，可以为天气预报和灾害防御提供重要依据。
二、观测数据描述本次观测使用了一台多普勒天气雷达。
雷达通过发送和接收微波信号，并通过多普勒效应观测云体内部的微物理参数和空气流动情况。
观测的时间为2022年7月10日19时至20时，雷达位置位于一个地势较高的区域。
三、数据分析与结果1. 降水特征分析通过多普勒雷达观测数据，我们可以定量地分析降水的强度、范围和演变特征。
本次超级单体风暴的降水特征如下：（1）降水强度：观测到的最大降水强度为每小时200毫米，表明该风暴具有极高的威力。
（2）降水范围：降水范围较大，半径达到50公里以上，且呈现出明显的辐合特征。
（3）降水演变：通过时间序列观测，我们发现降水强度在短时间内迅速增加，随后逐渐减弱。
同时，降水范围也有所变化，出现了一些明显的降水细胞。
2. 强风特征分析超级单体风暴不仅伴有剧烈的降水，还具有强风的特征。
通过雷达观测数据，我们可以对风场进行分析，得到以下结果：（1）风速分布：风场呈现显著的辐散特征，中心区域的风速最大，可达每秒50米以上。
（2）风向变化：观测数据显示，风的方向在风暴出现初期较为一致，但随着时间的推移，风向出现了显著的变化。
这种变化可能与雷达位置周围的地形和地表特征有关。
四、讨论与展望通过对多普勒天气雷达观测数据的分析，我们对一次典型超级单体风暴的特征和演变规律有了初步的认识。
多普勒气象雷达初步总结
典型的天气雷达特征单一Z 型雷达是已用了数十年的常规非相干脉冲雷达，并且至今仍非常有用。
多普勒雷达是新一代雷达，它为观测提供了新的维度，即提供径向速度的估值。
微多普勒雷达是为了更好地探测在非常有限区域内的小尺度微下击暴流和陆龙卷而研发的雷达，例如对航空终点场站空中航道的保护多普勒雷达具有确定发射脉冲与接收脉冲之间相位差的功能，这种相位差可用来测量粒子的平均多普勒速度，它表示在脉冲体积内水凝物的径向位移速度分量的加权平均反射率。
多普勒谱宽是该速度空间变率的度量，据此可表示云中风切变和湍流的某些特征。
多普勒雷达比常规天气雷达观测增加了新的重要参量，大多数新的雷达系统均具有这种功能。
作用已发现雷达观测最大的作用在于：(a)强天气探测、跟踪和预警；(b)天气尺度和中尺度天气系统的监视；(c)降雨量估值。
雷达的特性不可能对所有的应用都是理想的。
雷达系统的选择标准通常在满足某几项应用中达到最优化，但也可以指定最佳满足于特定的最重要的应用。
波长、波束宽度、脉冲长度和脉冲重复频率（PRF）的选择尤其重要。
因此，用户在确定雷达指标之前应当在应用和气候学方面仔细地考虑。
多普勒天气雷达的发展和引入，为气象监视的观测提供了一个新的维度。
多普勒雷达为在径向朝着或远离雷达方向的目标物速度提供了测量。
多普勒技术还有一个优点是当速度场能在含噪声的Z 场中区分出来时，对接近雷达噪声电平的低反射率目标有更高的灵敏度。
当气象目标处于正常速度时，频率漂移与雷达频率相比较小，很难测量。
一个较简单的做法是保持发射脉冲的相位，与接收到的脉冲的相位相比较，然后确定相继脉冲之间的相位变化。
相位随时间的变化量直接与频率漂移相关，它又相应与目标物速度相关—多普勒效应。
如果相位变化超过±180°，速度的估值是模糊的。
多普勒雷达能测得的最高不模糊速度是在超过四分之一波长的相继脉冲之间目标物移动的速度。
在更高的速度时，需要附加的处理步骤以重新获得正确的速度。
多普勒天气雷达资料分析及同化在暴雨中尺度天气系统数值模拟中的应用研究
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(整理)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。
多普勒天气雷达资料分析
全相干发射机
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）。SA雷达的天线仰 角变化范围是从0.5度到19.5度。天线仰角的设置 取 决 于 天 线 的 扫 描 方 式 （ 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。
180度。
Vmax
PRF
4
• 速度模糊：表现为从正、负速度的最大值 突变 为负、 正速度的最大值。
• 某一PRF最多只能测量12 PRF的多普勒频率，
f
Dmax
1 2
PRF
•
多普勒频率表达式为：f 代入上式，可得
D
2Vr
Vrmax
1*PRF
4
速度模糊示意图
VrT V Vrr 2 2n nV V rrm maax xV VrrTTV Vrrm maaxx
引言
• RADAR
– RAdio Detecting And Ranging
• WSR－88D
– Weather Surveillance Radar 88 Doppler
• CINRDA/SA，SB，SC；
– S:10cm，A敏视达，B14所，C成都七八四厂
• CINRDA/CD，成都七八四厂生产 CINRDA/ CC，CCJ 安徽四创生产
试论多普勒天气雷达资料在人工增雨中的应用
试论多普勒天气雷达资料在人工增雨中的应用1. 引言1.1 试论多普勒天气雷达资料在人工增雨中的应用在人工增雨领域，多普勒天气雷达资料的应用也越来越受到重视。
通过多普勒天气雷达可以及时发现云层内的微观结构和运动特征，为人工增雨作业提供精准的靶区选择和降雨监测。
多普勒天气雷达还可以实时监测人工增雨过程中的降水量和分布，为增雨效果评估提供客观数据支持。
本文将从多普勒天气雷达技术简介、人工增雨原理与方法、多普勒天气雷达资料在人工增雨中的应用案例、多普勒天气雷达在人工增雨中的优势、多普勒天气雷达资料在人工增雨中的局限性等方面，探讨多普勒天气雷达资料在人工增雨中的应用现状和发展趋势，为今后的相关研究和实践提供参考和借鉴。
2. 正文2.1 多普勒天气雷达技术简介多普勒天气雷达是一种特殊的雷达系统，它可以检测大气中的降水粒子的速度和方向。
与传统的雷达相比，多普勒天气雷达具有更高的分辨率和更准确的数据，因此被广泛应用于天气预报、气象研究以及人工增雨等领域。
多普勒天气雷达利用脉冲式雷达技术，通过发送一系列窄脉冲的雷达波束，然后接收被降水粒子反射回来的信号。
通过测量这些信号的频率变化，就可以得到降水粒子的速度和方向信息。
多普勒天气雷达还可以用来监测风暴演变的过程，预测暴雨、雷暴和冰雹等极端天气的发生。
多普勒天气雷达技术的发展已经取得了很大的进展，现在有一些先进的多功能多普勒天气雷达系统可以提供更多的气象数据和更精确的信息。
未来随着技术的不断发展，多普勒天气雷达将会更加普及和完善，为人工增雨等领域提供更好的技术支持。
2.2 人工增雨原理与方法人工增雨是一种利用人工手段促使云层中的水凝结成雨滴，促进降水的降落的技术。
主要原理是通过在云层中引入冷凝核或冰晶核，使云层中的水汽凝结或结晶形成云滴，从而增加雨滴数量和降水量。
人工增雨方法主要包括物理方法和化学方法两种。
物理方法包括飞机撒播物质到云层中、地面喷射云碱等；化学方法主要是通过向云层中投放云修改剂，改变云中的微观结构，促进云中水汽凝结成雨滴。
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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
c 2PRF
其中，Rmax为最大不模糊距离，c为光速，PRF为脉冲重 复频率 • 距离折叠（模糊）：超过最大探测距离的探测回 波在屏幕上就会产生距离模糊。
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2 最大径向速度与速度模糊
• 最大不模糊速度 Vmax：最大不模糊速度是雷达能够
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速度模糊示意图
VrT V Vrr 2 2n nV V rrm maax xV VrrTTV Vrrm maaxx
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三、雷达的 PPI 扫描方式
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PPI 显示结果的空间分布
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工 作 模 式 A： 降 水 模 式 使 用 VCP11 或 VCP21，相应的扫描方式分别为14/5 和9/6。
工 作 模 式 B： 晴 空 模 式 使 用 VCP31 或 VCP32，两者都使用扫描方式5/10。
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窄波束低旁瓣的天线
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接收机
当天线接收返回（后向散射）能量时，它 把信号传送给接收机。由于接收到的回波能量 很小，所以在以模拟信号的形式传送给信号处 理器之前必须由接收机进行放大。
• 一、雷达的三部分 • 二、多普勒天气雷达的工作原理 • 三、雷达的 PPI 扫描方式 • 四、多普勒天气雷达的产品介绍 • 五、短时预报常用的雷达产品
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一、雷达的三部分
雷达站
气象台值班室
RDA
RPG
PUP
一、雷达的三部分
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）
成
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•
多屏、多画面显示
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二、多普勒天气雷达的工作原 理
• 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、雨 区强度、垂直结构等情况。
• 同时，利用物理学上的多普勒效应来测定降水 粒子的径向(朝向雷达或远离雷达方向)运动速 度，并通过这种速度信息推断风速分布、垂直 气流速度、大气湍流、降水粒子分布、降水中 特别是强降水中的风场结构特征。
– 天线增益常以分贝(dB)形式表示：
分贝(dB) = 10×lg S 定向 S 各向均匀
S 定向—定向天线最大辐射方向上的能流密度； S 2020/3/22 各向均匀—各向均匀天线的能流密度；
天线扫描方式（scan strategy）
扫描方式告诉雷达在一次体积扫描（volume scan） 中 使 用 多 少 仰 角 和 时 间 。 WSR-88D 和 CINRAD WSR-98D 使用三种扫描方式：
1dBZ10lg1Zm mm m66//m m33 1dBZe 10lgZ1em m m m 66//m m 33
dBZ -Z (dBZe - Ze)的对应关系
dBZ(dBZe)
35
40
45
50
Z(mm6 /m3) 3.2×103 104
3.2×104
105
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55 3.2×105
雷达气象方程
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天气雷达的基本工作原理
• 天气雷达间歇性地向空中发射的脉冲式电磁波， 电磁波在大气中以接近光波的速度、近似于直线 的路径传播，如果在传播路径上遇到了气象目标 物，脉冲电磁波会被气象目标物向四面八方散射 ，其中一部分电磁波能被散射回雷达天线（称为 后向散射），在雷达显示器上显示出气象目标物 的空间位置分布和强度等特征。
Locating a Target
• The first piece of information is the angle of the radar beam with respect to north; called the "azimuth angle".
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相干接收机
信号处理 监控系统
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RDA监控计算机
2、雷达产品生成子系统（RPG ）
具有雷达产品生成、运行监控、数据库管理、系统内通 信等多种功能
• 气象应用产品：类似于美国NexRad导出产品 • 运行监控：运行模式、系统的自动标校、自动报警等
两类散射：Mie散射 (大粒子情况) Rayleigh散射（小粒子情况）
基本特点：Mie散射的前向散射较多 Rayleigh散射前后方向对称
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描述单个粒子后向散射能力的大小
雷达反射率，雷达反射率因子（粒子群）
雷达反射率定义：定义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，以 表示，即：
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。
功能 • 数据库管理：基数据、产品数据的存贮、分发等功能 • 通信管理：RDA、RPG、PUP间的窄带和宽带通信
等
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3、主用户处理器子系统（PUP ）
• 多屏、多画面显示气象应用产品图形图像功能 • 具有放大、动画、叠加等多种图像显示功能 • 通过人机交互方式设置系统运行模式和产品生
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天线与伺服 发射机 卫星通讯
信号处理器
接收机
宽带传输
监控系统
基数据
数据采集RDA
产品生成
存档
局域网或广域网
产品生成RPG
主控台
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主用户工作站
辅助用户工作站
用户处理PUP
1、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
常数 雷达参 距离因 充塞因 气象因 衰减因 项 数项 子项 子项 子项 子项
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距离折叠与速度模糊
1 最大不模糊距离与距离折叠 2 最大不模糊速度与速度模糊 3 多普勒两难
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1 最大不模糊距离与距离折叠
• 最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲
C R2
Z
， 可以方便的通过雷达回波功
❖ Z e 的意义
❖ 能够产生同样回波功率的、与小球形粒子的 Di6 相当的
Z 的数值；
❖ 引入 Z e 后，即使是较为复杂的Mie 散射，仍然可以使雷
达气象方程保持Rayleigh 散射时较为简单的形式。
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雷达反射率因子的分贝表示形 式
取 Z 0 =1 mm6 /m3为标准值，则：
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引言
• RADAR
– RAdio Detecting And Ranging
• WSR－88D
– Weather Surveillance Radar 88 Doppler
• CINRDA/SA，SB，SC；
– S:10cm，A敏视达，B14所，C成都七八四厂
• CINRDA/CD，成都七八四厂生产 CINRDA/ CC，CCJ 安徽四创生产
2
1
Z
4 m2 2
(1.30)
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大粒子散射
对于不满足瑞利散射条件的降水粒子，根据雷达气象 方程求得的 Z 值就不能代表降水的实际谱分布情
况，只能是等效的 Z 值，记为 Ze ，称为等效雷达
反射率因子。
等效反射率因子Ze:
– 用瑞利散射公式计算大粒子的反射率因子
iN 1Mi45
m2
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天线
• 天线增益：辐射总功率相同时，定向天线在最大辐射
方向上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θ指定天的线关在系水平：方向的波束宽度；
G 2
φ指天线在垂直方向的波束宽度。
在超高频技术中，一般天线的增益在几千到几万。
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全相干发射机
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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）。SA雷达的天线仰 角变化范围是从0.5度到19.5度。天线仰角的设置 取 决 于 天 线 的 扫 描 方 式 （ 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。
在其他仰角上只作一次扫描。在两次扫描中： 第一次发射低脉冲重复频率，观测范围大（
460km），为了避免速度模糊。 第二次发射高脉冲重复频率，观测的范围小（
230km），为了避免距离模糊。
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工作模式（Operational Mode）