多普勒天气雷达速度图的分析
多普勒天气雷达和偏振多普勒天气雷达
Vmax
• 速度模糊
PRF
4
速度的可能值 v-2nVmax或v+2nVmax
速度折叠
• Nyquist 间隔 –可分辨的速度范围 –最大不模糊速度±Vmax之间
• 如果粒子的径向速度超过了Nyquist 间隔，那么
11.天气多普勒雷达的应用
一、测量大气垂直速度
当多普勒雷达垂直指向天顶时，所测量的平均多普勒 速度实际上是有效照射体内粒子的平均下落木速度和 大气垂直速度之和。若能近似估计某一直径粒子的下 落末速度或所有粒子的平均下落末速度，则可根据实 测的平均多普勒速度算出大气的垂直速度。目前主要 有下三种测量方法。 速度谱低端法 w0-z关系法 综合测量法
假如有25个以上非零数据点（用户设定），算法用最小二乘法拟合这些点，可得到 一条正弦波曲线，正弦曲线的振幅表示水平风速，正弦曲线上的波谷（负值最大点） 所在方位角表示水平风向。
软件退折叠主要依据连续性原理，即在大气中风场的 分布总是连续的．因此，只要雷达的分辨率足够高、保证 风场的连续变化特征不会模糊掉，那么从理论上讲，在有 回波之处运用连续性原理，总可以从—点推得整个回波区 的速度值，因为速度的折叠总是使相邻库问的速度增加而 呈现出明显的突变，选择适当的N，使该速度梯度明显减 小时即可认为此时的速度值是实际速度。
二、测量滴的谱分布
当降水中气流的垂直运动速度W已知时，从5.1式可由雷达测得的多普勒平均径向速度， 计算出质点的下降末速度。由于质点的重力下降末速度与质点的直径之间存在着一定 的关系，由此便可以导出雨滴滴谱分布N(D)。本方法对稳定性降水效果较好，而对于 对流云降水效果则比较差。 当质点大小不等，下降速度不等，而气流垂直运动已知时，则先求质点下降末速度， 再求质点大小。
多普勒雷达速度图的初步探讨
图 ４ 中尺度 多普勒 速度 示意 图
５ 分析 速度 图要 注意 的几个 问题 （ ）多 普勒 雷达探 测到 的速 度是 回波 的径 向速 １
它看 成平 面 ， 点 十分重要 这 。 多 普勒 雷 达进 行 平面 扫描 时 ， 转进 行 采样 。 旋 采
一
／
一
＼
度 ． 非 降水粒 子 的实 际速度 。一般 不 能直接 通过径 集 到 的是 圆锥 面上 的资料 。在分析 一 张速度 图时 ， 并 实 向速 度来 判 断 回波 的 移动 。速度 的移 动要 通 过 外 推 际分 析 的是 仰 视 平 面 视 图 上 流 场 的 三维 空 间结 构 。
钟
波 ， ： 普勒 雷达 速度 图 的初步 探讨 等 多
３ １
布 ， 以反推 云 团内部 风场 演变 。 可
４ 速 度 图识别 的关 键技 术
生 强对 流天气 的系统相 联 系 。如 ： 锋降水 时通 常呈 冷
“ ” 。 些 形 态 特 征在 大 范 围降 水 时 比较 清楚 ， Ｌ形 这 这
水 平 和垂 直 风切 变 、 风场 随 高度 的 变化 、 别 中 小尺 识
分析 一 张雷 达 速度 图 ，应 与强 度 和 其 他产 品配
度 系统 等 等 。 由于雷 达观 测 时 的仰 角及 地 球 的 曲率 合分 析 ， 首先应 该搞 清楚是 何 时何地 的雷 达产 品 。 但
的影 响使得 在速 度 图上离 雷 达越 远 ，回波 就离 地 面 ３２ 看 雷达 回波 的仰 角 和最大 量程 ． 越 高 ．所 以雷 达 图像 反 映 的是 以雷 达站 为 中 心 的一
第２ ９卷 第 １ 期 ２１ ０ ２年 ３月
黑 龙 江 气 象
第五章多普勒速度型的辨认
第五章多普勒速度图基本识别在本章中你将学会：（1）识别径向速度特征的基本原则；（2）速度显示与垂直风廓线之间的关系；（3）如何用这些基本原则解释雷达速度产品。
在解释速度产品时，你必须牢记以下两点：（1）雷达显示的只是沿雷达径向的速度；（2）不正确地退模糊的速度和距离折叠会使速度产品的解释变得困难。
在学完本章后，你应该掌握下列知识：1.在均匀、不均匀、模糊（ambiguous）和复杂的气象条件下解释多普勒速度型。
包括如下几点：a.入流与出流（inbound and outbound flow）；b.与速度值对应的色彩；c.定常风向风速下的速度识别；d.风向风速随高度变化条件下的速度识别；e.速度最大值的识别；f.汇合（confluence ）与发散（diffluence）流型的识别；g.垂直不连续风场的识别；h.边界（boundary 这里指密度不连续面，如锋面等）的识别；i.辐合与辐散流型的识别；j.气旋式和反气旋式旋转流型的识别；k.上面两种流型的任何组合流型的识别。
2. 从均匀和不均匀的水平流型推断垂直风廓线。
3. 利用识别的速度流型估计相应的气象条件。
5．1 识别多普勒速度图的基本知识5．1．1 多普勒速度图象的PPI 显示方式新一代天气雷达是在一系列固定仰角上扫描360︒进行采样的，即在某一个仰角，雷达天线绕垂直轴Z 进行360︒扫描（即PPI 方式扫描），所采集到的是圆锥面上的资料（图5-1）。
在每个仰角上，以雷达为中心，沿着雷达波束向外，径向距离的增加同时也表示距地面的高度增大。
雷达所探测到的任一目标的空间位置(x,y,h) 可根据仰角φ、方位角θ、目标距雷达的倾斜距离r求得，其中测定目标高度h 的公式为：h = h0 + rsinφ+ r2 /（2R m′）式中h0 为雷达天线架设高度，r 为目标的斜距，R m′为等效地球半径。
在标准大气折射情况下，R m′为真实地球半径R 的4/3 倍，约8500 公里。
雷达气象学课件：第八章多普勒天气雷达资料在天气预警预报中
1、回波呈柱状(发展的阶段不同,柱状的高度不同),底 部及地，云顶高度较高，一般>6-7km，最高可达 20km，随季节差异大。 2、在高显上出现异常的高，是虚 假的旁瓣回波，出现此回波说明会 有冰雹云、甚至是大冰雹。 单体对流云内部只有一个强中心,而多单体组成的对流云 降水,往往具有不规则的外形和多个强度中心,强度也不一 定相同；
对流风暴云生命史的各阶段垂直剖面图
对流云风暴云降水生命史的回波特征：
1、积云阶段
PPI：抬高天线仰角才能观测到对流云回波,尺度很小,但边缘较清晰； RHI：回波位于中空,底部不及地,呈米粒状或倒梨状； 2、发展阶段 PPI：回波呈块状,内部结构密实,边缘较清晰,回波尺度和强度迅速增 大； RHI：回波呈柱状,底部及地,高度不断升高,且在接收机上进行衰减后 回波顶高度降落很少 3、成熟阶段 PPI：回波体大,内部结构密实,边缘清晰,局部有些发毛,回波强度很 大； RHI：回波高耸,加衰减后顶高降落很少,强回波区的高度也很高； 4、消散阶段 PPI：初期回波的尺度仍较大,但内部结构松散,边缘发毛,之后强度和 尺度都不断减小； RHI：初期顶高虽仍较高,但加衰减后顶高明显降落,强回波区位于回 波的中下部。之后,高度不断下降,后期显出零摄氏度层亮带。
图：典型单一单体对流云回波 强度图：云体高大，中心强度大 速度图：不同高度上有风切变。
单体风暴云的PPI回波图
多单体风暴云特征
多单体风暴云是强对流 风暴中出现机会最多的 一种，其实质是四个处 在不同发展阶段的对流 单体依序排列的集合体。 右图可看出：
1、外围的黑色波纹线:云的剖面边界，绿色:RHI上多单体风暴 云的回波,红色的强回波区:可能产生冰雹的区域； n+1：淡积云 n：浓积云（发展旺盛） n-1：发展成熟的积云 n-2：开始消亡的积云 2、左边的下沉气流和降水的拖制，可能产生层状云；右边的上 升气流使云不断发展、组织化的垂直运动使对流云的生命史比 单体对流云要长得多。
天气雷达径向速度图上的雹云特征
可靠性和时效 ∀
3 1 雷达多普勒径向速度图像统计
对表 中列举的雹云进行雷达多普勒径向图像
分析统计后得出/ 大风区0 为 次 / 中气旋0为
次 其他分别为 辐合 风速未达到大风区
的
标准 次 气旋性辐合 次 反气旋性辐合 次 ∀
各种雷达多普勒径向图像特征出现时伴随的天气现
象如表 ∀
表 2 北京地区 2001 年和 2002 年出现的 32 块雹云的多普勒径向速度特征分类
际风矢量与雷达扫描径向的夹角越接近于 β则多
普勒径向风速度越小 零径向速度线上的实际风向
与雷达波束垂直 当雷达作 β °° 扫描时 所
采集到的是圆锥面上的资料 在径向距离增加的同
时 距地面的高度也在增加 ∀ 因此 当在探测区域内
风场比较均匀时 出现的一个径向风的大值区 则认
为与这一高度的实际风向 !风速近于相等 ∀ 根据上
多普勒 天 气 雷 达 可 以 探 测 降 水 粒 子 的 径 向 速 度 可了解强风暴的三维动力结构 ∀ 国外从 世纪
年代就开始使用多普勒天气雷达研究强风 暴≈ 2 ∀在国内 葛润生等≈ 利用多普勒天气雷达 资料 对北京地区雹暴气流结构进行了研究 得到不 同于传统的超级单体雹暴中的气流模式 ∀ 近几年随 着多普勒天气雷达的布网 对冰雹等强对流天气系 统的研究正在逐步开展≈ 2 ∀ 北京市气象台曾利用
述多普勒径向速度图像分析的原则 发现有两种多
普勒径向速度图像特征 它们对雹云出现什么样的
天气现象有先期识别的指示意义 ∀
2 2 径向速度图像的/ 大风区0
分析多普勒径向速度图像时发现 冰雹云出现
时经常具有一种/ 大风区0特征 ∀ / 大风区0是指 °°
ς 图像中 风的来向所在象限出现一个多普勒径
多普勒天气雷达速度图的分析
大 尺 度 连 续 风 场 的 识 别
大尺度不连续风场的识别
中gama尺度（2-20km）流场特征的识别
小 尺 度 风 场 特 征 的 识 别
图4a.2002年5月27日08:55(gmt) 风暴相对速度图0.5仰角 fig.4a May.27.2002 08:55 (gmt) SRM Elev= 0.5deg
16:36 3 July 2007
16:42 3 July 2007
16:48 3 July 2007
16:54 3 July 2007
中尺度气旋（无环境风场）
中尺度气旋叠加南风
中尺度辐散（无环境风场）
中尺度辐散叠加南风
中尺度辐合（靠近雷达）
双中尺度气旋
双中尺度气旋
双中尺度气旋
双中尺ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ气旋
双中尺度气旋
双中尺度辐散
双中尺度辐散
谱宽的分析
• 目前应用很少 • 谱宽有局限性，谱宽值与重复频率和雷达
波长有关。 • 谱宽大表征着湍流强 • 层状云回波中，谱宽相对大的区域表示有
相对较强降水。 • 对流云回波中，谱宽大的区域，表示对流
云中气流比较混乱，有利于对流云的发展。
逆风区
图4d.2002年5月27日08:55(gmt) 风暴相对速度图3.4仰角 fig.4d May.27.2002 08:55 (gmt) SRM Elev= 3.4deg
20070703龙卷风个例
• 16:48在安徽和江苏交界处 • 14人死147人伤
16:30 3 July 2007
速度图的分析
中尺度划分
• 中—γ. (2-20km) • 中— β. (20-200km) • 中— α. (200-2000km)
多普勒天气雷达原理与应用2-数据质量控制
Problems with Legacy Technique
Applying Legacy Clutter Suppression
Filtering of normal vs. transient (AP) clutter Bypass Map for normal clutter
杂波过滤器旁路图。注意极坐标网格中标出了 那些需要实施抑制的库。
槽口宽度
1-- 3.4节；2 -- 4.8节；3 -- 6.8节
对杂波信号的去除过程。杂波信号最窄的位置有最大的信号衰减。
在雷达控制台（UCP）的杂波抑制区屏幕
当上图中的文件被下载时形成的滤波型。
2.5.1.5 残留杂波
距离折叠与速度模糊
最大不模糊距离与距离折叠 最大不模糊速度与速度模糊 多普勒两难
Notes
Note: there should be numbers along the color bar, but I did not allow enough space to plot the numbers out properly and so they appear as „*‟ Note: I will follow up on Jim‟s suggestion of doing only the lowest elevation angle and report later on that.
2）异常传播回波发生在距雷达不同的距离上
3）超折射一般发生在温度随高度升高而增加和（或） 湿度随高度增加而减少的大气层次内
地物残留
7月2日 01：12
郑州 20080519 0800
抑制地物杂波的基本思路
基于Python对多普勒天气雷达基数据的解析
基于Python对多普勒天气雷达基数据的解析基于Python对多普勒天气雷达基数据的解析多普勒雷达是一种能够测量气象杂波中液体或固体颗粒运动速度的仪器。
它通过测量天体反射射线频移来计算出物体的速度，从而提供天气预报所需的有关降水、风速和风向等信息。
然而，多普勒雷达的数据在原始状态下十分复杂，需要进行解析和处理才能得到有用的信息。
本文将介绍如何使用Python编程语言对多普勒天气雷达的基数据进行解析和处理。
首先，我们需要了解多普勒天气雷达基数据的格式。
通常，它以雷达扫描的方式保存在文件中。
每个扫描包含一系列的反射率数据，每个数据点对应于空间中的一个点。
每个数据点都有其位置和反射率值。
此外，雷达还提供了速度和谱宽等信息，用于描述气象杂波颗粒的运动特性。
在Python中，我们可以使用一些开源的库来解析多普勒雷达基数据，如`Py-ART`和`wradlib`等。
这些库包含了丰富的函数和工具，使得解析和处理多普勒雷达数据变得更加容易和高效。
首先，我们需要导入相关的库和模块。
使用`import`语句导入`numpy`、`scipy`、`matplotlib`和`pyart`等库。
```pythonimport numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltimport pyart```接下来，我们需要读取多普勒天气雷达的数据文件。
使用`pyart.io.read`函数读取文件，并将数据存储在一个`Radar`对象中。
```pythonfilename = '/path/to/radar_data.nc'radar = pyart.io.read(filename)```读取数据后，我们可以使用`pyart.visualization`模块中的函数绘制雷达数据的各种图像。
例如，我们可以使用`plot_ppi`函数绘制雷达的全距视图：```pythondisplay = pyart.graph.RadarDisplay(radar)fig = plt.figure(figsize=(8, 8))ax = fig.add_subplot(111)display.plot_ppi('reflectivity', 0, ax=ax)plt.show()```此外，我们还可以绘制其他类型的图像，如雷达的径向速度和谱宽等。
天气雷达的基本工作原理和参数-168页文档资料
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）
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、强度比拟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拟大、呈片状、边缘零散不规那么、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拟平整，没有明显的对流单体突起，底部及地，强度分布比拟均匀，因此色彩差异比拟小。
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，回波较强那么显示越亮，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，强度与气流相比照拟均匀，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拟稀疏，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，说明开始融化，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。
这样就存在一个强回波带，说明层状云降水中存在明显的冰水转换区，也说明层状云降水中气流稳定，无明显的对流活动。
〕2.对流云降水雷达回波特征——块状回波对流云往往对应着阵雨、雷雨、冰雹、大风、暴雨等天气。
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
多普勒雷达速度退模糊方法分析
多普勒雷达速度退模糊方法分析陈宏波;闵锦忠;丁文文;蒋骏;钱昊钟【摘要】速度退模糊方法的基本思路一般是先找到可靠观测,以可靠观测为基础进行空间连续性检查.文章设计了模拟的雷达径向风资料,对比了两种典型的自动退模糊方法,一种Zhangjian的基于零风速线的方法;另外一种是Xuqin的基于反演平均风的方法.模拟资料的检验结果表明:(1)Zhangjian的方案对零风速线与某一条径线较匹配时,会取得较好效果,否则找不到弱风区,退模糊失败;(2)Xuqin的方案对非线性很敏感,非线性越强,效果越差.文中设计了一种寻找弱风区确切位置的算法.使用模拟资料的测试效果表明,新方案继承了零线方案的优点,另外,当零风速线的走向与观测径线差异较大时,仍然可以取得较好的结果.【期刊名称】《内蒙古气象》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】6页(P18-23)【关键词】多普勒雷达;退模糊;零风速线【作者】陈宏波;闵锦忠;丁文文;蒋骏;钱昊钟【作者单位】南京信息工程大学,江苏南京210044;常州市气象局,江苏常州213000;南京信息工程大学,江苏南京210044;金坛市气象局,江苏金坛213299;常州市气象局,江苏常州213000;宜兴市气象局,江苏宜兴214206【正文语种】中文【中图分类】P415.2多普勒雷达观测资料在临近预报和数值预报中都起着重要作用。
雷达资料的时空分辨率使其几乎可以实时提供雷达附近数百公里范围内的降水、风场、大气中水汽和冰粒等气象状态的信息，这对提高临近预报甚至是短时预报的水平起到了几乎不可替代的作用。
另外，将雷达资料应用于数值预报中时，使用适当的同化方式可以为数值预报模式提供一个更加准确的初始场，进而改善数值预报效果。
因此，雷达数据的质量就显得尤其重要。
受到脉冲重复频率（PRF）和波长（λ）的限制，存在一个最大不模糊速度（Vmax）。
当实际风速（VT）超过这个速度时，就会发生模糊，观测值是V0，n是折叠次数，取值0,1,2等[1]。
大同市一次暴雪天气过程多普勒雷达速度特征
，
牛 眼 结构 仍 位 于 第
，
距 离 圈 附近 表 明最 大 风
，
出现 速 度模 糊 这 说 明 存 在 水 平 辐 合 运 动
，
。
这种情
速仍在 低 层 风 向仍 为 东 北 最 大 正 速 度 增 大 为
m
况
±
一
直 持续 到
m
22
时 4 2 分 又 恢复到最 大速度 区 为
， ”
／s
21
，
最 大 负速度维 持在
收稿 日期 ：００—１ —１ ； ２１ １ ５ 修订 日期 ：０ １ ０ ２ 。 ２ １ － ２— １ 基金项 目：大同市开发空 中水 资源改善生态环境工程项 目 “ 建设 ” 晋计设计 发￣０２ ５２ ） （ ２０ ］５ 号 资助 。 作者简介 ： 淑华 ， ， ６ 年生 ， 杨 女 １ ８ ９ 高级工程师 ， 主要从事天气预报研究 ，－ ａ ：ｓ ｓ ０ ＠ｓ ｕｔｍ。 Ｅｍ ｉｙｈ ｈ ９ ｏ ． ｌ ｙ６ ｈ ｏ
．
。
仰 角 2 l 时 2 1 分 ( a ) 2 1 时 3 4 分 ( b ) 和 2 2 时 2 3 分 ( c ) 3 个 时 次 相对 径 向速 度 ( m ／s )
、
仰角
分
15
“
3
个 时次相对径 向速 度
”
一
。
由图
3
可知
，
，
2 l
时
21
面 积 大 于 正 速 度 区 面 积 且 负 速 度 区 的最 大 速度 区
5
。
、
1 5
．
。
和2
．
4
。
仰 角速
图4
多普勒天气雷达原理与应用3-雷达图象识别基础
太阳的雷达显示
兰州CC 2011-11-26 09:17
兰州CC 2011-11-26 15:48
回波累加与平均
Reflectivity accumulations for the Tianjin radar for a one month period (August 2006) for the lowest two tilts of the volume scan. The lowest tilt (0.4º ) is on the left and the second tilt is on the right (1.4º )
• 最大不模糊速度 Vmax：最大不模糊速度是雷达能够不模糊 地测量的最大平均径向速度，其对应的相移是180度。
Vmax
PRF
4
• 速度模糊 速度的可能值 v-2nVmax或v+2nVmax
Vmax=60（节）
速度方位显示（VAD） 和速度 方位显示风廓线（VWP）
台风的回波
黑格比台风
边界层辐合线回波
海陆风环流
20070526 塘沽
雷州半岛海陆风辐合线
20050601 济南
2004年4月22日冷空气爆发（合肥雷达）
鸟的回波
飞机的回波
A single image (left) and a 10 hour accumulation (right) showing the impact of point targets on radar data quality. The white ellipses on the left shows the point targets which are presumably airplanes.
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
飑线的多普勒雷达特征初探
监测网。
到目前为止，我国组网雷达已有近２００部．图２．１我国新一代多普勒天气雷达布网图２．３我国新一代多普勒天气雷达的结构及主要特点２．３．１新—代天气雷达主要结构由于布网雷达的生产厂家较多，现在以ＭＥＴＳＴＡＲ公司生产的ＳＡ雷达来介绍新一代天气雷达的主要结构。
图２．３反射率因子产品２．径向速度场（ｖ）ｓ由于飑线是强对流过程，在径向速度场上很可能出现辐散辐合的特征或者表现为速度值较大。
图２．４径向速度场产品３．垂直液态水含量（ｖＩＬ）：飕线发生时候常伴随冰雹灾害，因为雷达对冰雹的散射要比雨滴大的多，所以，冰雹在垂直液态水含量产品上一般表现为很强的垂直液态水含量（一般大于３５千克／平方米）．图２．５垂直液态水产品４．ＶＡＤ风廓线（ＶＷＰ）：ＶＡＤ表征的是雷达周围上空风场的分布情况。
如果飑线发生在雷达附近，通过Ｖ肿可以发现飑线过境时的风速变化。
图２．６ＶＡＤ风廓线产品５．冰雹指数ｍＩ）：冰雹指数提供了三个冰雹的三个属性，冰雹概率（蹦１），强冰雹概率（ＰＯＳＨ），预期冰雹最大值（姗ｌｓ），可以预警飑线发生时的冰雹灾害。
图２．７冰雹指数产品２．４．２其它常用的产品：６．谱宽产品（Ｓ■）：利用谱宽可以评估平均径向速度产品的可靠性。
一般来说，越高的谱宽值所反映出的速度估算越具有不确定性。
图２．８谱宽产品７．组合反射率（ｃＲ）：表示的是在一个体积扫中，将常定仰角方位扫描中发现的最大反射率因子投影到笛卡尔格点上的产品。
图２．９组合反射率产品８．一小时降雨量（ｏ肝），三小时降雨量（１ＨＰ），过程雨量（ｓＴＰ）：通过反射率因子和雨强的经验公式（Ｚ／Ｔ关系）估算出的降雨量。
图２．１０一小时降雨产品９．风暴结构（Ｓｓ）：显示当前体扫所探测到的所有的风暴信息。
包括风暴的位置，风暴顶和风暴底高度等。
图２．ｎ风暴结构信息产品１０．风暴追踪信息（ＳＴＩ）：显示风暴质心以前的、当前的及预报的位置．图２．１２风暴追踪信息产品１１．中尺度气旋（Ｍ）：用来显示与三种方位切变类型（ａｚｉｍｕｔｈａｌｓｈｅａｒｐａｔｔｅｒｎ）的探测有关的信息，即非相关切变、三维的相关切变及中气旋。
多普勒天气雷达的特点及在短临天气中的应用
多普勒天气雷达的特点及在短临天气中的应用摘要：相比于常规气象雷达，多普勒天气雷达可以探测到8-12 km之间的对流云的生成和改变，从而可以准确的预测出云的运动速率，从而降低预测的精度。
因此，多普勒天气雷达的工作机理及其适用领域都有较大的发展空间。
关键词：多普勒天气雷达；特点；应用引言与短期预报相比，其预报时效更短，主要集中在0小时到12小时，重头戏在于对中小尺度天气系统，尤其是强对流天气系统的预报。
相对于大尺度天气系统，强对流天气系统具有生命史短、突发性强等特点。
其生命周期短的只有几分钟到几十分钟，最长不过十几个小时。
由于生消速度快，因而难以把握。
短期预报（预报时效为1天到3天）只能预报强对流天气出现的可能性，却无法预报其所带来的降雨具体落区。
但提前1小时到2小时的短临预报，却可以清楚捕捉到系统所在位置，从而能够预报出降雨的落区。
于是，人们就把目光转向了多普勒天气雷达，其除具备常规天气雷达的全部功能外，还能同时提供大气风场的信号。
通过对气象回波进行多普勒速度分辨，可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。
多普勒作用在二十世纪70年代在军火控制、气象监测等领域得到了应用。
多普勒天气雷达所发出的脉冲的长度要小于常规气象雷达，它可以根据降雨的位置和强度来进行气象特征和对流等方面的研究。
1多普勒天气雷达相关概述、特点及应用随着科学技术的发展，多普勒雷达技术也在飞速发展，多普勒雷达技术也在逐步完善，比如多波长雷达、多极化雷达等。
我们国家正在努力建设自己的完整的、能够对天气进行有效监控的雷达网络。
多普勒天气雷达在空间和时间上都有着较高的解析度，可实现降雨强度和目标移动速率的实时监测。
可对气象系统的发生、发展和演变进行预测；可通过实时监测天气系统运动方向，判断云体位置，配合地面人工影响天气作业，确定最佳作业时间、地点，增强人工影响天气作业效率；同时，可对降水进行定量分析与预报。
由于多普勒天气雷达在气象领域的出色表现，一些国家对雷达站进行了布设，比如美国在上个世纪后期就已经开始大规模地制造多普勒天气雷达，并且形成了雷达网络。
新一代天气雷达-多普勒天气雷达原理-张深寿
距离订正项
47
例子 (Z-D)
Unit Volume
D = 1 mm, samples = 729 Z = 729 mm6m-3 = 29dBZ R = 5.588 mm/hr
D= 3 mm, samples = 1 Z = 729 mm6m-3 = 29dBZ R = 0.254 mm/hr
最大不模糊距离
51
52
53
54
Rmax 实际回波
显示 （视在回波）
56
多普勒效应
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。
58
径向速度的获取
反射率
• • • •
4个0.25km距离库的平均功率；（1KM分辨率） 平均 P r2 Z r 根据气象雷达方程计算Z c 利用dBZ公式，把Z转换为dBZ。
平均径向速度
• 40～50个脉冲对平均 • 0.25km分辨率
谱宽
• 一个距离库内速度离散度的度量，用于速 度质量估计
影响速度谱宽的气象因子
天线方向图及波束宽度
• 天线的水平和垂直面上的辐射能流密度的 相对分布曲线图，叫天线方向图
– 影响雷达旁瓣假回波
• 两个半功率点的夹角，叫波束宽度
– 决定雷达径向探测精度
• SA波束宽度0.99°
天线增益
• 定向天线在最大辐射方向的能流密度和各 向均匀辐射的天线能流密度之比。 G=Smax/Sav
•
• 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。
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图4d.2002年5月27日08:55(gmt) 风暴相对速度图3.4仰角 fig.4d May.27.2002 08:55 (gmt) SRM Elev= 3.4deg
20070703龙卷风个例
• 16:48在安徽和江苏交界处 • 14人死147人伤
16:30 3 July 2007
图4b. 2002年5月27日08:55(gmt)风暴相对速度图1.5仰角 fig.4b May.27.2002 08:55 (gmt) SRM Elev= 1.5deg
图4c.2002年5月27日08:55(gmt) 风暴相对速度图2.4仰角 fig.4c May.27.2002 08:55 (gmt) SRM Elev= 2.4deg
双中尺度气旋
双中尺度气旋
双中尺度辐散
双中尺度辐散
谱宽的分析
• 目前应用很少 • 谱宽有局限性，谱宽值与重复频率和雷达
波长有关。 • 谱宽大表征着湍流强 • 层状云回波中，谱宽相对大的区域表示有
相对较强降水。 • 对流云回波中，谱宽大的区域，表示对流
云中气流比较混乱，有利于对流云的发展。
逆风区
大 尺 度 连 续 风 场 的 识 别
大尺度不连续风场的识别
中gama尺度（2-20km）流场特征的识别
小 尺 度 风 场 特 征 的 识 别
图4a.2002年5月27日08:55(gmt) 风暴相对速度图0.5仰角 fig.4a May.27.2002 08:55 (gmt) SRM Elev= 0.5deg
16:36 3 July 2007
16:42 3 July 2007
16:48 3 July 2007
16:54 3 July 2007
中尺度气旋（无环境风场）
中尺度气旋叠加南风
中尺度辐散（无Байду номын сангаас境风场）
中尺度辐散叠加南风
中尺度辐合（靠近雷达）
双中尺度气旋
双中尺度气旋
双中尺度气旋
速度图的分析
中尺度划分
• 中—γ. (2-20km) • 中— β. (20-200km) • 中— α. (200-2000km)
大尺度连续风场的识别
速度图中，正速度表示目标物运动是离开雷达的 负速度表示目标物运动是朝向雷达的
速度图中，速度值接近0的线，叫零速度线
提供风场信息