雷达气象期末复习版

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雷达气象期末复习整理版雷达气象

第一章

第一节

1 雷达的含义，雷达气象含义及其用处

Radar ：通过无线电技术对目标物进行探测和定位，确定目标位置和强度的技术。

气象雷达：是用于探测气象要素和各种天气现象的雷达，常称为“千里眼、顺风耳”。

雷达气象：利用气象雷达，进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科，是大气物理学、大气探测和天气学共同研究的一个分支。雷达气象学在突发性、灾害性天气的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。

2 气象雷达的特点

气象雷达是雷达中的一个重要成员，探测的对象是覆盖整个地球的大气，不受季节、昼夜和天气条件的影响，能全天时、全天候工作，不受能见度，探测条件的影响。采用大功率发射机、高增益天线、高灵敏接收机，可增加雷达威力，探测数百公里外的目标。现代化的雷达机，与计算机技术结合，使其数据处理技术进一步提高，测定目标的精度更高。

3 我国雷达分布情况

根据天气现象：

沿海地区：暴雨台风多，S波段（5cm）为主

内陆地区：一般性降水，C波段（10cm）为主

电磁特性：暴雨，S波段穿透能力强，衰减小；一般性降水，S波段反射弱，C波段反射强

4 我国天气雷达的应用

强对流天气的监测与预警：灾害性大风、冰雹和暴洪。天气尺度和次天气尺度降水系统的监测。

应用：人工影响天气、降水测量、风的测量、数据同化。

第二节

1 我国新一代雷达的组成部分----雷达的硬件系统

新一代天气雷达系统的三个部分：

（1）数据采集子系统（RDA）；

定义：用户所使用雷达数据的采集系统。

功能：产生和发射电磁波，接收目标物对这些电磁波的散射能量，并形成数字化的基数据。

主要结构：

①发射机

RDA是取得雷达数据的第一步——发射电磁波信号。RDA主要是由放大器来完成，产生高功率且非常稳定的电磁波信号。稳定是非常重要的，产生的每个信号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。一旦信号产生，就被送到天线。

②天线(天线沿一定的仰角，围绕自身旋转360°，圆锥面扫描)

将发射机产生的脉冲信号以波束的形式发送到大气，并接收返回的能量，确定目标物的强度，同时确定目标物的仰角、方位角和斜距，进行定位。

雷达天线仰角的变化范围：0 ～90。天线仰角的设置取决于天线的扫描方式、体扫模式和天气模式。

新一代多普勒雷达有3 种扫描方式：

扫描方式＃1 ：5 分钟完成14个不同仰角上的扫描（14/5分钟）

扫描方式＃2 ：6 分钟完成9 个不同仰角上的扫描（9/6分钟）（我国）

扫描方式＃3 ：10分钟完成5 个不同仰角上的扫描（5/10分钟）

新一代多普勒雷达的天气模式：

(1)：降水模式，天线转动快，仰角多

使用VCP11 和VCP21 ，扫描方式为14/5和9/6。

(2)：晴空模式，天线转动慢，仰角少

③接收机

当天线接收到返回的电磁波时，把信号传送给接收机。由于接收到的电磁波能量很小，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。

④信号处理器

功能：

(1) 地物杂波消除：目标是否运动。

(2) 模拟信号向数字化的基本数据转换。

基数据：反射率因子R ，径向速度V ，谱宽W 。

(3) 退距离折叠和速度模糊。（距离折叠：雷达接收到位于其最大距离之外较强的回波；速度模糊：环境风场超过雷达的最大速度）

（2）产品生成子系统（RPG）---雷达软件系统或指令中心，控制RDA,PUP（雷达控制台UCP：RPG的操作界面）；

工作任务：

i 将雷达探测所得的原始基数据，采集下来，进行质量控制和预处理，形成原始数据文件。

ii 生成雷达的物理量产品—导出产品；

iii 对基数据和产品数据进行存档，并将产品下发给用户。

（3）主用户处理器（PUP）；

功能：获取、存贮和显示雷达数据产品。预报员通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。(浏览雷达图像，保存、生成、分析天气)

其次还包括：通讯线路、附属安装设备等。

第二章

第一节

1 散射的定义

当电磁波束在大气中传播，遇到空气介质或云滴、雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些介质或粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射现象。

粒子产生散射的原因：粒子在入射电磁波极化下作强迫的多极振荡，从而发出次波，这就是散射波。粒子对入射电磁波的散射，只改变电磁波的传播方向，没有使电磁形式的能量转化为别的形式的能量。但当入射电磁波在粒子介质内部传播时，有一部分电磁能会被吸收并转化为热能，这就是粒子对电磁波的吸收。粒子对入射电磁波的散射和吸收，其能量均取自于入射电磁波，故使原入射方向上的电磁波能量受到衰减。(散射波是全方位，是不均匀的）

PS：能流密度：单位面积单位时间内接收或发射的能量。Si：入射电磁波能流密度；SS：散射电磁波能流密度

散射总功率：单位时间散射波的总能量。

2 散射的分类

粒子散射电磁波的能力，除和电磁波的波长等因素有关外，和粒子的大小、形状、以及粒子的电学特性有关。当雷达波长确定后，球形粒子的散射情况主要取决于粒子直径d 和入射波长λ的相对大小。

瑞利散射：d

瑞利散射的特征（当α=2πr/λ >时，瑞利公式计算会产生误差，随着α增大，瑞利公式就不适用）

①粒子的散射能力与λ4成反比。波长越短，散射越强。

②粒子的散射能力与D6成正比。粒子半径越大，散射越强。

③粒子的前向散射和后向散射为最大，粒子无侧向散射。

散射截面为纺锤形。

米散射：d≈λ

（1）散射波是以粒子为中心的球面发散波；

（2）散射波是横波，且是椭圆偏振波；

（3）散射波和入射波同频率；

（4）散射波能流密度是各向异性的；大部分能量集中在θ=0°附近的向前方向上，α越大，向前散射的能量占全部散射能量的比重越大。

（5）散射波性质与入射波波长λ、散射粒子半径r、粒子周围环境的特性等有关。

3 散射截面（雷达截面）的定义

粒子总散射功率与入射波能流密度之比。与粒子性质、大小以及入射波波长等有关。由于实际粒子不是理想的散射体，因此粒子后向散射截面不等于它的几何截面积，通常小于几何截面积。意义：从粒子的雷达截面大小了解它所造成的后向散射能力的大