多普勒天气雷达资料分析与应用
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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
Z 的意义
❖Z 值的大小只取决于云、雨滴谱的情况； ❖Z 正比于 D6，一方面表明粒子越大，Z 越大，回波功率也就
越大，另一方面也表明少数大粒子将提供回波功率的绝大部
分。
❖ 根据雷达方程： 解云、雨情况。
Pr RC2，Z 可以方便的通过雷达回波功率了
❖ Z的e 意义
❖能够产生同样回波功率的、与小球形粒子的 D相i6当的 Z 的
数值；
❖引入 Z后e ，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。
雷达反射率因子的分贝表示形式
取 Z0 =1 mm6 / m3为标准值，则：
1dBZ
10 lg
Zmm6 / m3 1mm6 / m3
dBZ -Z (dBZe - Ze)的对应关系
SINGLE RADARS
发射系统 天线系统 接收系统 信号处理系统 显示系统
天气雷达的基本框图及其工作原理
一、多普勒天气雷达的工作原理
• 电磁波的传输、反射和散射 1 、粒子的尺度小于或接近波长时，遵循散射 2 、粒子很大时，遵循几何光学规律
两类散射：Mie散射 (大粒子情况) Rayleigh散射（小粒子情况）
• The first piece of information is the angle of the radar beam with respect to north; called the "azimuth angle".
The second is the angle of the beam with respect to the ground; called the "elevation angle".
基本特点：Mie散射的前向散射较多 Rayleigh散射前后方向对称
σ描述单个粒子后向散射能力的大小
Rayleigh :
4
(
)
64 5r6 4
m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 η表示，即：
一、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。
dBZ(dBZe)
35
40
45
50
Z(mm6 / m3) 3.2×103 104
3.2×104
105
55 3.2×105
雷达气象方程
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
二、雷达的 PPI 扫描方式
PPI 显示结果的空间分布
Locating a Target
N
• 物理意义：描述i粒1 子i 群 后0 n向(D散)射(能D)力dD的大小
• 雷达反射率因子：单位体积内所有质点直径的六次方 之和。与波长无关的量。
Z n(D)D6dD 0
单位 ？
小粒子散射
即Rayleigh条件下
• 雷达反射率和反射率因子的关系：
5 4
m2 1 2 m2 2
n(D)D6dD
The third piece of information needed is the distance (D) from radar to target.
• Distance is determined by measuring the time it takes for the pulse to make a round trip from the radar to the target and back using the relation distance = (time) * (velocity). The velocity is the speed of light, the speed at which the pulse travels (c). Since the pulse has to travel to the target and back, the total distance is 2D. If t is the time it takes, then 2D = ct or D = ct/2. Using the calculated distance, azimuth angle and elevation angle, the exact location of the target can be determined.
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
Z 的意义
❖Z 值的大小只取决于云、雨滴谱的情况； ❖Z 正比于 D6，一方面表明粒子越大，Z 越大，回波功率也就
越大，另一方面也表明少数大粒子将提供回波功率的绝大部
分。
❖ 根据雷达方程： 解云、雨情况。
Pr RC2，Z 可以方便的通过雷达回波功率了
❖ Z的e 意义
❖能够产生同样回波功率的、与小球形粒子的 D相i6当的 Z 的
数值；
❖引入 Z后e ，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。
雷达反射率因子的分贝表示形式
取 Z0 =1 mm6 / m3为标准值，则：
1dBZ
10 lg
Zmm6 / m3 1mm6 / m3
dBZ -Z (dBZe - Ze)的对应关系
SINGLE RADARS
发射系统 天线系统 接收系统 信号处理系统 显示系统
天气雷达的基本框图及其工作原理
一、多普勒天气雷达的工作原理
• 电磁波的传输、反射和散射 1 、粒子的尺度小于或接近波长时，遵循散射 2 、粒子很大时，遵循几何光学规律
两类散射：Mie散射 (大粒子情况) Rayleigh散射（小粒子情况）
• The first piece of information is the angle of the radar beam with respect to north; called the "azimuth angle".
The second is the angle of the beam with respect to the ground; called the "elevation angle".
基本特点：Mie散射的前向散射较多 Rayleigh散射前后方向对称
σ描述单个粒子后向散射能力的大小
Rayleigh :
4
(
)
64 5r6 4
m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 η表示，即：
一、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。
dBZ(dBZe)
35
40
45
50
Z(mm6 / m3) 3.2×103 104
3.2×104
105
55 3.2×105
雷达气象方程
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
二、雷达的 PPI 扫描方式
PPI 显示结果的空间分布
Locating a Target
N
• 物理意义：描述i粒1 子i 群 后0 n向(D散)射(能D)力dD的大小
• 雷达反射率因子：单位体积内所有质点直径的六次方 之和。与波长无关的量。
Z n(D)D6dD 0
单位 ？
小粒子散射
即Rayleigh条件下
• 雷达反射率和反射率因子的关系：
5 4
m2 1 2 m2 2
n(D)D6dD
The third piece of information needed is the distance (D) from radar to target.
• Distance is determined by measuring the time it takes for the pulse to make a round trip from the radar to the target and back using the relation distance = (time) * (velocity). The velocity is the speed of light, the speed at which the pulse travels (c). Since the pulse has to travel to the target and back, the total distance is 2D. If t is the time it takes, then 2D = ct or D = ct/2. Using the calculated distance, azimuth angle and elevation angle, the exact location of the target can be determined.