雷达气象学期末复习重点

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雷达系统组成： 触发信号产生器，发射机，天线转换开关 ,天线，接收机，显示器 脉冲重复频率 PRF ： 每秒钟产生的脉冲数目，脉冲间隔决定了探测距离； 脉冲重复周期

PRT ： 两个相邻脉冲之间的时间间隔， PRT ＝ 1/PRF ； 脉冲宽度 τ ： 脉冲发射占有时间的宽度，单位微秒 波长 λ：电磁波在一个周期内在空间占有的长度； 脉冲发射功率 P ： 发射机发出的探测脉冲的峰值功率； 平均功率 Pa: 发射机在一个脉冲重复周期里的平均功率。

天线方向图： 在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。 波束宽度 : 在天线方向图上，两个半功率点方向的夹角。波束宽度越小，定向角度的分辨率 越高，探测精度越高。

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。

灵敏度： 雷达检测弱信号的能力。用最小可辨功率 Pmin 表示，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。

平面位置显示器 PPI ：雷达天线以一定仰角扫描一周时， 测站周围目标物的回波。 以极坐标 形式显示。

距离高度显示器 RHI ： 显示雷达天线正对某方位以不同的仰角扫描时目标物的垂直剖面图 散射现象： 当电磁波传播遇到空气介质和云、 降水粒子时， 入射的电磁波会从这些质点向四 面八方传播相同频率的电磁波，称为散射现象。

散射过程： 入射电磁波使粒子极化， 正负电荷中心产生偏移而构成电偶极子或多极子， 并在 电磁波激发下作受迫振动，向外界辐射电磁波，就是散射波。

单个球形粒子的散射 定义无量纲尺度参数： α =2πr/ λ 当α <<1 时： Rayleigh 散射，也称分子散射。如空气分子对可见光的散射。 当 0.1<α <50： Mie 散射。如大气中的云滴对可见光的散射。

当α >50：几何光学：折射。如大雨滴对可见光的折射、反射，彩虹等光现象。 瑞利散射： 方向函数的具体形式：当雷达波是平面偏振波时，瑞利散射在球坐标中的

当入射雷达波长一定，散射粒子的大小和相态一定(即

r 、m 为常数)，则:

, C cos 2

cos 2

sin 2

米散射： 单个球形粒子的散射

Rayleigh 散射与 Mie 散射不同点：

Rayleigh ：前后向散射相等，侧向散射为零。

Mie ：散射前向大于后向散射， α越大向前散射所占比越大，侧向散射不为零。 关系： Mie 散射包含 Rayleigh 散射， Rayleigh 散射是 Mie 散射的特殊。 后向散射： θ = 180o ，只有后向散射能量才能被雷达天线接收。 雷达截面： 粒子向四周作球面波形式的各向

同性散射，并以符号 表示总散射功率与入射 波能流密度之比，即雷达截面

Ss ( )4 R

或 4 ( )

方向函数为：

46 ,

16

4 r

m

2

1 m 2

2

2

cos

2 cos 2 sin 2

S i

区分小粒子和大粒子： 小粒子： σ冰 <σ水 ，冰粒是同体积水滴的 1/5 ，所以雪和小冰粒 回波弱；大粒子： σ 冰 >σ水，米散射区随冰粒直径的增大，雷达截面也增大，最大达水滴 的 10 倍，所以大冰雹的回波非常强 外包水膜的融化冰球 ：理论处理： 由不同折射指数的介质所组成的同心球。 瑞利散射区： 随 着融化水膜厚度的增加，融化冰球的雷达截面增大。米散射区：随着融化水膜厚度的增 加，融化冰球的雷达截面减小。

亮带回波( 1.8-2.0km ) 解释冬天北方降雪(干雪)回波较弱，而南方降雪(湿雪，认为是外包水膜的冰球)回波较 强。形成 0 度层亮带的原因之一就是融化作用。

雷达反射率： 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，并以 表示， 常用单位是 cm 2

/ m 3

即

i

单位体积

雷达反射率因子： 单位体积中降水粒子直径 6 次方的总和称为反射率因子，用 Z 表示，其 常用单位是 mm 6

/ m 3

，即 Z

D i 6,Z

n(D)D 6

dD

单位体积 0

Z 值的大小只取决于云雨滴谱的情况；

Z 正比于 D 6

，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 Z 的贡

献主要来源于少数的大雨滴；

等效雷达反射率因子 ：对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(Ze) ，称为等效雷达反射率因子。

衰减系数： 由于衰减作用，单位接收功率在大气中往返单位距离时所衰减掉的能量

dP k L 2P dR

衰减截面： 从电磁场理论 吸收截面、散射截面和衰减截面 可表示为

P

2 Q

t Pt

Re (2n 1)(a n b n ) S i

2 n 1

Q s

P S

s i 2 n 1

(2n 1)(a n 2

b n 2

)

Q a P

S

a i Q t Q s

云的衰减：

特点： 1.液态云的衰减随温度的降低而增大(冰云相反) 2.由液滴组成的云的衰减随波长的 增大而迅速减小。对于波长较短的雷达(如 3cm 以下的雷达) ，要考虑云层的衰减作用 3.

瑞利散射时的雷达截面：

56 16

5r 6

4

m 2 1

m

2

2

衰减截面： Q t Qs Qa

22 8 2 r 2

Im

m

2

1 m 2

2

3

3

Im

m 2 2