新一代天气雷达原理与应用

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 。 天 线 仰 角 的 变 化 范 围 是 从 -1.0 度 到 60 度 （CINRAD WSR98-D是从-1.2度到90.2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。
WSR-98D未定义VCP32。
工作模式（Operational Mode）
WSR-88D使用两种工作模式，即降水模式和晴空 模式。雷达的工作模式决定了使用哪种VCP，而VCP又 确定了具体的扫描方式。
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。
发射机 天线 接收机 信号处理器 RDA内的 数据记录 宽带通讯 雷达监控系统
发射机
取得雷达数据的第一步是发射一个射频（rf） 信号。这主要由速调管放大器（相当于老式雷达中的 的磁控管）来完成。该放大器产生一个高功率（峰值 功率750kw）非常稳定的10厘米的射频（rf）脉冲。
在这里稳定是非常重要的，产生的每个脉冲必 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rf脉冲被产生，就被送到天线。
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。
艾利台风
四川雷达拼图
1.3 新一代天气雷达系统结构概述
• 雷达的主要构成和数据流 • 雷达数据采集子系统（RDA） • 雷达产品生成子系统（RPG） • 雷达产品的用户 • 主用户处理器（PUP） • 雷达探测范围与局限性
雷达的主要构成和数据流
新一代天气雷达系统由五个主要部分构 成：雷达数据采集子系统（RDA）、宽/窄 带通讯子系统（WNC）、雷达产品生成子 系统（RPG）、主用户处理器（PUP）和附 属安装设备。
主要构成和数据流见下图。
雷达的主要构成
雷达数据流示意图
雷达数据采集子系统RDA
RDA 是用户所使用的雷达数据的采集单 元。新一代天气雷达的RDA由四个部分构成： 发射机，天线，接收机和信号处理器。它的主 要功能是产生和发射射频脉冲，接收目标物对 这些脉冲的反射能量，并通过数字化形成基数 据。RDA的上述功能是由RDA计算机监视和控 制的。
我国业务组网的新一代天气雷达（CINRAD）， 其主要性能已经专家讨论提出，确定采用WSR-88D 的指标。
中国新一代天气雷达的型号
S波段：
CINRAD-SA（ WSR-98D） CINRAD-SB CINRAD-SC
C波段：
CINRAD-CB CINRAD-CC CINRAD-CCJ CINRAD-CD
地物杂波消除：气象目标回波和地物回波的主要区别是地物目标不 运动。信号处理器利用目标物运动与否作为主要判据消除地物的回波。
A/D变换：信号处理器的主要任务之一是将由接收机获取的模拟信号 转换成三种数字化的基数据。它们是基反射率因子（base reflectivity）， 基速度（base velocity）和基谱宽（base spectrum width）。
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。
信号处理器
当接收到接收机传来的模拟信号后，信号处理器完成三个重要的功 能：地物杂波消除，模拟信号向数字化的基本数据的转换，以及退多谱勒数 据的距离折叠。
山东滨州
安Βιβλιοθήκη Baidu合肥
广 州 雷 达
龙岩雷达
南 昌 雷 达
天 津 雷 达
宜 昌 雷 达
建 阳 雷 达
阿克苏雷达
哈尔滨雷达
昆明雷达
达州雷达
1.2 应用领域
•强对流天气的监测与预警
主要灾害：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 •降水测量 •风的测量 （VAD 风廓线） •数据同化
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：
• 扫描方式#1：5分钟完成14个不同仰角上的扫描 （14/5） • 扫描方式#2：6分钟完成9个不同仰角上的扫描 （9/6） • 扫描方式#3：10分钟完成5个不同仰角上的扫描 （5/10）
新一代天气雷达原理与应用
肖鹏
达州市气象台
Tel:0818-2651099
目录
1. 引论 2. 基本原理 3. 速度图识别 4.多普勒天气雷达资料在业务中的应用
1.引论
1.1 中国新一代天气雷达布网计划
我国新一代天气雷达业务组网的建设目标是： 在我国东部和中部地区，装备先进的新一代S频段和 C频段多普勒天气雷达系统，组成探测空间相互衔接 覆盖的监测网，实时监测提供降水强度、平均径向 速度和频谱宽度等信息。对降水，特别是暴雨、热 带气旋、强对流等灾害性天气和重要天气系统进行 有效的监测和警报。