天气雷达是利用云雾.doc

天气雷达是利用云雾、雨、雪等降水粒子对电磁波的散射和吸收，为探测降水的空间分布和铅直结构，并以此为警戒跟踪降水系统的雷达。是气象雷达的一种。常用的波长大多在1-10cm范围。因10cm波长的衰减小，用于探测台风、暴雨及冰雹较好。国内目前普遍使用的是国产713雷达（5.6cm）、714雷达（10cm）和711雷达（3.2cm），可探测雷达站周围几百公里范围内的天气系统。原理：结构：天气雷达由以下几个基本部分组成：发射机产生高频脉冲，定向天线发射探测脉冲和接收回波脉冲，按收机放大回波脉冲信号，显示器显示气象目标物（如降水区、风暴）相对于雷达的位置、回波强度和结构。天气雷达常用的显示器有 3种：距离显示器(A显或A/R显)。显示不同距离上气象目标物的回波强度的一种仪器。平面位置显示器 (PPI)。以雷达站为显示中心，把气象目标物的方位和距离的平视图以极坐标形式显示出来的一种指示仪器。它可反映降水区、风暴等的水平分布。距离高度显示器 (RHI)。把在给定方位的铅直平面内气象目标物的距离和高度以直角坐标形式显示出来的一种指示仪器。它可反映降水区、风暴等的铅直结构。70年代以后，定量探测的天气雷达还附有小型计算机的数字处理系统。特点：天气雷达的结构有以下一些特点：采用对数中频放大器。它可使输出近似正比于输入信号强度的对数，从而保证变化范围比较大的云和降水回波强度都能得到相应的显示。有距离订正。由于接收功率Pr和距离R的平方成反比（见气象雷达方程），经距离订正后便可直接比较不同距离上的回波的强弱。具有视频积分处理器(VIP)。由于降水回波信号具有随机起伏的性质,需要把探测范围分成苦干小区域，对每一个小区域的回波信号进行平均。然后,按回波强度,实现黑白、彩色和数字分层显示。定量测定降水的雷达已有实时监测雷达参数设备。先进的天气雷达已由电子计算机控制，并由电子计算机处理气象资料，如降水量、气流速度等。百科名片：气象雷达是专门用于大气探测的雷达。属于主动式微波大气遥感设备。与无线电探空仪配套使用的高空风测风雷达，只是一种对位移气球定位的专门设备，一般不算作此类雷达。气象雷达是用于警戒和预报中、小尺度天气系统（如台风和暴雨云系）的主要探测工具之一。常规雷达装置大体上由定向天线、发射机、接收机、天线控制器、显示器和照相装置、电子计算机和图象传输等部分组成。基本概况：气象雷达 meteorological radar工作在303000兆赫频段的气象多普勒雷达。一般具有很高的探测灵敏度。因探测高度范围可达1100公里，所以又称为中层-平流层-对流层雷达 (MST radar)。它主要用于探测晴空大气的风、大气湍流和大气稳定度（见大气静力稳定度）等大气动力学参数的铅直分布。气象雷达使用的无线电波长范围很宽，从1厘米到1000厘米。它们常被划分成不同的波段,以表示雷达的主要功能。气象雷达常用的1、3、5、10和 20厘米波长各对应于 K波段（波长0.752.4厘米）、X波段 气象雷达（波长 2.43.75厘米）、C波段（波长3.757.5厘米）、S波段（波长7.515厘米）和 L波段（波长1530厘米），超高频和甚高频雷达的波长范围分别为10100厘米和1001000厘米。雷达探测大气目标的性能和其工作波长密切有关。把云雨粒子对无线电波的散射和吸收结合起来考虑，各种波段只有一定的适用范围。常用K波段雷达探测各种不产生降水的云，用X、C和S波段雷达探测降水,其中S波段最适用于探测暴雨和冰雹，用高灵敏度的超高频和甚高频雷达可以探测对流层平流层-中层的晴空流场。发展简史第二次世界大战前雷达用于军事目的。当时云、雨等气象目标的回波被作为干扰看待。1941年在英国最早使用雷达探测风暴。19421943年，美国麻省理工学院专门设计了为气象目的使用的雷达。在气象雷达发展初期，一般都靠手工操作，回波资料只能作定性分析。60年代采用了多普勒技术，气象多普勒雷达具有对大气流场结构的定量探测能力；常规雷达的数字显示和彩色显示也相继出现。70年代，除联合使用多部多普勒雷达外，又相继发展了大功率高灵敏度的甚高频和超高频多普勒雷达和具有多普勒性能的高分辨率调频连续波雷达；在雷达结构上，广泛采用了集成电路，配备有小型或微型电子计算机，使气象雷达能对探测资料进行实时数字处理和数字化远距离传输；有的天气雷达已能按照预先编好的程序，由电子计算机操纵观测，并逐步向自动化观测网的方向发展。80年代以后，在多普勒雷达的基础上，科罗拉多州立大学电子工程系的教授提出了偏振气象雷达的思想，为大气雷达探测，已经气象资料分析提供了一个更为先进的平台。偏振多普勒雷达参数为分析雨滴等降水信息分布，以及降雨形状分布提供了更为精确的信息。科罗拉多州立大学的CSU-CHILL雷达也是世界上该领域最为先进的天气雷达，CSU-CHILL是美国国家天气雷达设备，由NSF提供资金，科罗拉多州立大学负责。雷达结构：MST 雷达的结构和气象多普勒雷达大致相同。其特点在于：它们一般配备了大型天线（天线阵），有些甚高频段雷达的天线阵，尺度达 30200米，采用半波振子阵或八木天线振子阵，以相控方式实现波束扫描。超高频段雷达采用直径几十米的可动抛物面天线，这类雷达的发射功率在几百千瓦至 2兆瓦之间，发射功率和天线面积的乘积值在1010瓦米之间。此外，为获得高灵敏度和高空间分辨率，在脉冲发射体制和回波数据处理方面，也采取一些技术措施编辑本段工作原理、；：气象雷达通过方向性很强的天线向空间发射脉冲无线电波，它在传播过程中和大气发生各种相互作用。如大气中水汽凝结物（云、雾和降水）对雷达发射波的散射和吸收；非球形粒子对圆极化波散射产生的退极化作用，无线电波的空气折射率不均匀结构和闪电放电形成的电离介质对入射波的散射，稳定层结大气对入射波的部分反射；以及散射体积内散射目标的运动对入射波产生的多普勒效应等。气象雷达回波不仅可以确定探测目标的空间位置、形状、尺度、移动和发展变化等宏观特性，还可以根据回波信号的振幅、相位、频率和偏振度等确定目标物的各种物理特性，例如云中含水量、降水强度、风场、铅直气流速度、大气湍流、降水粒子谱、云和降水粒子相态以及闪电等。此外，还可利用对流层大气温度和湿度随高度的变化而引起的折射率随高度变化的规律，由探测得到的对流层中温度和湿度的铅直分布求出折射率的铅直梯度，并通过分析无线电波传播的条件，预报雷达的探测距离，也可根据雷达探测距离的异常现象（如超折射现象）推断大气温度和湿度的层结。住哟雷达种类划分：凡是不具有多普勒性能的雷达称为非相干雷达或常规气象雷达，具有多普勒性能的雷达称为相干雷达或多普勒雷达。主要的气象雷达有：测云雷达。是用来探测未形成降水的云层高度、厚度以及云内物理特性的雷达。其常用的波长为1.25厘米或0.86厘米。工作原理和测雨雷达相同，主要用来探测云顶、云底的高度。如空中出现多层云时，还能测出各层的高度。由于云粒子比降水粒子小，测云雷达的工作波长较短。测云雷达只能探测云比较少的高层云和中层云。对于含水量较大的低层云,如积雨云、冰雹等,测云雷达的波束难以穿透，因而只能用测雨雷达探测。测雨雷达。又称天气雷达，是利用雨滴、云状滴、冰晶、雪花等对电磁波的散射作用来探测大气中的降水或云中大滴的浓度、分布、移动和演变，了解天气系统的结构和特征。测雨雷达能探测台风、局部地区强风暴、冰雹、暴雨和强对流云体等，并能监视天气的变化。测风雷达。用来探测高空不同大气层的水平风向、风速以及气压、温度、湿度等气象要素。测风雷达的探测方式一般都是利用跟踪挂在气球上的反射靶或应答器，不断对气球进行定位。根据气球单位时间内的位移，就能定出不同大气层水平风向和风速。在气球上同时挂有探空仪，遥测高空的气压、温度和湿度。圆极化雷达。一般的气象雷达发射的是水平极化波或垂直极化波，而圆极化雷达发射的是圆极化波。雷达发射圆极化波时，球形雨滴的回波将是向相反方向旋转的圆极化波，而非球形大粒子（如冰雹）对圆极化波会引起退极化作用，利用非球形冰雹的退极化性质的回波特征，圆极化雷达可用来识别风暴中有无冰雹存在。调频连续波雷达。它是一种探测边界层大气的雷达。有极高的距离分辨率和灵敏度，主要用来测定边界层晴空大气的波动、风和湍流（见大气边界层）。气象多普勒雷达。利用多普勒效应来测量云和降水粒子相对于雷达的径向运动速度的雷达。甚高频和超高频多普勒雷达。利用对流层、平流层大气折射率的不均匀结构和中层大气自由电子的散射，探测110