雷达波在传播过程中的衰减.doc

雷达气象问题研究1.研究问题：雷达波在传播过程中的衰减与哪些因素有关？2.猜想：雷达波的衰减与大气、云、降水粒子（如雨，雪，冰雹等）。3.大气气体对雷达波的衰减：气体对雷达波的散射可以忽略。对2cm以上的雷达波，吸收也可以忽略。天气雷达主要测量降水，基本不考虑气体对天气雷达的衰减。但用mm波长探测时，气体的衰减要考虑。吸收雷达波的大气气体主要是水汽和氧气。如右图为水汽和氧气的衰减系数与波长的关系。由图可以看出：水汽的主要吸收带：1.35cm(22.235GHz)和0.164cm(183.3GHz)氧气的主要吸收带： 0.5cm(60GHz)和 0.253cm(118.8GHz)此外，水汽对雷达波的衰减还与水汽密度、气压、温度等大致有一下关系：水汽的衰减特征：a.当水汽含量保持不变时，衰减随温度降低是缓慢增加的；b.除了1.35cm波长附近，其他波长处水汽吸收和气压成正比；c.水汽吸收与水汽含量成正比。另外氧气的衰减特征：a. 温度下降，衰减逐渐增加；b. 波长在0.710cm之间，吸收与压力的平方成正比。2.云对雷达波的衰减：云滴：半径小于100m的水滴或冰晶粒子，对于常用的测雨雷达而言，满足=2r/，即满足Rayleigh散射条件。云滴的衰减截面：云的衰减系数ktc与云中的含水量M（单位体积内所有云质点的质量之和，单位:g/m3 ）的关系： K1*：单位含水量的衰减系数，单位为dB/km/g/m3表中云中含水量为1g/m3a.液态云的衰减随温度的降低而增大。b.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；对于波长较长的雷达，可忽略云层对电磁波的衰减作用；c.冰云的衰减要比液态云的衰减小23个量级，原因在于冰晶的介电常数小于水。3.雨对雷达波的衰减:a.半径大于100m的水滴；大的雨滴的半径可达0.3cm。不一定满足Rayleigh散射条件。b.对于雨滴的Qs，Qa 和Qt，除波长较长的雷达外，必须用普适球形粒子的公式计算，比较复杂。解决办法:第一步:先由以简单化的Rayleigh近似公式，计算出相当的QtR ；第二步:根据和QtR相当的，并结合QtM/QtR曲线，这样就可以得到相应的QtM。雨的衰减系数的计算:对观测资料的分析表明，雨的衰减系数与降水强度I之间有如下经验关系：降水强度I（雨强）：单位时间内降落到地面单位面积上的降水量。雨的衰减a.雨的衰减系数一般与降水强度近于成正比关系；b.雨的衰减系数在给定温度下还与波长有关系；c.由于雨滴谱的分布和降水强度经常随时空变化，所以在雷达波束所经过的路径上，各段的衰减情况往往不尽相同，整个雨区的总衰减: 由于衰减作用，对于同一降雨带波长较长的雷达能准确探测到，而波长较短的却不一定。定性结论：a.大面积小雨，3cm雷达，雨的衰减要考虑。b. 大面积中雨，3cm和5cm，雨的衰减要考虑。c. 大面积大雨或冰雹，3cm，5cm和10cm均要考虑。综合考虑雷达截面与波长四次方成反比，衰减和波长成反比的影响，我国雷达布网，对短时预报，东南沿海多暴雨和台风，采用10cm雷达，内陆西北5cm雷达，人影多为3cm。雪、冰雹对雷达波的衰减a.对于干雪，在波长较短、降水强度比较大、距离较远时，干雪的衰减要考虑；b. 湿