多普勒气象雷达初步总结.doc

典型的天气雷达特征单一 Z 型雷达是已用了数十年的常规非相干脉冲雷达，并且至今仍非常有用。多普勒雷达是新一代雷达，它为观测提供了新的维度，即提供径向速度的估值。微多普勒雷达是为了更好地探测在非常有限区域内的小尺度微下击暴流和陆龙卷而研发的雷达，例如对航空终点场站空中航道的保护多普勒雷达具有确定发射脉冲与接收脉冲之间相位差的功能，这种相位差可用来测量粒子的平均多普勒速度，它表示在脉冲体积内水凝物的径向位移速度分量的加权平均反射率。多普勒谱宽是该速度空间变率的度量，据此可表示云中风切变和湍流的某些特征。多普勒雷达比常规天气雷达观测增加了新的重要参量，大多数新的雷达系统均具有这种功能。作用已发现雷达观测最大的作用在于：(a)强天气探测、跟踪和预警；(b)天气尺度和中尺度天气系统的监视；(c)降雨量估值。雷达的特性不可能对所有的应用都是理想的。雷达系统的选择标准通常在满足某几项应用中达到最优化，但也可以指定最佳满足于特定的最重要的应用。波长、波束宽度、脉冲长度和脉冲重复频率（PRF）的选择尤其重要。因此，用户在确定雷达指标之前应当在应用和气候学方面仔细地考虑。多普勒天气雷达的发展和引入，为气象监视的观测提供了一个新的维度。多普勒雷达为在径向朝着或远离雷达方向的目标物速度提供了测量。多普勒技术还有一个优点是当速度场能在含噪声的Z 场中区分出来时，对接近雷达噪声电平的低反射率目标有更高的灵敏度。当气象目标处于正常速度时，频率漂移与雷达频率相比较小，很难测量。一个较简单的做法是保持发射脉冲的相位，与接收到的脉冲的相位相比较，然后确定相继脉冲之间的相位变化。相位随时间的变化量直接与频率漂移相关，它又相应与目标物速度相关多普勒效应。如果相位变化超过180，速度的估值是模糊的。多普勒雷达能测得的最高不模糊速度是在超过四分之一波长的相继脉冲之间目标物移动的速度。在更高的速度时，需要附加的处理步骤以重新获得正确的速度。最大不模糊多普勒速度依赖于雷达波长（）和 PRF，可以表示为：Vmax=PRF4最大不模糊距离可以表示为：rmax=cPRF2于是，Vmax和rmax的相关关系 可以通过下式表示Vmaxrmax=c8这些关系式表明了由于对 PRF 的选择带来的局限性。高一些的PRF 能够提高不模糊速度；较低的PRF 能够增加雷达作用距离。在没有更好的技术以排除这些局限获取不模糊的资料之前，需要有一个折衷的办法。一些多普勒雷达是全相干的，它们的发射机采用非常稳定的频率源，其中脉冲之间的相位是确定而且已知的。半相干雷达系统其相继脉冲间的相位是随机但却可以知道的，它们比较便宜而且使用更为普遍。典型的全相干雷达在高功率输出放大器中采用速调管，并且使接收机和发射机一样，来源于同样的频率源。这一方法大大降低了在半相干系统中出现的相位不稳定度，使地物杂波抑制得到改善，同时提高了对原本不易发现的晴空中弱天气现象的识别能力。非相干和半相干雷达的微波发射机通常使用磁控管，理由是相对简单并且花费较低，同时对于常规观测来说性能也是足够的。磁控管还有一个附带的优点是降低了对由于随机相位产生的第二和第三级误回波（来自超过最大不模糊距离的回波）的多普勒响应，尽管在相干雷达中通过在发射机和接收