多普勒天气雷达原理与业务应用思考题070831.doc

1 多普勒天气雷达主要由几个部分构成？每个部分的主要功能是什么？、多普勒天气雷达主要由4个部分构成：雷达数据采集子系统（RDA），雷达产品生成子系统（RPG），主用户终端子系统（PUP）和连接它们的通信线路。RDA是数据采集单元，由发射机、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散射能量，并通过数字化形成基本数据。RPG是一个多功能的单元，它由宽带通讯线路从RDA接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户。RPG是控制整个雷达系统的指令中心。PUP的主要功能是获取、存储和显示产品。2 多普勒天气雷达的应用领域主要有哪些？ 多普勒天气雷达的应用主要在于对灾害性天气，特别是与风害和冰雹相伴随的灾害性天气的监测和预警。它还可以进行较大范围降水的定量估测，获取降水和降水云体的风场结构。还有改善高分辨率数值天气预报模式的初值场。3 我国新一代天气雷达主要采用的体扫模式有哪些？目前主要有4个： VCP11: 5分钟内对14个具体仰角的扫描；VCP21： 6分钟内对9个具体仰角的扫描； VCP31： 10分钟内对5个具体仰角的扫描；VCP32： 使用短脉冲10分钟内对5个具体仰角的扫描。4 天气雷达有哪些固有的局限性？ 天气雷达的主要局限性有三个：一是波束中心的高度随距离的增加而增加，二是波束宽度随距离的增加而展宽，三是静锥区的存在。前两点使得雷达对远距离的目标的探测能力降低，第三点使得雷达对于非常近的目标物的探测能力受限。5 给出雷达气象方程的表达式，并解释其中各项的意义。 ：降水区的回波功率的时间平均值，即气象目标的回波功率。Pt ：雷达发射的脉冲功率。G：天线增益。：水平、垂直波束宽度。H：脉冲长度。：波长。r：目标物到雷达天线的距离。Z：反射率因子。K=，m：构成粒子介质的复折射指数。6 给出反射率因子在瑞利散射条件下的理论表达式，并说明其意义。 单位体积内粒子直径六次方之和，用Z表示。Z值的大小反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，常用来表示气象目标的强度。单位mm6/m37 给出后向散射截面的定义式及其物理意义。设有一个理想散射体，其截面面积为，它能全部接收射到其上的电磁波能量，并均匀地向四周散射，若该理想散射体返回雷达天线处的能流密度，恰好等于同距离上实际散射体返回雷达天线的电磁波能流密度，则该理想散射体的截面面积就称为实际散射体的后向散射截面。后向散射截面是一个虚拟的面积，它可以用来定量地表示粒子后向散射能力 ：粒子后向散射到雷达天线处的能流密度，r：粒子离雷达天线的距离，Si：到达降水粒子的入射波能流密度。由于实际粒子不是理想散射体，所以它的后向散射截面不等于其几何截面。后向散射截面与几何截面的比值，用表示，称为标准化的后向散射截面。8 什么是天气雷达工作频率？什么是天气雷达脉冲重复频率？发射机发射的脉冲振荡频率就是天气雷达工作频率，决定了发射脉冲的波长。每秒产生的触发脉冲的数目称为天气雷达脉冲重复频率。9 什么是波束的有效照射深度和有效照射体积？ 在径向方向上，粒子的回波信号同时返回雷达天线的空间长度为h/2，称为有效照射深度。在波束宽度和范围内，粒子所产生的回波同时到达天线的空间体积，称为有效照射体积。10 0 dBZ代表多少反射率因子单位？ 10dBZ、30dBZ和40dBZ分别代表多少反射率因子单位？ dBZ=10*lg(Z/Z0), Z0=1 mm6/m3 1、0.1、1000、1000011 何谓多普勒效应？多普勒雷达测量回波径向速度的主要技术是什么？ 多普勒效应：当接收者或者接收器与能量源处于相对运动状态时，能量到达接收者（器）时频率的变化。 多普勒速度信息是用脉冲处理方法得到的，用这种方法确定从一个给定的距离段相继反射回来的两个脉冲之间的相移。速度信息用三个步骤得到：（1）为了使对每个0.25km的12什么叫距离折叠？什么叫速度模糊？最大不模糊距离和最大不模糊速度的表达式是什么？多普勒两难指的是什么？距离折叠是指雷达对产生雷达回波的目标物位置的一种错误；当目标位于最大不模糊距离以外时，雷达却把目标物显示在Rmax以内的某个位置。多普勒天气雷达能够测量的脉冲到下一个脉冲的最大相移上限是180（），如果一个目标在两个脉冲的时间间隔期间移动得太远了，它的真实相移超过180，那么雷达对此目标的速度的第一猜测值是不正确的，就是速度模糊。最大不模糊距离Rmax=CT/2=C/(2*PRF) 最大不模糊速度 Vmax=*PRF/4PRF:脉冲重复频率由于Rmax与PRF成反比，而Vmax与PRF成正比，因此不存在一个单一的脉冲重复频率能够使Rmax与Vmax都比较大。这通常称为“多普勒两难”。13 0.5度仰角，Rmax=460km和7.5仰角，Rmax=115 km时为什么不大可能产生距离折叠？Sin0.5=0.0087, 460km处高度H=16+4km，sin7.5=0.13, 115 km处高度H=1+15km14 地物杂波有哪几种？抑制地物杂波的主要思路是什么？普通地物杂波：雷达波束正常传播情况下，由高大建筑和地形造成的。异常地物杂波：在特殊气象条件下雷达波束的超折射造成的地物杂波。利用多普勒功率谱可以对基数据进行分析。对特定的距离库，其系列脉冲回波的功率和速度有所不同。通过检验每一个距离库回波的多普勒功率谱，可以区别气象信号和杂波信号。杂波信号具有较高的回波功率，径向速度以零为中心分布，谱宽很窄；气象信号具有时间变化的回波功率，径向速度很少以零为中心分布。15 指出超折射在雷达回波图上的特点。出现超折射表明当时的大气状况怎样？ 发生超折射时，雷达回波图上的地物回波显著增多、增强。在平显上，常常是一些呈辐辏状排列的短线，当强度较大时，这些短线状的回波相互弥合成片状。出现超折射表明当时大气气温向上递增，同时水气压向上迅速递减，即出现暖干盖大气层结。16 速度退模糊算法的主要思路是什么？CINRAR-SA雷达速度退模糊算法的主要步骤是哪几步？基于连续性原则，将每个速度初猜值与它的周围的相临速度值相比较。如果一个速度初猜值与它的周围显著不同，则采取算法，试图用另一个可能的值去替代那个速度初猜值。1）径向连续性检查；2）九点平均；3）扩展搜索；4）环境风表17 ，雷达波长5厘米，应是多少？若雷达波长10厘米，是多少？ Rmax=C/2PRF Vr max=C/6Rmax =5cm : Vr max=8.3m/s; =10cm : Vr max=16.7m/s; Vr max= * PRF /418 如果一个模糊的径向速度值是45节，它的邻近值是-55节，最大径向速度是60节，那么这个径向速度的最可能值是什么？ 65节19 对流风暴分为哪几种类型？ 普通单体、多单体，线风暴（飑线），超级单体20 雷暴产生的环境条件主要有哪些？ 热力不稳定，垂直风切变，水汽条件，抬升条件。21 垂直风切变对雷暴发展的主要作用是什么？ 垂直风切变对对流性风暴组织和特征的影响最大。一般，在一定的热力不稳定条件下，垂直风切变的增强将导致雷暴进一步发展。1）使上升气流倾斜，上升气流中的降水质点能够脱离上升气流，不会因为拖曳作用减弱上升气流的浮力。2）增强中层干冷空气的吸入，加强风暴中的下沉气流和低层冷空气外流。再通过强迫抬升使得流入的暖湿气流更强烈地上升，从而加强对流。22 雷达单体生命史分为哪几个阶段？每个阶段的主要特征是什么？ 塔状积云阶段、成熟阶段、消亡阶段。 上升气流，初始回波水平尺度1KM左右，垂直尺度略大，回波顶通常在-4-16度之间，回波底在0度附近；回波同时向上下增长，但不接地，最强回波在云体中上部。 上升气流和下沉气流共存，回波开始接地23 给出中气旋的定义 凡满足下列判据的小尺度涡旋即为中气旋：（1）核区直径小于等于10KM，转动速度（|Vmax|+|Vmin|）/2超过相应数值；（2）垂直延伸厚度大于等于3KM，大小在10KM左右；（3）前两个指标都满足的持续时间至少为两个体扫描，约12分钟生命史；（4）核区的径向速度随半径的增大而增强，过了中气旋核区后随着距离的增大而减小。24 给出超级单体风暴的定义。经典超级单体风暴反射率因子回波的主要特征是什么？ 一个孤立的强对流单体，上升气流强且有旋转，具有特殊结构的风暴。在PPI上有“钩”状回波，在RHI上有弱回波“穹窿”、“回波墙”、“悬挂“回波。强度大于55dBZ，生命史大于45分钟。25 给出下列小尺度流场特征的雷达径向速度示意图：1）辐合气旋式旋转；2）辐散气旋式旋转。26 强对流天气指的是哪些天气？ 龙卷、下击暴流、冰雹、暴雨、雷暴27 强冰雹的主要雷达识别判据有哪些？ 回波强度最大值及所在高度（-20以上），有界弱回波区或弱回波区区域大小（大），垂直液态含水量，风暴顶辐散，“火焰”回波或“雹钉”28 雷暴大风的主要雷达回波特征有哪些？ 积云发展过程中，只要对流发展较旺盛，由于相对强的上升气流和下沉气流，地面总会出现短时间的强降水和强阵风。冰雹云、多单体风暴、超级单体风暴总会出现雷暴大风。确定是对流性回波后，从强度、回波块面积及回波体高度来分析。回波顶处温度-22.4为界29 龙卷预警的主要思路是什么？ 天气背景分析 雷达数据分析：反射率因子+冰雹指数+中气旋产品等，确定可能的强风暴区；对每个可能的强对流风暴，分析垂直剖面，垂直风切变、中气旋。30 给出你认为比较重要的8个雷达导出产品. 组合反射率因子、垂直累积液态含水量、分层组合反射率因子、回波顶、冰雹指数、一小时累积雨量、组合切变、中气旋。31 何谓脉冲风暴，其演变的主要特征是什么？可产生哪几种强对流天气？ 在弱垂直风切变环境中产生的对流较强的单体风暴。下击暴流、冰雹、弱龙卷。32 有利于雷暴大风产生的环境条件是什么？33 有利于强冰雹产生的环境条件是什么？ 大的对流有效位能CAPE和较大的垂直风切变34 龙卷的级别是如何划分的？ 用最大风速和造成的损害强度划分，即F等级，F0F5。FPP等级，由最大风速、路径长度、路径宽度这三个参数确定。35 多普勒天气雷达能为短时强降水预报提供哪些线索？ 反射率因子：降水范围、系统类型和演变趋势（移向和强度变化） 回波产品：降水强度分布，降水量分布 径向速度： 降水区移向和移动速度，识别辐合线、切变和气旋，低空急流等。36 CINRAD-SA雷达降水算法主要分哪几个步骤？ 降水检测、雨量计数据获取、反射率因子预处理、降水率转换、降水累加、利用的数据对估测值进行订正、生成产品。37 雷达降水估计误差主要来自哪些方面？（1）Z值估计错误：地物杂波；非正常传播（超折射）；波束部分充塞，使Z值下降；湿的天线罩。（2）Z-R关系误差：滴谱