雷达气象学考试复习

雷达气象学考试综述1.解释和说明冰雹回波的主要特征(10分)。答：冰雹云回波特征：回波强度特别强(地区、月份、50分贝)；回波顶高(10公里)；上升(旋转)气流特别强(也有强烈的向下流动)。生产者价格指数，1。v形缺口，衰减。2.钩子回声。3.TBSS或回声。绘图解释。RHI: 1。超级单体风暴中的圆顶(BWER，上升气流)，回声墙和悬浮回声。2.强回声高度高。3.旁瓣回波。绘图解释。4.发光回声。5.在强回声中心的下游，有一个60-150公里或更长的砧回声。从速度图可以看出，正、负速度中心分布在径向线的两侧，呈螺旋状结构。可能会出现速度模糊。2.绘制均匀西北风的变风量图像环境风速和风向的信息可以从变风量图像中获得。如图所示，西北风的风向对应于7/4(315)。零速度线是一条从45-225方位角的直线(如图所示)。因此，可以画出血管性痴呆的图像。/43/47/4方位角速度3.解释多普勒频移：多普勒频移：相对运动引起的频率变化有一个相对于雷达距离为R、雷达波长为的运动目标。雷达和目标之间发射脉冲的往返距离为2r，相位测量为2 2R/。如果发射脉冲的初始相位为0，则散射波的相位为=0 4r/。当目标沿径向移动时，相位随时间的变化率(角频率)。另一方面，角频率和频率之间的关系那么多普勒频率和目标运动速度之间的关系FD=2VR/4.天线方向图：在极坐标中绘制的通过天线的水平和垂直平面上能量流密度的相对分布图。天气雷达天线方向性强，辐射功率集中在波束指示的方向。反映雷达波束的电磁场强度及其在空间的能量流密度分布。曲线上每个点和坐标原点之间的连线长度表示该方向的相对能量流密度。在图中，能量流密度最高的波瓣称为主瓣，旁瓣称为旁瓣，相反的方向称为尾瓣。5.新的天气雷达技术；多基地雷达系统双极化天气雷达(双极化)双多普勒雷达观测阵列联网多普勒雷达：共面显示困难。CAPPI晴空条件下的风激光雷达：云激光雷达，t，机载多参数雨雷达；相控阵雷达：天线，时间，风廓线雷达；三维雷达回波图像闪电定位系统6.雷达气象服务涉及的软硬件系统和内容：1天气雷达系统(硬件)2天气雷达系统(软件部分)3雷达探测原理(距离、方位、强度、速度)4雷达数字化系统和产品雷达图像计算机显示的实践6典型雷达回波(强度、速度)7雷达数据的压缩和保存8雷达图像的平滑和锐化9雷达图像杂波滤波速度数据的提取(VAD和图像相关处理技术，包括基础去模糊技术)11降水的雷达测量及相关问题12雷达探测灾难性天气(冰雹、台风、暴雨等)。)13雷达马赛克双波长双极化雷达的优势及应用7.球形粒子的散射球形干冰粒子：对雷达波的散射瑞利：所以雪和小冰粒的回声很弱。米恩：M3地区，解释为什么大冰雹的回声非常强。8月和9月z50分贝，大雨30分贝熔化球形颗粒的散射：1.用水膜包裹的融化冰球：瑞利：随着融化水膜厚度的增加，融化冰球的雷达截面也增加。融化的冰球雷达截面随着融化水膜厚度的增加而减小。解释北方的降雪(干雪)回波在冬季较弱，而南方的降雪(湿雪，被认为是被水膜覆盖的冰球)回波较强。零度亮带形成的原因之一是熔化。2.冰水均匀混合的球：雷雷：冰水均匀混合球的雷达截面随融水量的增加而增大，比冰球增大时要慢得多因为仰角增大，散射不变，E/水平面，电偶极矩l=2b长轴不变。球越平，相对于相同体积的球形粒子产生的反向散射就越大。此外，随着天线仰角太高，后向散射强度将不会改变，并且不会产生正交极化分量。2.衰减1.比尔-伯格-兰伯特定律的积分公式2.以分贝表示的衰减系数kt3.云对雷达波的衰减规律及ktc与含水量m的关系云对雷达波的衰减规律：(1)由液滴组成的云的衰减随着波长的增加而迅速减小；(2)液态云的衰减也随着温度的降低而增加；(3)对于波长较短的雷达(如3厘米以下的雷达)，应考虑云的衰减效应；对于雷达波长较长的雷达，云层对电磁波的衰减可以忽略不计。冰晶的介电常数比水的介电常数小，所以冰云的衰减比液体云小23个数量级。ktc与云中含水量的关系M:(单位体积中所有云粒子质量之和，单位：克/立方米)4.雷达波的雨衰减规律及其与雨强的关系降雨对雷达波的衰减规律：(1)降雨对雷达波的衰减系数一般与降雨强度成正比；(2)在给定温度下，雨的衰减系数也与波长有关；(3)由于雨滴谱和降水强度的分布往往随时间和空间而变化，所以在雷达波束传播的路径上，每一段的衰减往往是不同的。(4)由于衰减，同一雨带中波长较长的雷达可以准确探测到，而波长较短的雷达则不能。ktr与雨强I的关系：(I)降水强度(雨强):单位面积单位时间内降落地面的降水量。衰减的影响：1导致弱回声，弱回声可能消失2减小回波面积3.回声分布失真4预计降雨量大且小。5导致回声识别和跟踪困难5.KT与波长成反比结论的应用。定性结论：大面积小雨，3厘米雷达，应考虑雨衰减。中雨，3厘米和5厘米，应考虑3厘米、5厘米和10厘米的大雨或冰雹。考虑到雷达截面/雷达反射率与波长成反比(波长越短，散射能力越强)，衰减与波长成反比(波长越短，衰减越强)。我国雷达网在西北内陆使用10厘米雷达和5厘米雷达进行短期预报，在东南沿海使用暴雨和台风(大雨滴)。影子作战的机动性决定了他们大多使用3厘米的雷达。PS :“v”形缺口：由于大冰雹和云中的大水滴等大粒子对雷达波的强烈衰减，雷达波无法穿透主要的大粒子区域，在大粒子区域的后半部分形成所谓的V形间隙。尖角与测量站对齐。3.雷达气象方程1.概念：波宽:雷达主波束上两个半功率点之间的夹角，有水平波宽和垂直波宽。雷达波能量越集中，波宽越大脉冲宽度：脉冲持续时间(711是1微秒)脉冲长度h:空间中的脉冲延伸距离h=ct有效脉冲深度：理论证明只有波束中距离R到R h/2范围内的粒子散射的回波才能同时到达天线。H/2被称为光束的有效照射深度。有效照射量：计算有效辐射体积的具体方法取决于波束的几何形状，即天线：的形状天线增益：假设天线辐射的能量流密度在这个方向的波束范围内是相同的，在距离定向辐射天线R的距离处，能量流密度Smax与Sav的比值称为定向辐射天线的增益。盲区：在距离雷达站h/2范围内产生的回波不会被接收到，称为盲区。2.雷达气象方程公式(3.25)及其讨论。要求掌握每个项目的物理意义和每个参数的意义(1)发射功率：增加铂可以提高雷达探测能力和探测距离。然而，铂的增加受到技术和经济条件的限制。测距的局限性通常不是铂的不足，而是由于地面物体阻挡和地球曲率的影响。(2)波长(或振荡频率f ):同一目标对不同波长电磁波的散射和衰减特性有很大不同。因此，用于不同目的的天气雷达具有不同的波长。(3)脉冲宽度：增加了脉冲宽度和V增加，并且由粒子产生的更多回波可以同时到达天线，增加了Pr，从而增加了雷达检测能力。然而，有两个缺点： (1)雷达距离分辨率(h/2)变低；指雷达屏幕上两个目标在空间径向上可被区分的最小距离。(2)距离雷达站h/2 :范围内，雷达盲区变大。天线增益：取决于天线孔径面积：增加Ap可以提高G，减小波宽，从而提高雷达探测能力和探测的角度分辨率。因此，天气雷达经常使用较大的Ap。然而，如果Ap太大，旋转性能、风阻和机动性将会很差，并且制造和安装将会很困难。脉冲重复频率(PRF) : PRF的选择决定了最大检测距离，实际的PRF选择取决于实际情况。距离因子的作用：(1)回波功率Pr与距离r的平方成反比，即相同强度的降水在距离上比在近距离上弱得多(2)最大明确距离Rmax:附言：多普勒难题：最大明确距离：Rmax指的是下一个脉冲在发射前能够前进并返回雷达的最长距离。主题：1.波长为5厘米、脉冲重复频率为1000赫兹的天气雷达能否在180公里处以20米/秒的速度正确探测到雷暴系统？如果检测不到，会发生什么？(20分)解决方案：150公里；12.5米/秒因此，波长为5厘米、脉冲重复频率为1000赫兹的天气雷达无法正确探测移动速度为20米/秒、距离为180公里的雷暴系统，并且会产生二次回波和速度模糊。(5分)图纸分析显示，在距离雷达30公里处有二次回波。(2分)如果20m/s是远离雷达的径向速度，速度图上显示的正最大值12.5米/秒区域突然变为负最大值，并逐渐变为负5米/秒，这说明了速度模糊现象和公式计算过程。(3分)2.为了正确测量180公里处速度为15米/秒的雷暴系统，能否使用波长为5厘米的多普勒天气雷达？如果重复使用波长为10厘米的多普勒天气雷达，请设置适当的脉冲重复频率。(Rmax*Vmax=180公里* 15米/秒=2.7x106平方米/秒，(C)/8=0.05*3.0*108 /82*106平方米/秒)因为Rmax*Vmax (C)/8，它不能被正确测量(如果学生用双PRF技术回答，这是可能的，那么需要写出PRF的具体数据)第二个问题的具体解决过程：(1) Rmax=C/(2*PRF) 180 k，m，PRF C/(2*180km)=833赫兹(2)Vmax=(* PRF)/4 15米/秒PRF(4 * 15米/秒)/=600赫兹因此，600赫兹和833赫兹之间的任何脉冲重复频率都满足要求。PRF可以设置为800赫兹。3.波长为5厘米、脉冲重复频率为1000赫兹的天气雷达能否在180公里处以20米/秒的速度正确探测到雷暴系统？如果检测不到，会发生什么？(20分)150公里；12.5米/秒因此，波长为5厘米、脉冲重复频率为1000赫兹的天气雷达无法正确探测移动速度为20米/秒、距离为180公里的雷暴系统，并且会产生二次回波和速度模糊。(5分)图纸分析显示，在距离雷达30公里处有二次回波。(2分)如果20m/s是远离雷达的径向速度，速度图上显示的正最大值12.5米/秒区域突然变为负最大值，并逐渐变为负5米/秒，这说明了速度模糊现象和公式计算过程。(3分)折射1.折射过程和折射的物理原因。过程：电磁波在大气中的弯曲传播。物理原因：电磁波在非均匀介质中传播速度的变化引起的传输方向的变化。2.曲率，地球等效半径，M=每弧倾斜度的变化在真实地球和真实射线的情况下，地球等效半径的最大探测距离R m:h与在虚拟地球和直线传播的情况下相同，此时地球的虚拟半径称为地球等效半径。修正折射率m:将地球设为一个平面来修正大气折射率。3.曲率和折射率与高度的关系。氮的含量随磷和磷的增加而增加，随磷的减少而增加；(2)在实际大气中，P、T、E一般随高度的增加而降低，但P、E下降较快。因此，磷和磷在氮的垂直变化中起主导作用，即氮随高度增加而减少。那就是：(3)可以看出，以某一仰角发射的电磁波的传播路径通常向地球表面略微弯曲。4、五种折射现象、超折射的气象条件和意义1超折射中的回波特征：地物回波明显增加，距离出现位置的距离RDA明显增加。如何区分地面目标回波和降水回波？与晴空条件下地面目标回波的日分布相比，地面目标回波在高折射条件下有明显的区别。地面目标回波是静止的，气象回波是移动的，所以你可以看到速度图；提高仰角，使电磁波穿过波导层。高折射回波的气象意义：辐射超折射：在大陆晴朗的夜晚，由于地表辐射使表层迅速冷却，辐射发生逆转。特别是当地面潮湿时，水蒸气不能向上输送。当干燥和温暖的空气移动到较冷的水面时。雷暴超折射：超折射发生在消散过程中。强烈的向下流动导致逆温层，这反过来又抑制了水汽的向上输送，形成了超折射。5.折射对雷达探测距离的影响。当探测距离很远时，雷达波束偏离地面，一些低目标无法观察到。当目标移动到雷达站时，波束的探测高度不断降低，导致回波再生的虚假现象。当目标物体远离雷达站时，波束探测高度不断增加，导致回波衰减和消散的虚假现象。球形地面引起回波的分布变形。五、雷达探测能力和准确性1.高度测量公式：2.高度测量误差：1.雷达设计精度引起的高度测量误差：高标记-200米2.测距误差引起的高度测量误差DH:dR范围的2%，DH几百米。3.天线高度误差引起的高度测量误差：忽略4.高程误差:查找表格5、大气折射.6、梁