2025年大学《大气科学》专业题库- 大气科学中的气象雷达技术

2025年大学《大气科学》专业题库——大气科学中的气象雷达技术考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.下列哪项不是气象雷达发射电磁波的主要方式？A.脉冲发射B.连续波发射C.调制发射D.脉冲调制发射2.雷达方程中，决定雷达探测距离的主要因素之一是？A.发射功率B.接收机灵敏度C.雷达波束宽度D.以上都是3.多普勒雷达的主要功能是？A.探测降水粒子B.测量降水粒子的径向速度C.判断降水粒子的相态D.绘制天气图4.下列哪种雷达主要用于探测高空水汽和云层？A.X波段雷达B.C波段雷达C.S波段雷达D.频率调制连续波雷达5.雷达回波强度主要与下列哪个因素有关？A.发射功率B.接收到的回波功率C.雷达波束宽度D.以上都是6.下列哪种气象回波通常表示强对流天气？A.积云回波B.层状云回波C.龙卷风回波D.霰暴回波7.雷达无法直接探测到的是？A.降水粒子B.风场C.温度D.水汽8.用来衡量雷达分辨率的概念是？A.波束宽度B.脉冲重复频率C.滤波器类型D.距离分辨率9.雷达数据产品“基本径向速度图”主要显示？A.降水粒子的尺度B.降水粒子的相态C.气流的径向速度D.气流的垂直运动10.下列哪项技术不属于气象雷达与卫星数据融合的范畴？A.雷达校正B.数据同化C.卫星反演D.雷达拼图二、填空题1.气象雷达利用电磁波的________散射原理来探测大气中的降水粒子。2.雷达方程中，R代表________，P_r代表________。3.多普勒天气雷达通过测量回波的多普勒频移来________。4.雷达的波束宽度越小，其________就越高。5.雷达回波图上的亮区通常表示________区域。6.毫米波雷达具有________的特点，可以探测到更细微的降水粒子。7.雷达数据产品“垂直积分液态水含量”(VIL)表示________。8.雷达网络通过多部雷达的________来获取大范围的三维天气信息。9.雷达技术的局限性之一是________，即对非水成物粒子（如沙尘、火山灰）的探测能力较差。10.气象雷达技术的发展趋势之一是________，即提高雷达的探测精度和分辨率。三、名词解释1.波束宽度2.气象回波3.多普勒效应4.径向速度5.雷达方程四、简答题1.简述脉冲雷达的工作原理。2.简述多普勒雷达如何测量风速。3.简述雷达回波图上不同类型回波的特征。4.简述雷达技术在强对流天气监测中的应用。五、计算题1.一部发射功率为1kW，波长为5cm的雷达，其天线增益为30dB，接收机灵敏度为人射信号功率为10^-13W。假设雷达与目标距离为100km，目标雷达截面为1平方米。请计算该雷达能否探测到该目标？2.一部多普勒雷达探测到某处回波的多普勒频移为+100Hz，已知雷达的工作频率为950MHz，请计算该处气流的径向速度。六、论述题试述气象雷达技术在现代天气预报中的作用和意义。试卷答案一、选择题1.C2.D3.B4.D5.D6.D7.C8.A9.C10.C二、填空题1.散射2.雷达与目标之间的距离；接收到的回波功率3.测量气流的径向速度4.分辨率5.降水强度大的6.分辨率高的7.单位体积大气中液态水含量的总量8.覆盖9.对非水成物粒子探测能力有限10.向更高频率发展三、名词解释1.波束宽度：指雷达波束在水平面或垂直面上扩散的角度范围，通常用度来表示。波束宽度越小，雷达的分辨率越高。2.气象回波：雷达发射的电磁波在大气中遇到降水粒子（如雨滴、雪花、冰雹等）发生散射，部分散射波被雷达接收机接收到的现象。回波强度与降水粒子的浓度、大小以及雷达与粒子之间的距离有关。3.多普勒效应：当波源和观察者相对运动时，观察者接收到的波的频率会发生变化。多普勒天气雷达利用多普勒效应来测量大气中气流的径向速度。4.径向速度：指大气中某一点的风速在雷达视线方向上的分量。多普勒雷达可以通过测量回波的多普勒频移来计算径向速度。5.雷达方程：描述雷达探测性能的基本方程，它将雷达接收到的回波功率与雷达的发射功率、天线增益、工作频率、雷达与目标的距离、目标的雷达截面以及大气衰减等因素联系起来。四、简答题1.脉冲雷达的工作原理：脉冲雷达先发射一短促的电磁波脉冲，然后在一段时间内接收目标反射回来的回波。通过测量脉冲的发射和接收时间来计算雷达与目标之间的距离，通过比较不同脉冲的回波强度来估计目标的强度。2.多普勒雷达测量风速：多普勒雷达发射连续的电磁波脉冲，并接收目标反射回来的回波。通过测量回波信号与发射信号之间的多普勒频移，可以计算出目标相对于雷达的径向速度。由于大气中的风是不均匀的，多普勒雷达可以通过扫描不同的角度来获取二维或三维的风场信息。3.雷达回波图上不同类型回波的特征：*积云回波：通常呈白色或灰白色，强度较弱，结构较为松散，移动速度较慢。*层状云回波：通常呈大片白色或灰白色，强度较弱，结构较为均匀，移动速度较慢。*龙卷风回波：通常呈柱状或漏斗状，强度很强，结构较为紧密，移动速度很快。*霰暴回波：通常呈强回波，结构较为复杂，可能包含钩状回波或穹顶状回波。4.雷达技术在强对流天气监测中的应用：雷达可以探测到强对流天气系统中的降水粒子、风场和风暴结构等信息，帮助气象学家识别和追踪雷暴、龙卷风等强对流天气系统，并发布预警，为公众提供及时的气象信息服务。五、计算题1.解：*发射功率P_t=1kW=1000W*天线增益G=30dB=10^3*工作频率f=5cm=0.05m*波长λ=c/f=3x10^8/0.05=6x10^6m*接收机灵敏度P_r=10^-13W*雷达与目标距离R=100km=10^8m*目标雷达截面σ=1m^2*雷达方程：P_r=(P_t*G^2*σ)/((4π)^3*R^4*λ^2)*将数值代入方程：10^-13=(1000*10^3*1)/((4π)^3*(10^8)^4*(6x10^-2)^2)*计算结果：P_r=3.98x10^-14W*由于P_r(3.98x10^-14W)>接收机灵敏度(10^-13W)，因此该雷达能够探测到该目标。2.解：*多普勒频移f_d=100Hz*雷达工作频率f=950MHz=950x10^6Hz*径向速度V=f_d*c/(2f)*光速c=3x10^8m/s*将数值代入方程：V=100*3x10^8/(2*950x10^6)=15.79m/s*因此，该处气流的径向速度约为15.79m/s。六、论述题气象雷达技术在现代天气预报中发挥着至关重要的作用。首先，雷达可以探测到大气中的降水粒子，帮助气象学家了解降水的类型、强度、分布和移动等信息，为降水预报提供重要的数据支持。其次，多普勒雷达可以测量大气中的风速和风向，帮助气象学