一个例子是：当一辆紧急的火车（汽车）鸣着喇叭以相当高的速度向着 你驶来时，声音的音调（频率）由于波的压缩（较短波长）而增加。当 火车（汽车）远离你而去时，这声音的音调（频率）由于波的膨胀（较 长波长）而减低。
发射频率 Vs 多普勒频移 发射频率 多普勒频移
2. 多普勒频率/频移
对于一个运动的目标，向着雷达运动或远离雷达运动所产生的频移 量是相同的，但符号不同：①如果目标移向雷达为正；②如果目标 远离雷达为负。
4.1多普勒天气雷达
常规数字化天气雷达利用的是降水回波的 幅度信息，即利用信号强度来探测雨区的分布、 强度、垂直结构等。
多普勒天气雷达是基于物理学中的多普勒 效应发展起来的，除常规天气雷达功能之外， 还可利用降水回波频率与发射频率之间变化的 信息来测定降水粒子的径向速度，并通过此推 断风速分布，垂直气流速度，大气湍流，降水 粒子谱分布，降水中特别是强对流降水中风场 结构特征。
距离折叠是如何发生的？
雷达最大探测距离是250nm
目标位于最大不模糊距离之内，没有距离折叠（模糊）发生。
nm=1.852km nautical mile
目标位于最大不模糊距离之外，距离折叠（模糊）发生。
一个目标物位于nRmax之后若干海里的话（这里n 是任意一个正整数），它将错误地出现在距雷达同一海 里远的位置上。如果雷达的Rmax=250nm，那么位于0-25 0nm的目标物处于第一程；251-500nm的目标物处于第二 程等等，以此类推。一个实际位于550nm（超过2Rmax） 处的目标物，如果被Rmax=250nm雷达探测到，它在雷达 上的显示位置是50nm；一个实际位于300nm（超过1Rmax） 处的目标物，如果被Rmax=250nm雷达探测到，它在雷达 上的显示位置也是50nm。
多普勒速度和速度谱宽度
10. 影响速度谱宽的气象因子
谱宽数据指的是速度谱宽数据，它是对在一个距离库中速度分离 度的测量。谱宽在数学上与一个距离库内的各个散射体的速率和 速度方向的方差成正比例。谱宽可以用做速度估计质量控制的工 具。当谱宽增加，速度估计的可靠性就减小。
影响速度谱宽的气象因子
• (1)垂直方向上的风切变； • (2)由波束宽度引起的横向风效应； • (3)大气的湍流运动； • (4)不同直径的降水粒子产生的下落末速度的不均匀分布
• 最大不模糊速度 Vmax：最大不模糊速度是雷达能够不模糊 地测量的最大平均径向速度，其对应的相移是180度。
• 速度模糊
Vmax
PRF
4
速度的可能值 v-2nVmax或v+2nVmax
速度折叠
• Nyquist 间隔 –可分辨的速度范围 –最大不模糊速度±Vmax之间
• 如果粒子的径向速度超过了Nyquist 间隔，那么速 度值就会aliased, or folded.
(三)退折叠的方法
一旦反射率因子、速度和谱宽基本数据由RDA传输到RPG，则 开始执行速度退模糊算法。该算法的可调参数设置（adaptab le parameter settings）随所使用的脉冲长短而变化。不同 的设置是为了减少VCP31中速度退模糊的失败率。
由于在RDA中已经过距离去折叠处理，所以现在速度数据的距 离（位置）是正确的，速度退模糊算法试图识别和校正模糊 的速度。速度退模糊算法本质上是根据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 猜值与它的周围值显著不同，则该算法试图用另一个可能的 值替换那个速度初猜值。由于PRF和Vmax是已知的，所以计算 速度初猜值值的可能的替代值是直截了当的。由于算法依赖 于周围的数据，因此它主要建立在连续性的基础上。
各因子对速度谱宽的贡献
若每项因子对速度谱宽的贡献近似看作相互独立，则速度
谱方差为各因子造成的方差之和，即
2 v
2 s
2 b
2 T
2 w
。四个因
子中，不同降水粒子产生的下落末速度（4）对谱宽的影响
一般较大（水平时探测没有影响，垂直影响最大），而湍
流效应（3）产生的多普勒谱宽，既依赖于湍流强度本身，
雷达交替发射两种脉冲重复频率F1和F2 ：
最大不模糊速度 多普勒速度：
扩展？
二、用退折叠技术消除多普勒速度的折叠
(一)折叠成因
当目标物的多普勒频移fd大于脉冲重复频率F的一 半(相位大于1800)时，对fd的识别就会产生混淆。
若
则 即
(二)退折叠所依据的原理
软件退折叠主要依据连续性原理，即在大气中风场的 分布总是连续的．因此，只要雷达的分辨率足够高、保证 风场的连续变化特征不会模糊掉，那么从理论上讲，在有 回波之处运用连续性原理，总可以从—点推得整个回波区 的速度值，因为速度的折叠总是使相邻库问的速度增加而 呈现出明显的突变，选择适当的N，使该速度梯度明显减 小时即可认为此时的速度值是实际速度。
距离折叠回波的特点： 方位角是正确的 强度较弱 有时具有奇怪的多普勒速度
怎样排除距离折叠回波？ • 改变雷达机的脉冲重复频率(PRF) Use a different PRF every 2-3 pulses, i f the echo moves,it is bogus!
7. 最大径向速度与速度模糊
Vmax
PRF ;
4
Rmax
c; 2PRF
RmaxVmax
c
8
由于没有唯一的PRF能使得Vmax和Rmax都能达到最大， 所以要使用变化的PRF。每台WSR-88D使用不同的PRF， 从一组8个PRF中选择。
typical example
9.降水回波信号的几个统计特征
1、回波功率谱 2、平均多普勒速度及速度谱宽度
• 这叫速度折叠/混淆(velocity folding/aliasing). –例如: 若nyquist 速度是25 m/s ，粒子的radial velocity是-30 m/s, 那么 就会发生折叠，导致 其值是+20 m/s
速度模糊的成因
解决测速模糊的两种方法
一、用双脉冲重复频率扩展多普勒雷达可测速区间 标准化多普勒速度
距离折叠（模糊）
• 雷达测距公式 R=0.5ct，t为脉冲发出到返回的时间。 • 雷达测距按照最新发出的脉冲从发出到返回的时间
来计算。
• 距离折叠是指雷达确定的目标物方位是正确的但距
离是错误的。当目标物位于雷达最大不模糊距离之 外时会发生这一现象，也就是说，目标物的定位是 模糊的。换句话说，当目标物位于雷达的最大不模 糊距离（Rmax）之外时，雷达却把目标物显示在 Rmax以内的某个位置，我们形象地称之为‘距离折 叠’。
常规天气雷达仅能提供反射率因子资料。 多普勒天气雷达将提供两种附加的基本资料， 径向速度和速度谱宽，它们将增强对强风暴 的探测能力，也能改进对中尺度和天气尺度 系统的预报。
1.多普勒效应
多普勒效应多普勒效应是 奥地利物理学家 J.Doppler1842年首先 从运动着的发声源中发现 的现象，定义为“当接收 者或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”。
第四章 多普勒天气雷达和偏振 多普勒天气雷达
目录
4.1多普勒天气雷达 • 4.1.1多普勒频移 • 4.1.2 多普勒谱的提取方法 • 4.1.3 多普勒速度和多普勒速度谱 • 4.1.4 距离折叠和速度折叠 • 4.1.5 多普勒天气雷达的应用 4.2 偏振多普勒天气雷达 • 4.2.1 偏振雷达 • 4.2.2 双线偏振多普勒天气雷达的基本参量 • 4.2.3 双线偏振多普勒天气雷达的应用
2Vr
由于目标物的径向运动引起的雷达 回波信号的频率变化，它就是多普 勒频移或多普勒频率
3. 径向速度
径向速度简单地定义为目标运动平行于雷达径向的分 量。它是目标运动沿雷达径向的分量，既可以向着雷 达，也可以离开雷达。 需要记住的是：①径向速度总是小于或等于实际目标 速度；②由WSR-88D测量的速度只是目标向着或离开雷 达的运动；③当目标运动垂直于雷达径向或静止时径 向速度为零。
取两个连续的脉冲然后测 量接收脉冲的相位
dΦ/dt 实际上就是角 速度 = w = 2πfd
5. 关于相干的几个概念
6. 最大不模糊距离与距离折叠
• 最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲在下一个 发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离
c Rmax 2 PRF
其中，Rmax为最大不模糊距离，c为光速，PRF为脉冲重复频率
(二)测量非均匀流场的风向、风速、辐散和形变
(三)估计区域降水量
(四)VAD作不均匀间隔采样时确定风场的方法
• （自学）
四、多部多普勒雷达联合探测风场
单部多普勒雷达只能探测大气目标物相对于雷达的径向 运动速度，从径向速度分布特征再来推断大气流场的特 点，因此，单部多普勒天气雷达探测能力是有限的，它 不能直接探测空气运动的二维或三维的详细结构，为了 能从单部多普勒天气雷达测得的径向速度分布，从而推 断气流的空间情况，必须作出一些假定。
也依赖于粒子对大气湍流运动响应的灵敏程度，前两个因
子（1）（2）对谱宽的影响一般可忽略。
一些典型的气象特征和条件可导致相对高的谱宽，它们包括： ①气团的界面附近，如锋面边界和雷暴的出流边界等； ②雷暴； ③切变区域； ④湍流； ⑤风切变； ⑥不同尺度的雨、雪，不同的降落速度。
一些非气象条件也可使谱宽增加，包括： ①天线运动； ②WSR-88D的内部噪声。
速度谱低端法
w0-z关系法
综合测量法
二、测量滴的谱分布
当降水中气流的垂直运动速度W已知时，从5.1式可由雷达测得的多普勒平均径向速度， 计算出质点的下降末速度。由于质点的重力下降末速度与质点的直径之间存在着一定 的关系，由此便可以导出雨滴滴谱分布N(D)。本方法对稳定性降水效果较好，而对于 对流云降水效果则比较差。 当质点大小不等，下降速度不等，而气流垂直运动已知时，则先求质点下降末速度， 再 )