雷达气象学是一门与大气探测、大气物理，天气系统探测相关联的学科Radar：通过无线电技术对目标物的探测和定位。

测定目标位置的无线电技术范畴气象雷达:是用于探测气象要素和各种天气现象的雷达，“千里眼、顺风耳”。

雷达气象学：利用气象雷达，进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科，它是大气物理学、大气探测和天气学共同研究的一个分支。

雷达气象学在突发性、灾害性天气的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。

气象雷达的分类：探空雷达、测雨雷达、声雷达、多普勒雷达、激光雷达南方：S波段为主，北方：C波段为主雷达机的主要构成RDA -雷达数据采集子系统RPG -雷达产品生成子系统PUP -主用户处理器子系统其次包括：通讯子系统、附属安装设备RDA主要结构：天伺系统、发射机、接收机、信号处理器定义：用户所使用的雷达数据的采集单元。

功能：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数据。

雷达的硬件系统！RDA的扫描方式：雷达在一次体积扫描中使用多少角度和时间。

RDA的天气模式：1.晴空模式：VCP11或VCP21 2.降水模式：VCP31或VCP32 新一代雷达：降水模式VCP：雷达天线体扫模式RPG（雷达产品生成系统）定义：（指令中心）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雷达数据产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户功能：产品生成、产品分发、雷达控制台（UCP）PUP（主用户处理系统）功能：获取、存贮和显示雷达数据产品。

预报员通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上用处：(1)产品请求(获取)，(2)产品数据存贮和管理，(3)产品显示，(4)状态监视，(5)产品编辑注释。

粒子对电磁波有散射，衰减，折射的作用散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气介质或云滴、雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些介质或粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射现象。

主要物质：大气介质、云滴、水滴，气溶胶等。

其它散射现象：光波、声波等散射的类型：瑞利散射：d<<λ；米(Mie)散射：d≈λ瑞利散射散射函数或方向函数：后向散射能量：雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷达方向（θ＝π）的那一部分能量，这部分能量称为后向散射能量。

瑞利散射性质①粒子的散射能力与波长的四次方成反比。

波长越短，散射越强。

②粒子的散射能力与直径的6次方成正比。

粒子半径越大，散射越强。

③粒子的前向散射和后向散射为最大，粒子无侧向散射。

散射截面为纺锤形。

散射截面或后向散射截面定义：设有一个理想的散射体，其截面为σ，它能全部接收射到其上的电磁波能量，并全部均匀地向四周散射，该理想散射体散射回雷达天线处的电磁波能流密度，恰好等于同距离上实际散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σ就是实际散射体的后向散射截面。

意义：用来表示粒子后向散射能力的强弱。

后向散射截面越大，粒子的后向散射能力越强，在同样条件下，所产生的回波信号也越强。

反射率η：单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和。

反射率因子（Z）：Z的不同取值，意味着不同天气状况。

通常Z的取值从0dBz~70dBz，因此要求天气雷达必需有非常大的检测范围。

新一代天气多普勒雷达的接收机动态范围是90~100dBz以内。

云、雨滴的散射：雷达的波长越短，散射越强。

若雷达的波长一定时，在满足瑞利散射的情况下，粒子半径越大，散射越强。

电磁波衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象，是散射和吸收两种作用的总和。

衰减原因：当电磁波投射到气体或云雨粒子上时，一部分能量被散射，一部分能量被吸收，转变为热能或其它形式的能量，从而使电磁波能量减弱。

雷达回波：当雷达波束投射到云、降水粒子上时，云、降水粒子就会发生散射现象。

其中向后方散射的一部分散射波重新返回到雷达天线处，并在雷达显示器上显示出各种图像。

雷达气象方程：雷达回波强度不仅取决于雷达系统各参数的特性，而且和被测云、降水粒子的性质有关，还与雷达和被测目标之间的距离以及其间的大气状态有关。

雷达气象方程就是根据所测定的回波强度去推断云、降水的物理状况，将雷达的作用距离与发射机、接收机、天线、目标和环境的种种特性联系起来的方程。

普通雷达方程：结论：雷达回波功率强弱取决于：Pt发射功率，G增益，雷达截面，R目标物距雷达站的距离雷达气象方程的讨论：雷达气象方程：①雷达机各参数、②气象因子、③目标物和雷达机之间的距离雷达机参数：①发射功率，②脉冲宽度和脉冲长度，③波瓣宽度，④天线增益等发射功率：增加发射功率通常可以提高信噪比，从而增大最大探测距离。

但最大探测距离还取决于脉冲重复频率，目标物最大高度，雷达架设高度，以及地球曲率等影响。

脉冲宽度Γ和脉冲长度h:当两者增加时，雷达脉冲在空间的体积增加，同一时间里被电磁波所照射到的降水粒子数量增多，所以回波接收功率增大，使一些弱的雨区等容易发现。

缺点：1）雷达的距离分辨率变低2）雷达的盲区变大。

波束宽度θ:水平波束宽度和垂直宽度愈大，天线发射的能量愈分散，入射能流密度将随距离增加而较快地减小，造成回波能量变弱。

天线增益也随之增加。

天线增益G:天线增益增加时，回波功率以平方的倍数增大，可提高雷达的探测能力。

提高G，必须增大圆抛物面口径的几何面积，带来转动性能和抗风能力差的缺点。

增大天线口径面积可以提高天线的增益和减小波束宽度，从而增大雷达的探测能力和探测的角分辨率波长：雷达的最重要参数，云雨粒子对电磁波的散射能力和衰减能力，都与波长有密切关系。

各气象因子的作用:1）目标物的后向散射特性。

反映在因子上2）波束路径上各种粒子对雷达波的衰减作用。

反映在因子上距离因子的影响:Pr与R平方成反比，气象目标随距离增加而减小，同样强度的降水出现在远距离处要比近距离处弱得多大气折射：电磁波在大气中曲线传播的现象大气折射类型：标准大气折射、临界折射、超折射、零折射、负折射大气折射对探测的影响：由于大气折射指数分布不均匀性，会使电磁波在传播中发生折射现象超折射：当波束路径曲率大于地球表面的曲率时，雷达波束在传播时将碰到地面，经地面反射后继续向前传播。

然后再弯曲到地面，再经地面反射，重复多次，雷达波束在地面和某层大气之间，依靠地面的反射向前传播，与波导管中的微波传播相似，又称超折射超折射形成的气象条件：超折射是因为大气中折射指数m随高度迅速减小造成。

折射指数随高度迅速减小，必须是气温向上递增，同时水汽压向上迅速递减，就是常说”暖干盖”的大气层结。

雨后晴朗的夜间：由于地面辐射，形成上干下湿的逆温层，发生超折射测距原理：物理基础：目标散射，电磁波等速直线传播。

多普勒频率（频移）：当目标物与雷达之间存在相对运动时，接收到回波信号的频率相对于原来的发射的频率产生一个频率偏移，在物理学上称之为多普勒频移。

径向速度：物体（目标）在观察者视线方向的速度。

距离折叠：是指雷达对雷达回波的一种辨认错误，当目标位于最大不模糊距离以外时，会发生距离折叠，雷达显示回波位置的方位角是正确的，但是距离是错误的。

多普勒两难：对于实际工作的雷达，波长是固定的，当选定了最大不模糊距离（或脉冲重复频率）后，就存在一个最大不模糊速度。

即当目标的径向速度大于最大不模糊速度时，就会产生混淆。

由雷达测得的径向速度将相差两倍最大不模糊速度。

当最大不模糊速度较小时，会产生多次速度折叠。

显示方式： PPI ：平面扫描、RHI ：垂直扫描、VOL ：体积扫描显示、CAPPI ：等高平面位置显示、VCS ：任意垂直剖面、局部多层CAPPI 显示、 、垂直最大回波显示CR 、等值线图显示等速度线：径向速度相同的点构成的线。

零速度线是由雷达径向速度为零的点组成零径向速度：某点的径向速度为零。

1）该点处的真实风向与该点相对于雷达的径向互相垂直2）该点的真实风速为零，在那里的大气运动极小或处于静止状态零径向速度意义：零等速点的风向是由邻近的负速度区，垂直于该等速度点吹向正速度区。

地物回波：是指由山地及其上面的各种建筑物等对电磁波的散射产生的回波。

晴空回波：云很稀薄或没有云雨的晴空大气里，或在不可能被探测到的小粒子所组成的云区内探测到的回波超折射回波：当大气状况为超折射时，雷达回波会出现平常探测不到的远距离地物回波，就是超折射回波旁瓣假回波：雷达沿主波瓣传输电磁波，主波瓣典型宽度为1º，当旁瓣发射出的电磁波在近距离遇到一些特别强的降水中心时，也能产生雷达接收到的回波。

一般情况下，旁瓣产生的回波太弱，不易分辨出来。

但是当遇上反射率因子极高的目标物（如积雨云中柱状的冰雹和暴雨）时就能够出现旁瓣回波 二次回波：由于距离折叠或者多层回波，当目标物位于最大不模糊距离之外时，就会产生距离折叠，而出现二次回波三体散射：由于雷达能量在强回波区向前散射而形成的异常回波。

因为强回波区一部分能量被散射到雷达，一部分能量散射回地面，其中散射到地面的能量又返回到含冰雹的强反射率因子区，强反射率因子区再次反射回雷达而形成。

层状云降水：又称稳定性降水或连续性降水。

特点：水平尺度较大、持续时间较长，强度较均匀，时间变化缓慢。

层状云降水回波： PPI ：呈均匀连续的大面积薄膜状，片状，丝缕状结构明显，强度弱，一般在20～30dBz ，边缘不整齐，有时有强雨中心。

（零度层亮带） RHI ：云体厚度较小，回波高度约5-6km ，顶部和底部平坦，结构较均匀。

零度层亮带：是层状云降水回波的主要特征，是冰水混合层，反映了层状云中有明显的冰水转化区。

零度层以上的降水粒子以冰晶为主，通过亮带后，全部转化为水滴。

亮带说明层状云气流稳定，无明显对流活动。

积状云:或称对流云，是由对流运动所产生的，通常与短时强烈天气相配合。

积云降水回波强度特征:PPI ：表现为几km 到几十km 不规则分散、孤立块状。

回波通常由单个或多个对流单体形成的回波组成。

回波呈块状，尺度小，结构密实，边缘清晰，强度较强（35dBz 以上），持续时间变化大。

强中心到外围的强度梯度较大，随不同的天气过程排列成带状、条状、离散状等。

RHI ：单体呈柱状结构，垂直伸展大于水平伸展，强对流单体顶部有云砧向下风方伸展或呈花菜状，悬垂中空，云体随对流发展变厚。

回波顶发展较高，多数在6-7km ，一些发展强烈的单体可达10km ，个别可达20km 。

穹隆：由雷暴前方的强烈斜上升气流深入云体，形成回波图像中的弱回波区。

云体上冲：由上升气流引起的。

积层混合云降水的天气特点：范围大，降水持续时间长，累积降水量大，往往造成大面积的强降水。

积层混合云降水回波:PPI ：又称为絮状回波，比较大的范围内，回波边缘呈现支离破，没有明显的边界，边缘紊乱，层状云回波中镶嵌着一个个密实团块的对流云，强度可达40dBz 或以上，有时强回波团块整齐排列可形成一条短带。