美国气象部门实际使用气象雷达的历史第一部分 新一代气象雷达出现之前时期摘要文章叙述美国军事和民用气象部门使用风暴监视雷达的历史。

全文分两部分，本文是第一部分。

有关雷达在气象学方面的研究已有很长历史而且很有成效。

然而已有过详细介绍。

所以本文和第二部分通过介绍最初两台多普勒气象雷达，重点论述实用雷达气象学自从第二次世界大战中形成以来的发展历史。

本文介绍新一代气象雷达出现之前这一时期的历史。

本文附录介绍全文涉及到的大多数雷达的主要技术特性，这都是作者曾掌握的。

1.前言本文和第二部分叙述美国气象部门实际使用风暴监视雷达的历史。

这是根据几位曾在不同时期参加或领导过实用气象雷达计划的人员的经验编写的。

使用雷达来进行气象观测是在二次大战时期对雷达技术进行广泛研究结果而发展的。

对这些早期发展的历史以及雷达气象学研究方面的历史，希兹费尔特(Hitsfeld 1986)、阿特拉斯(Atlas 1990)、罗格(Rogers)与史密斯(Smith 1996)等人已进行详细论述。

比尔格(Bilger)等人(1962)和比尔格(1981)总结了当时称作美国气象局所进行的气象雷达计划的历史和状况。

本文对这些资料进行了修改和补充。

本文还讨论了由目前气象业务部门所进行的蜒究工作。

从这些研究线索已找到实用雷达气象学的实际使用途径或者已经给它带来了很大效益。

这里我们主要集中在风暴探测雷达的应用历史，以便于实际应用，例如对强风暴的识别。

由于文章长度所限，除广泛使用着的单多普勒晴空风测量技术外，我们不讨论云层探测雷达，风廓线和大多数其它的应用。

气象雷达在商业上的应用不在本文讨论范围内，乔金森(Jorgensen)和吉尔茨(Gerdes 1951年)举了一个很好的例子。

最初，各种雷达系统由于密级问题，限制了它们在军事气象部门的应用。

后来由于它们价格太高和结构复杂，又限制了它们在政府部门、军事和民用气象部门中的实际应用。

不过后来，由于有了气象雷达系统的远程显示系统，逐渐使航空公司的气象部门、商业气象部门以及天气预报机构能使用得起它们。

到六十年代，重量轻的固态电子电路的迅速发展使得为商业飞机和最终私人飞机制造防风暴雷达成为可能。

其中有些系统适用于地面。

飞机气象雷达的能力一直在稳定地提高。

现在到处都可买到。

到了1969年，在美国中西部地区以及沿东南海岸的几家电视台安装了雷达，主要用于新闻节目中的天气预报。

在70年代中，由于陆基气象雷达的能力加强，价格也容易接受，这种趋势得到进一步扩大。

从六十年代各期开始到现在，对于不由当地控制的远程雷达气象信息的需求日益增长。

为了满足这种需求，所提供的远程信息越来越完善。

从简单的，以无线电传真为基础的六十年代的系统发展成为当今使用的以计算机为基础的技术。

从八十年代后期到九十年代，随着单多普勒气象雷达观测技术的成功发展，美国商业部、国防部和运输部联合安装了两套高级先进的地基多普勒气象雷达系统，即现在称为WSR-88D雷达的下一代气象雷达(NEXRAD)和终端多普勒气象雷达。

远程单雷达和多雷达的合成数据服务由增值的下一代气象雷达的图像传播系统的卖主提供。

现在由于相当先进的陆基气象雷达，有些是多普勒雷达，价格的下降，使得它们在商业气象服务和广播气象设施中得到广泛的应用。

有些气象雷达数据，尽管不是实时的，可以从国际互联网的万维网上取得。

用字母来表示电磁频率范围最初是在二次大战期间出于保密的需要而指定的。

1984年电力电子工程师协会(TEEE)对这些波段字母名称加以标准化。

表1列出和气象学有关的字母(有些已用于本文)。

附录中有张表列出作者了解的大多数所讨论到的雷达的主要技术特性。

2.最初的起源我们很难断定雷达气象学的最初起源，因为在二次世界大战期间秘密布置在四周的雷达推迟了对于重要数据的报道。

这种状态一直到1945年乃至其后才发生变化。

在战争爆发时，各方部队关于无线电定位技术在成熟期方面的差距只有两年或三年。

英国的工作比其它国家早，这很大程度上取决于罗伯特A华特森-瓦特(Robert A.Watson-Watt)先生的努力。

华特森-瓦特是苏格兰的物理学家和气象学家。

到了1915年，他成为英国皇家气象学学会的成员。

1922年，他发表了一篇关于天电学的论文，并在1929年在西蒙斯(Symons)纪念演讲会上作了题为《天气与无线电》演讲。

表一在电磁频谱中的频率波段(IEEE标准521—1984)自1915年到1929年，他一直在英国政府中任职，开始，华特森-瓦特研制出了当时尚不完善的无线电定位，定向装置。

可以根据它们发射的天电，对雷雨进行定位。

到了1935年，他作为国家物理实验所无线电室的主任，着手了通过测量发射机到其目标之间的距离，来解决军事目标的无线电定位的问题。

在1935年他开始研究利用电磁波对飞机进行定位。

这项工作影响着英国和世界的第一套作战雷达系统，英国雷达系统的设计。

该系统在不列颠战役以前就已经就位，可以说，英国皇家空军能在战争时期在英格兰上空击退数量上占优势的纳粹德国空军，这是重要因素之一。

1940年7月初，一个波长为10cm的雷达在英格兰韦姆不莱(Wembly)的通用电气公司研究实验室投入运行。

赖德(J.W.Ryde)博士就在此工作和罗维克(Doviak)和兹尼克(Zrnic 1993)。

很可能第一个气象回波就在这台雷达或是英国的另一台类似的雷达上看到的。

这可能是在1940年后期，也可能晚一些，到1940年2月。

可能就是为解释清楚这些天气回波，因为这些天气回波也许影响对飞机的探测。

赖德被要求进行云和雨的衰减和反向散射特性的研究(普罗伯特-琼斯(Probert-Jones 1990年))。

赖德后来在公开文献上报导了他在战争时期的研究成果(赖德 1946年)。

从1942年到1944年，麻萨诸塞理工学院的辐射实验室(当时称Rad Lab)也进行着类似研究。

主要由本特(Bent 1946rh )。

研究证明，用某些类型的雷达以3cm和5cm的波长可以探测150英里距离的天气。

在1943年的上半年，美国陆军航空队气象局的弗莱彻(J.Fletcher)少校曾经在辐射实验室工作。

大约在一年后，制定了一个美国使用气象雷达的计划(惠克斯勒(Wexler)和斯温格尔(Swingle 1947年))。

最初进行实用性气象学方面的研究工作有地面所用雷达两类(弗莱彻1990年)。

一方面的实际使用的雷达本身不是用于天气的，而是用于点以及区域的防御，投弹轰炸，导航，火炮的操作和飞机的控制和报警戒。

在另一方面，有些雷达则专门用于或改用于实用性气象支援。

如在气象侦察飞机上使用的雷达和气象站的地面雷达。

3.在各气象站雷达的首次运行1943年9月开始使用已经安装在巴拿马地峡大西洋和太平洋一侧的空中交通管制海湾防御雷达。

这些雷根据互不干扰的原则主要用于气象监视(贝斯特(Best)1973年)。

这些雷达都是单站运行。

到了1943年，在麻萨诸塞理工学院的辐射室验室(二次世界大战期间美国大多数雷达研究和开发都是在这里进行的)的科学家们对许多影响这些雷达配置点进行了一系列考察。

这些考察是为了确定大气层对雷达传播的影响(当今称无线电气象学)、 监定这些雷达在观测和在一定程度上预报大气层的现象(当今称为雷达气象学)中的用途。

在大多数这些单站运行以及第一个气象雷达网络中，都有一个在气象学和雷达方面都经过训练的专家，作为雷达气象官，负责雷达的运行，技术开发和研究工作。

在二次世界大战期间，这些气象官员们接受了十五个月的强化培训，其中包括气象学和其它科目(对于达不到有两年的大学数学和物理水平的人，则要在六个月的预备学习之后，再进行九个月的气象学学习。

)有100名学员从该计划中毕业后，被送进哈佛大学，再接受四个月关于电子工程和基本雷达理论的强化培训，然后到麻省理工学院接受关于专用雷达系统的三个月培训(阿特拉斯 1990年，弗莱彻 1990年)。

有些学员在辐射实验室作特别培训。

很多研究雷达气象学的早期领导人都曾经受过相同的教育和培训。

一直到1947年，航空气象局(AWS)(原来叫美国陆军航空气象局)有了一项明确的研究任务：如果在运行过程中，发现需要提高气象学的知识或工程实践状态，或开发新技术，以便将其知识应用于解决用户的气象支援问题，通常现场人员都就地接受教育和培训，要能够在当地加以解决问题。

当问题超出他们所能理解的深度和能力时，这些雷达气象官员一般都能认识到并能与大学和实验室如辐射试验室联系，以便得到他们帮助解决问题。

通过这种途径，问题可以迅速解决，从而快速满足战争时期的需要。

其重要性正是如此。

雷达气象官员们所受的教育和培训使他们有就地跟踪和掌握在雷达气象学方面的研究进展，并取得可靠的成绩。

在这样的环境下，区域性的气象雷达计划即使按照当今的标准也是达到了很高的技术水平(如见航空气象局1945年)。

在一定程度上，自从二次世界大战开始一直到现在，尽管教育的程度和技术培训已经有了不同改变，但始终要求对气象学和雷达两方面都要进行培训。

4.用于气象监视的第一个雷达网络用于气象监视的第一个雷达网络是于1944年4月在巴拿马建成的。

当时的气 观测和报道是在两个克里斯托巴尔(Cristobal)海港防御设施上开始的。

这两个设施面向大西洋(贝斯特1973年)。

在1944年5月，该网络增加了两台大功率对空警戒雷达，一台在太平洋一侧，靠近巴尔博亚(Balboa)的塔博加(Taboga)岛，另一台在大西洋的谢尔曼堡(Fort Sherman)。

该网络进行定期的雷达气象观测，并将观测数据用专用雷达发送码进行编码，然后按照电传打字电报发送。

这些报告被称作雷达报告(RADREP)和当今采用的观测结果很相近。

巴拿马雷达网络的运行和研究活动是由迈伦G.H.“赫布”利格达(Myron G.H. "Herb" Ligda)中尉领导的。

他在1944年2月被任命为第六气象区雷达气象官员。

在当时研究的内容有回波“强度”和表面能见度的关系，陆地和水面回波的差别，陆地和大海的边界对风暴移动的影响，对流性风暴的寿命周期，地形对风暴运动和强度的影响，高空的风对于风暴的转向作用和用雷达对闪电的探测。

他们完成了早期雷达气侯学的研究，揭示了在巴拿马风暴的起源区域和绘制了风暴活动的方向图。

进行这些研究提高了雷达气象信息对天气预报及其用户的实用价值。

第二个气象雷达网络(位于印度)是通过将几个站点的运行统一起来而形成的。

该网络使用的雷达主要是完成天气监测功能。

在1944年夏天，第一气象侦测飞行中队的B-25飞机被实施改造以便装载AN/APQ-13无线电装置，这实际上是一个X-波段的雷达。

该APQ-13是由贝尔电话实验室和辐射实验室联合开发的，由(西方电气)(Western Electric)公司大量制造。