88多普勒天气雷达探测的基本原理1.天气雷达是探测（降水系统）的主要手段，是对强对流天气（冰雹、大风、龙卷和暴洪）进行监测和预警的主要工具之一。

天气雷达发射（脉冲）形式的（电磁波）当电磁波脉冲遇到降水物质（雨滴、雪花、冰雹等）时，大部分会继续前进，而一部分能量被降水物质向西面八方散射，其中（后向散射）的能量回到雷达天线，被雷达所接收。

根据雷达接收的降水系统的（回波）特征可以判别降水系统的特性（降水强弱）（有无冰雹）（龙卷和大风等）。

2.在我国东部和中部地区，装备先进的新一代 S 波段（10cm）和 C 波段（5cm）多普勒天气雷达系统。

沿海地区设（S 波段）雷达，内陆地区设（C 波段）雷达。

3.新一代天气雷达系统的应用主要在于对（灾害性天气），特别是与（风害和冰雹）相伴的灾害性天气的监测和预警。

它还可以进行较大范围降水的（定量估测），获取（降水）和（降水云体）的风场结构。

4.新一代天气雷达系统的性能要求：对（台风）（暴雨）等大范围降水天气的监测距离应不小于（400km）。

对（雹云）、（中气旋）等小尺度强对流天气现象的有效监测和识别距离应大于（150km）。

雷达探测能力在50km处可探测到的最小回波强度应不大于（-7dBZ s波段）或（-3dBZ c波段）。

5、新一代天气雷达的应用领域：（对灾害性天气的监测和预警）(定量估测大范围降水) (风场信息)(改善高分辨率数值天气预报模式的初值场)6．新一代天气雷达采用（全相干）体制，共有（7）种型号，其中 S 波段有(3) 种型号，称为SA、SB、SC ，C 波段有(4)种型号，分别为CINRAD-CB、CC、CCJ、CD。

7.新一代天气雷达的三个主要部分：（雷达数据采集子系统RDA）、（雷达产品生成子系统RPG）和（主用户终端子系统PUP）以及连接它们的（通信线路）。

RDA 和 RPG 由一条（宽带）通讯线路连接，RPG 和 PUP 由一条（窄带）通讯线路连接。

由 RDA 的数字化基本数据经过(RPG)中的各种算法生成一系列的产品。

8. RDA 由四个部分构成：（发射机）、（天线）、（接收机）和（信号处理器）。

它的主要功能是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本数据。

9．我国新一代天气雷达主要采用的体扫模式目前只定义了其中的四个：VCP11: 规定 5 分钟内对 14 个具体仰角的扫描；VCP21：规定 6 分钟内对 9 个具体仰角的扫描；VCP31：规定 10 分钟内对 5 个具体仰角的扫描；使用长脉冲。

VCP32: 规定 10 分钟内对 5 个具体仰角的扫描；使用短脉冲。

10．天气模式有两种：（降水）模式和（晴空）模式。

降水模式使用（VCP11）或（VCP21），晴空模式使用（VCP31）或（VCP32）11.业务运行常用的体扫模式有 VCP11、VCP21 和 VCP31，其中（V CP11）常在强对流风暴出现的情况下使用，而（VCP21）在没有强对流但有显著降水的情况下使用，其他情况下使用（VCP31）。

12.多普勒天气雷达测量的三种基数据是（反射率因子）、（平均径向速度）（谱宽）13．天气雷达有哪些固有的局限性？一是波束中心的高度随距离的增加而增加，二是波束宽度随距离的增加而展宽，三是静锥区的存在。

前两点使雷达对远距离目标的探测能力降低，而第三点使雷达对非常近的目标物的探测能力受限。

14.气象目标对雷达电磁波的（散射）是雷达探测大气的基础。

15.（了解）后向散射截面：设有一理想的散射体，其截面面积为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，若该理想散射体返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射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面积σ就称为实际散射体的后向散射截面。

16.散射的分类：（瑞利散射）（米散射）瑞利散射：在粒子尺度远小于电磁波波长的情况下，气体分子对可见光的散射属于瑞利散射云滴相对于天气雷达都是瑞利散射，大雨滴对Ｃ波段天气雷达属于米散射。

在瑞力散射情况下，球形粒子的后向散射截面与（粒子直径的6次方成正比），（与波长的4次方成反比）。

17.电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减。

造成衰减的物理原因，是因为当电磁波投射到气体分子或云雨粒子上时，一部分能量被（散射），另一部分被（吸收）而转变成热能或其他形式的能量，从而使电磁波减弱。

18.大气中折射的种类（五种如图）超折射回波常是一些呈辐辏状排列的短线，超折射形成的气象条件：超折射是因为大气中折射指数 n 随高度迅速减小而造成的，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减小，也就是常说的逆温。

负折射形成的气象条件是湿度随高度增加，温度向上迅速递减。

等效地球半径: 将天气雷达波束曲率“视为”地表曲率时的“地球半径” 标准大气的等效地球半径Rm=（8500km ）,是实际地球半径的（4/3倍）19. 雷达主要参数：脉冲宽度τ（μs ）：探测脉冲的振荡持续时间，称为脉冲宽度。

由于探测脉冲具有一定的持续时间，因而它在空间也有一定的长度h （h=300 τ (m)）。

我国新一代天气雷达使用两种脉冲宽度：短脉冲（1.57μs ）和长脉冲（4.71μs ），对应的空间长度分别约为（500m ）和（1500m ）。

脉冲功率Pt （kW ）：雷达发射机发射的探测脉冲的峰值功率，即脉冲持续时间内的功率（650-800kw ）脉冲重复频率（PRF ）：每秒钟产生的触发脉冲的个数（300—1300Hz ） 脉冲重复周期（PRT ）：两个相邻脉冲之间的间隔时间(μs ），PRT=1/PRF天线增益(G):在辐射功率相同的前提下，定向天线的最大辐射方向的能流密度与“各向均匀辐射”的天线的能流密度之比，我国新一代天气雷达（s 波段）的天线增益（≥44dB ）接收机的灵敏度：雷达接收机具有的接收微弱信号的能力，用最小可变功率Pmin 表示，我国新一代天气雷达（s 波段）接收机的最小可测灵敏度对于短脉冲是（-107dBm ），长脉冲是（-113dBm ）20、单个目标物的雷达方程：Pr=σπλ4322r4PtG ）（，单个目标的雷达回波功率与探测距离的四次方成反比。

粒子群的雷达气象方程：=t p ∑单位体积i r h PtG σπθϕλ2222)2(ln 1024（熟悉雷达方程右边各项的意义） （1）脉冲功率 Pt （2）G 天线增益（3）波长λ（4）脉冲长度h (5)θϕ波束宽度（6）离开雷达距离r （7）目标物的后向散射截面∑单位体积i σ21.有效照射深度：在雷达波束方向上，粒子的回波信号能同时返回雷达天线的空间长度为（h/2）。

称为雷达的有效照射深度。

22.天线方向图的示意图：天线方向图上有主辨、旁辨和尾辨。

天线发出能量的绝大部分集中在主辨方向上，主辨是雷达的探测方向。

有一小部分能量在旁辨方向上，有更少的能量在尾辨方向上。

23. 气象目标强度的雷达度量（1）反射率定义：单位体积中云雨粒子后向散射截面的总和，∑=单位体积i ση（单位cm 2/m 3），由于云雨粒子的后向散射截面通常随粒子尺度的增大而增大，因此反射率大说明单位体积中降水粒子的（尺度大）或（数量多）（2）反射率因子定义：单位体积重降水粒子直径（6次方）的总和，∑=单位体积6D Z ,(单位mm 6/m 2),Z 的大小反映了气象目标内部降水粒子的（尺度）和（数密度），Z 只取决于气象目标本身而与雷达参数和距离无关，不同参数的雷达所测得的Z 可以相互比较。

dBZ 是反射率因子的对数表示（dBZ=10*lgZ ）24.距离折叠：当目标物位于最大不模糊距离Rmax 以外时，雷达却把目标物显示在 Rmax 以内的某个位置，称为距离折叠。

Rmax=C/(2PRF)。

当发生距离折叠时，雷达所显示的回波未知的（方位角）时正确的，而（距离）是错误的。

产生距离折叠的必要条件：在最大探测距离之外有目标存在。

25.多普勒效应：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.多普勒效应指出，波源在移向观察者时接收频率变高，远离接收者时频率变低。

通常约定:如果目标移向雷达,则其速度为负,如果目标远离雷达,则其速度为正.多普勒频率（或频移）f dop =λr V 2-，Vr 是目标沿雷达波束径向的速度, λ是传输的电磁波的波长.雷达识别基础1．对于 SA 和 SB 型雷达，基数据中反射率因子的分辨率为（ 1km ×1°）,而径向速度和谱宽的分辨率为（0.25km ×1°）。

2．多普勒雷达的两难： 由于最大不模糊距离Rmax 与脉冲重复频率PRF 成反比， 而最大不模糊速度Vmax=4PRF⨯λ与脉冲重复频率PRF 成正比，因此不存在一个单一的脉冲重复频率PRF 能够同时使Rmax 和Vmax 都比较大，这通常称为“多普勒两难”。

因此，多普勒天气雷达使用不同的脉冲重复频率PRF 测量反射率因子和速度数据，用低PRF 测得反射率因子，用高PRF 测速度。

3.雷达所探测的任意目标物的空间位置，可以根据（仰角）（方位角）（目标物距雷达的倾斜距离）求得。

4.降水的反射率因子回波大致分为三类：(积云降水回波)，（层状云降水回波）、（积云层状云混合降水回波）。

在常规雷达上，积状云降水回波具有密实的结构，层状云降水回波具有均匀的纹理，积云和层状云混合将会随回波具有絮状的结构。

积状云降水回波反射率因子空间梯度大，强度中心反射率因子通常在（35dBZ）以上，而层状云降水回波反射率因子空间梯度小，反射率因子一般大于（15dBZ）而小于（35dBZ）。

5．零度层亮带产生的原因：（层状云降水回波和层云-积云混合降水回波时候出现）（1）.融化效应：冰粒雪花从零度以下降落到零度以上的高度时，开始融化，融化十分之一时，小冰球的后向散射能力就从原来是水球的五分之一变成了十分之九，后向散射能力迅速增加。

（2）.碰并效应：由于融化使降水粒子表面变粘，互相碰并增长，粒子后向散射能力与粒子直径的六次方成正比，粒子的增大使得后向散射能力迅速增大。

（3）.粒子的下落末速度增大：通过融化和碰并过程，粒子迅速变大，因此在重力作用下降落速度变大，粒子的迅速降落，使得在零度层下面一点的位置降水粒子大大减少。

综合以上三点，在零度层附近会出现一个反射率因子相对大的区域（带）。

6．非降水回波包括：（地物回波）(海浪回波)（昆虫和鸟的回波）（大气折射指数脉动引起的回波）（云的回波）等。

7．多普勒速度受降水质点的（水平运动速度）和（垂直运动速度）的共同影响。

8．用单部雷达探测所得的径向速度解释大范围水平度风场的结构时，应遵守的前提条件：（1）只能用低仰角的PPI径向速度产品（2）假设同一高度上的风场均匀。