多普勒天气雷达原理与业务应用试题
1、新一代天气雷达主要有哪三个部分组成？ 答：雷达数据采集（RDA ）、雷达产品生成（RPG ）和主用户处理器（PUP ）。
2、雷达数据采集（Radar Data Acquisition ）简称RDA ，有哪几部分构成？ 答：发射机、天线、接收机和信号处理器。
3、主用户处理器（Principal User Processor ）简称PUP ，主要功能是什么？ 答：获取、存储和显示产品。
4、新一代天气雷达第一级数据是由接收机输出的模拟数据，第二级数据是由信号处理器产生的最高时空精度的高分辨率数据，称为 基数据 ；第三级数据是由RPG 生成的数据，称为 产品数据 。
5、新一代天气雷达有哪4种常用体扫模式？强对流天气过程中最好使用何种扫描模式？
新一代天气雷达有VCP11、VCP21、VCP31、VCP32四种常用体扫模式。 强对流天气过程中最好使用VCP11体扫模式。
6、雷达气象方程为i
i kdr t r r
r h G P P 单位体积∑?=-σψπθφλ0
2.02
22210.)2(ln 1024，其中G 表示 天线增益 ，λ表示 雷达波长 ， σ表示 粒子的后向散射截面 。
7、在瑞利散射条件下，
单位体积
单位体积
∑∑=
62
4
5||i
i D
k λπσ，定义反射率因子单位体积
∑=
6
i D
Z ，则雷达气象方程可表示为C P r Z r 2= ，其中22
23||)2(ln 1024K h G P C t λθφ
π=。在不满足瑞利散射条件下，雷达气象方程要表示为同一形式C
P r Z r
e 2=，则e Z 称为 等效反射率因子 。
8、反射率因子和回波功率的表示形式分别定义为 0
lg
10Z Z dBZ ?=（10=Z 3
6/m mm ）和
min
lg 10P P
dB r
?=，将雷达气象方程
C
P r Z r
2=
变换为
min
min lg 10lg
10lg 20lg 10P C
P P r Z r -+=，即A r dB dBZ -+=lg 20，其中r lg 20为 距离订正
项，min
lg
10P C
A =是只与 雷达性能 有关的常数。 9、当天线仰角0度时，波束路径曲率dh
dn
K -=，即为大气折射指数n 随高度h 的递减变化率。地球与波束路径的相对曲率为K R
K m -=
1
，若把m K 看作地球表面曲率，雷达波束可以看作是直线传播，则所对应的半径dh
dn R
R K R m
m +==
11为 等效地球半径 。
10、已知标准大气折射曲率15104--?=-=km dh
dn
K ，地球半径km R 6370=，请计算等效地球半径m R 。 解：等效地球半径km dh
dn R
R K R m
m 850010
4637016370
115
≈??-=
+==
- 答：标准大气的等效地球半径为8500公里。
11、曲率1
5107.15--?>km K ，等效地球半径0 间，依靠地面的反射向前传播，这种大气折射称为 超折射 。 12、电磁波在雷达脉冲重复周期内传播的最大距离的1/2，称为 最大不模糊距离 ，即计算公式CT r 21 max = ，或 PFT C r ?= 2max 其中C 为 电磁波传播速度 ，T 为 脉冲重复周期 ，PFT 为 脉冲重复频 率 。 13、当雷达脉冲重复频率PFT 为250次/秒，已知电磁波的传播速度为5 103?公里，请计算雷达的脉冲重复周期T 和最大不模糊距离m ax r 。 解：秒3105.2250 1 1-?=== PFT T （公里）600250 210325 max =??=?=PFT C r 答：雷达的脉冲重复周期T 为3 105.2-?秒和最大不模糊距离m ax r 为600公里。 14、当目标物位于最大不模糊距离m ax r 以外时，雷达错误地把它当作同一方向的最大不模糊 距离 m ax r 以内的某个位置，称之为 距离折叠 。 15、最大不模糊距离m ax r 为300公里，一个位于距雷达360公里处的目标物会发生距离折叠，请计算雷达会错误地把它当作同一方向距雷达多少的位置上。 解：该雷达在电磁波每传播2x300=600公里发出一个脉冲，360公里处的目标物返回到达雷达时传播了2x360=720公里，这时雷达已经发出了下一个脉冲，并且传播了120公里，雷达就会错误地把它当成是刚发出的脉冲在120/2=60公里处目标物所返回的。 答：雷达会错误地把360公里处的目标物当作同一方向距雷达60公里的位置上。 16、当接受者与能量源处于相对运动状态时，能量到达接受者时的频率变化称为 多普勒效应 ，其多普勒频移λ r dop V f 2-=，其中r V 为运动的相对速度（离开为正），λ为电磁 波波长。 17、一个雷达波长10cm ，当目标物向着雷达运动的速度为25m/s 时的多普勒频移dop f 为多少？ 解：多普勒频移)(50010 10) 25(222 Hz V f r dop =?-?- =- =-λ 答：多普勒频移dop f 为500赫兹，约为原来频率的%107.15 -?。 18、由于多普勒频移dop f 很小，一般为约为原来频率的%1025 -?，雷达很难准确测定其频 移dop f ，但可以通过测量相继返回的脉冲对之间的 相位差 来确定目标物的径向速度，因为相位差λ πλ π ?λ π????r r r r ?= +-?++=-=?4)22() (220012，所以目标物的径 向速度π ?λ4PRF PRF r V r ??= ?= ，其中r ?为粒子径向移动距离，有正负（离开雷达为正，向着雷达为负），故相位差必须π?π≤?≤-。当π?=?时，有4 max PRF V ?=λ，这时 的m ax V 称为 最大不模糊速度 。当粒子径向移动速度超过m ax V 时，必定会发生 速度模糊 。 19、一个波长为10厘米，脉冲重复频率为400次/秒的雷达，其最大不模糊速度m ax V 为多少？最大不模糊距离m ax r 为多少？ 解：秒） 米/(104 400101042max =??=?= -PRF V λ （公里）375400 210325 max =??=?=PFT C r 答：其最大不模糊速度m ax V 为10米/秒，最大不模糊距离m ax r 为375公里。 仰角（度） 0.50 1.45 2.40 3.35 4.30 6.00 9.90 14.6 19.5 取样方式 CS/CD CS/CD B B B B CDX CDX CDX 21、．下图表示为γ中尺度（2—20公里）的基本速度图，雷达位于图的下方，红色表示反射粒子离开雷达的速度，绿色表示向着雷达的速度，请回答流场的辐合/辐散和气旋/反气旋式特征，并画出流场示意图。 答：纯辐散流畅，示意图如下。 22、下图表示为γ中尺度（2—20公里）的基本速度图，雷达位于图的下方，红色表示反射粒子离开雷达的速度，绿色表示向着雷达的速度，请回答流场的辐合/辐散和气旋/反气旋式特征，并画出流场示意图。 答：纯辐合流畅，示意图如下。 23、下图表示为γ中尺度（2—20公里）的基本速度图，雷达位于图的下方，红色表示反射粒子离开雷达的速度，绿色表示向着雷达的速度，请回答流场的辐合/辐散和气旋/反气旋式特征，并画出流场示意图。 答：纯反气旋式流畅，示意图如下。 24、．下图表示为γ中尺度（2—20公里）的基本速度图，雷达位于图的下方，红色表示反射粒子离开雷达的速度，绿色表示向着雷达的速度，请回答流场的辐合/辐散和气旋/反气旋式特征，并画出流场示意图。 答：纯气旋式流畅，示意图如下。 25、下图表示为γ中尺度（2—20公里）的基本速度图，雷达位于图的下方，红色表示反射粒子离开雷达的速度，绿色表示向着雷达的速度，请回答流场的辐合/辐散和气旋/反气旋式特征，并画出流场示意图。 答：反气旋式辐散流畅，示意图如下。 26、下图表示为γ中尺度（2—20公里）的基本速度图，雷达位于图的下方，红色表示反射粒子离开雷达的速度，绿色表示向着雷达的速度，请回答流场的辐合/辐散和气旋/反气旋式特征，并画出流场示意图。 答：反气旋式辐合流畅，示意图如下。 27、下图表示为γ中尺度（2—20公里）的基本速度图，雷达位于图的下方，红色表示反射粒子离开雷达的速度，绿色表示向着雷达的速度，请回答流场的辐合/辐散和气旋/反气旋式特征，并画出流场示意图。 答：气旋式辐散流畅，示意图如下。 28、下图表示为γ中尺度（2—20公里）的基本速度图，雷达位于图的下方，红色表示反射粒子离开雷达的速度，绿色表示向着雷达的速度，请回答流场的辐合/辐散和气旋/反气旋式特征，并画出流场示意图。 答：气旋式辐合流畅，示意图如下。 29、下图为水平均匀风场情况下的雷达径向速度示意图，虚线表示风速向着雷达，实线表示风速离开雷达，请选择垂直风廓线风向风速随高度分布类型组合。风向，风速。 风速类型： (a) (b) (c) (d) 风向类型： (a) (b) (c) 答：风向 a ，风速 a 。 30、下图为水平均匀风场情况下的雷达径向速度示意图，虚线表示风速向着雷达，实线表示 风速离开雷达，请选择垂直风廓线风向风速随高度分布类型组合。风向 ，风速。 风速类型： (a) (b) (c) (d) 风向类型： (a) (b) (c) 答：风向 b ，风速 c 。 31、下图为水平均匀风场情况下的雷达径向速度示意图，虚线表示风速向着雷达，实线表示风速离开雷达，请选择垂直风廓线风向风速随高度分布类型组合。风向，风速。 风速类型： (a) (b) (c) (d) 风向类型： (a) (b) (c) 答：风向 b ，风速 d 。 32、下图为水平均匀风场情况下的雷达径向速度示意图，虚线表示风速向着雷达，实线表示风速离开雷达，请选择垂直风廓线风向风速随高度分布类型组合。风向，风速。 风速类型： (a) (b) (c) (d) 风向类型： (a) (b) (c) 答：风向 c ，风速 c 。 33、下图为水平均匀风场情况下的雷达径向速度示意图，虚线表示风速向着雷达，实线表示风速离开雷达，请选择垂直风廓线风向风速随高度分布类型组合。风向，风速。 风速类型： (a) (b) (c) (d) 风向类型： (a) (b) (c) 答：风向 c ，风速 d 。 34、下图为水平均匀风场情况下的雷达径向速度示意图，虚线表示风速向着雷达，实线表示风速离开雷达，请选择垂直风廓线风向风速随高度分布类型组合。风向，风速。 风速类型： (a) (b) (c) (d) 风向类型： (a) (b) (c) 答：风向 a ，风速 c 。 35、下图为水平均匀风场情况下的雷达径向速度示意图，虚线表示风速向着雷达，实线表示风速离开雷达，请选择垂直风廓线风向风速随高度分布类型组合。风向，风速。 风速类型： (a) (b) (c) (d) 风向类型： (a) (b) (c) 答：风向 b ，风速 b 。 36、.下图是锋面从西北方向移向雷达时，到达雷达时和移过雷达时的径向速度示意图，请选择锋面经过雷达径向速度示意图的排列顺序。 (a) (b) (c) A.abc， B.bca， C.bac， D.cab 答：C 37热力不稳定是影响风暴强度的主要因子之一，用来衡量热力不稳定大小的最佳参量是对流有效位能CAPE，是气块在给定环境中绝热上升时的正浮力所产生的能量的垂直积分。在温度对数压力（T-lgP）图上，CAPE正比于气块上升曲线和环境温度曲线从自由对流高度（LFC）至平衡高度（EL）所围成的区域的面积。其数学表达式为 ?-=EL LFC e e p T T T g CAPE。 38、三体散射现象是雷达波束被大粒子散射到地面后，地面又将散射波反射到空中，空中的粒子散射被雷达接受到而形成，下图是典型的三体散射的平面图和剖面图，它表明风暴中存在大冰雹。 a. 三体散射平面 b. 三体散射剖面 39、下图是假定大气中每一高度上的风向、风速比较均匀情况下的模拟速度图。白色为零速度线，图中呈“S”形状，则此图表示风向随高度顺时针旋转，有暖平流。 40、下图是假定大气中每一高度上的风向、风速比较均匀情况下的模拟速度图。白色为零速度线，图中呈反“S ”形状，则此图表示风向随高度 逆 时针旋转，有 冷 平流。 41、下图是假定大气中每一高度上的风向、风速比较均匀情况下的模拟速度图。白色为零速度线，图中呈直线形状，则此图表示风向随高度 不变 ，风速随高度 不变 。 42、反射率因子Z 与降水率R 之间的经验公式为B AR Z =，其中Z 单位为3 6 /mm mm ，A 和B 为待定参数，R 单位为h mm /。新一代多普勒天气雷达A 和B 的默认值分别为300和1.4，请估算新一代多普勒天气雷达探测到10dBZ 和40dBZ 回波强度的降水率分别为多少？（7.58300 4 .11=，2.510 4 .11=，8.71710000 4 .11=）
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