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冰雹云的雷达回波特征与冰雹天气预测预防

发表时间：2019-06-17T11:54:50.587Z 来源：《中国西部科技》2019年第7期作者：刘鑫

[导读] 冰雹对农业生产有着非常严重的影响，是影响农作物质量和产量的致命灾害。想要对冰雹天气进行预测和预防，降低对农作物造成的影响，则需要将现代化科学技术应用到冰雹云的探测中。要对冰雹云的基本规律和回波特征进行掌握，根据探测到的结果对冰雹进行预测，提高探测精度，建立完善的冰雹天预警模式。预警之后提前采取针对性的措施进行预防，可以保证农作物的质量和产量，起到预防冰雹灾害的作用。

宝泉岭管理局气象台

在春末夏初，冷暖空气较为活跃，是容易出现冰雹天气的季节。应用先进的探测技术可以对冰雹提前进行提前预测，并根据探测结果冰雹进行预防。多普勒雷达探测技术在目前的人工防雹作业中比较常用。每种云层在雷达上的回波图像都是不一样的，冰雹云的回波图像较为特殊，可以通过掌握冰雹云的回波特征来进行防雹，这种方法在实际应用的过程中优势较为明显。可以对冰雹云的回波指标进行优化和明确，保证探测的精准性，为防雹工作的开展提供准确依据。

一、冰雹云的基本规律与回波特征

1、冰雹天气的基本特征

冰雹对农业的影响比较大，是影响农作物产量的主要自然灾害。冰雹灾害在发生时，来势较为凶猛，而且由于冰雹的特点，会给农作物造成毁灭性的灾害，严重的情况下会出现大面积绝产的情况。冰雹灾害主要是发生在5-9月。其具有一定的日变化特征，下午到傍晚出现冰雹的概率比较大。冰雹天气一般都伴随着雷雨，而且风力也比较大，在热力作用的影响下，很容易引发暴雨天气。

2、冰雹云的雷达回波特征

多普勒探测技术是目前比较常用的天气探测技术，在应用的过程中，根据观测资料对冰雹云的回波图像进行分析，掌握回波特征。冰雹云的雷达回波图像与其他云图是不一样的，冰雹云的回波图像结构较为紧密，面积比较大，呈现大面积移动的状态，而且回波图像的轮廓清晰。有时回波图像边缘比较平整，有时会出现突起的形状，一般来讲，冰雹就会出现在这个部位，后部结构呈现出羽毛状。冰雹云的回波强度要比一般的云层要强的多，而且发展的速度比较快，在其发展成熟的过程中，雷达回波上显示的特征也与之前有着较大的差异，其会将冰雹落区很好的展现出来。通常，回波图像中的指状位置和"V"形缺口回波顶端等，冰雹聚集区域，可以找出地面上对应的冰雹落区。

3、冰雹云的回波技术指标及回波图像模式

回波强度技术指标归纳如表1。表1中的指标仅是平均性质的指标，在气候异常年份，有些略低于(或高于)表中指标的云体也会产生降雹。当雹云进入雷达扫描范围后，在距离用户上游边界100km左右时，每10～15min探测一次，进入50km范围后每3～5min探测一次，雷达回波强度达到警戒值时，应立即采取人工防雹作业。

表l 各季节冰雹云综合回波指标临界值

月份强回波顶高中心强度移动速度云顶温度

5-7 4-7km ≥45dBz ≥40km ≥-35℃

8-9 7-9km ≥50dBz ≥30km ≥-45℃

除了上述表中所列指标外，还应注意以下几个方面：①50dBz回波顶高及对应温度；②回波跃增增长特征和强回波在云中的位置；③指状回波、钩状回波、回波窟窿的出现；④强回波区合并。根据这些特征都能提早识别出冰雹云，做到早预测、早作业，基本上不会出现漏报，最大限度减少雹灾危害。

二、雷达识别冰雹云

提前对冰雹云进行识别可以实现对冰雹天气的预防预测，做好人工防雹工作。在识别的过程中很容易将雷雨云与冰雹云混淆，如果出现误测的情况，就会浪费一定的资源。如果没有及时将冰雹云识别出来，则会导致冰雹灾害的发生。所以，正确识别冰雹云是非常重要的，其对后续的预防工作有着直接的影响，要掌握冰雹云的雷达回波特征，区分好雷雨云与冰雹云。

可以根据冰雹云体的声、光、电现象，伴随冰雹活动的大风、降温等现象，以及雹云的特点和活动规律，找出若干识别冰雹云的方法。由于测雨雷达广泛地用于冰雹云观测，所以雷达识别冰雹云的研究有了较大的进展。用雷达识别冰雹云，不仅探测范围广，而且准确度也比较高。

三、冰雹天气的预测预防

1、要根据冰雹天气的影响情况，建立完善的防雹指挥系统，可以提升防雹工作的质量和效率。气象台会与各个地区的气象站直接联系，在出现冰雹天气时，会提前进行预警，并将防雹作业信息传递给炮点，在第一时间内对冰雹云进行处理，可以提升冰雹天气预测预防的效率。

2、想要进一步提高人工防雹的作业效果，一定要选择合适的作业时机。在目前的人工防雹作业中，比较常用的武器是"37"高炮和火箭。通过对雷达回波图像的观测，回波顶高出现明显上升的趋势时，说明冰雹云在发展阶段，这时就可以应用高炮进行作业。如果雷达回波的强度逐渐增加，则说明冰雹快要形成。需要在冰雹没有形成之前就进行高炮作业，如果冰雹已经形成并降落，则防雹作业失去了作用。这就需要在冰雹形成前期进行识别，这是影响人工防雹作业成功的主要因素，在形成前进行作业可以保证防雹效果。如果冰雹在防护区外形成，可以提前对冰雹云进行作业，让冰雹提前降落，这样也可以起到一定的防护作用。

四、结语

①冰雹云是形成冰雹的载体，通过多普勒探测技术对冰雹云进行探测，掌握冰雹云的雷达回波特，可以对其进行提前识别，针对实际情况可以采取有效的措施进行防护，是防雹的重要途径。

②根据雷达回波图像，在"V"形缺口回波顶端、指状回波及其指根处、钩状回波钩部对应着地面冰雹落区。根据冰雹云的雷达回波特征，能够做到早识别、早预警，指挥前线适时作业，切实把雹灾损失减少到最低程度。

③要对冰雹云的回波资料进行分析和总结，确定好冰雹的相关指标，为冰雹天气的预测预防提供有效依据，可以在各个地区进行应

6、多普勒天气雷达原理与应用

第六部分多普勒天气雷达原理与应用（周长青）我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特征；新一代天气雷达产品第一章我国新一代天气雷达原理一、了解新一代天气雷达的三个组成部分和功能新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：雷达数据采集子系统（RDA）、雷达产品生成子系统（RPG）、主用户处理器（PUP）。二、了解电磁波的散射、衰减、折射散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。衰减：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当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率分布的不均匀性（密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，称为折射。三、了解雷达气象方程在瑞利散射条件下，雷达气象方程为：其中Pr表示雷达接收功率，Z为雷达反射率，r为目标物距雷达的距离。Pt表示雷达发射功率，h为雷达照射深度，G为天线增益，θ、φ表示水平和垂直波宽，λ表示雷达波长，K表示与复折射指数有关的系数，C为常数，之决定于雷达参数和降水相态。四、了解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，Rmax=0.5c/PRF, c为光速，PRF为脉冲重复频率。距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种辨认错误。当距离折叠发生时，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。当目标位于最大不模糊距离（Rmax）以外时，会发生距离折叠。换句话说，当目标物位于Rmax之外时，雷达却把目标物显示在Rmax以内的某个位置，我们称之为‘距离折叠’。五、理解雷达探测原理。反射率因子Z值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，反射率越大，说明单位体积中，降水粒子的尺度大或数量多，亦即反映了气象目标强度大。反射率因子（回波强度）：即反射率因子为单位体积内中降水粒子直径6次方的总和。意义：一般Z值与雨强I有以下关系：层状云降水 Z=200I1.6 地形雨 Z=31I1.71 雷阵雨 Z=486I1.37 新一代天气雷达取值 Z=300I1.4 六、了解雷达资料准确的局限性、资料误差和资料的代表性由于雷达在探测降水粒子时，以大气符合标准大气情况为假定，与实际大气存在一定的差别，使雷达资料的准确度具有一定的局限性，且由于雷达本身性能差异及探测方法的固有局限，对探测目标存在距离折叠及速度模糊现象，对距离模糊和速度模

雷达--地物回波系统分

衰落速率的计算计算多普勒频率是求衰减落速率（Fading rate ）最容易的方法。为了在一个特定的多普勒频移范围内计算回波信号的幅度，必须将所有具有这些频移的信号相加。这就需要了解散射面上的多普勒频移等值线（等值多普勒频移）。对于每一种特殊形状的几何体都必须建立起这种多普勒频移等值线。下面用一个沿地球表面水平运动的简单例子来说明。它是普通巡航飞行飞机的一个典型实例。假定飞机沿y 方向飞行，z 代表垂直方向，高度（固定）z = h 。于是有 v =1v v h y x z y x 111R -+= 式中，1x ,1y ,1z 为单位矢量。因而 h y x vy R v r 222++==?R v 式中，v r 是相对速度。等相对速度曲线也就是等多普勒频移曲线。该曲线的方程为 0222222=+--h v v v y x r r 这是双曲线方程。零相对速度的极限曲线是一条垂直于速度矢量的直线。图12.7示出这样一组等多普勒频移曲线。只要把雷达式（12.1）略加整理就可用来计算衰落回波的频谱。这样，如果W r (f d )是频率f d 和f d +d f d 之间接收到的功率，则雷达方程变为 ? π=积分区R A A G P f f W r t t d d r 402d )4(1d )(σ ????? ??-π=d r t t d f A R A G P f d d )4(d 402σ （12.12）图12.7 在地球平面做水平运动时的多普勒频移等值线图12.8 计算复数衰落的几何关系图（引自Ulaby,Moore 和Fung [21]）上式的积分区是频率f d 和f d +d f d 间被雷达照射到的区域。在此积分式中，f d 和f d +d f d 之间的面

雷达试题

多普勒天气雷达集训考试题答案一、填空题（共30题，每空0.5分，总分40分） 1、新一代天气雷达主要由雷达数据采集系统 RDA 、雷达产品生成系统RPG 、主用户终端子系统PUP 三部分组成。 2、多普勒天气雷达测量的三种基数据是基本反射率因子、平均径向速度、谱宽。 3、大气中折射的种类有标准大气折射、超折射、负折射、无折射、临界折射。 4、雷达探测到的任意目标的空间位置可根据仰角、方位角、斜距三个基本要素求得。 5、多普勒雷达除了具有探测云和降水的位置和强度的功能以外，它以多普勒效应为基础，根据返回信号的频率漂移，还可以获得目标物相对于雷达运动的径向速度。 6、达气象方程为=t p ∑单位体积i r h PtG σπθ?λ2 222)2(ln 1024，其中G 表示天线增益，h 表示脉冲长度，σ表示粒子的后向散射截面。 7、反射率因子定义为单位体积中所有粒子直径的6次方之和。它的大小反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，常用来表示气象目标的强度。 8、触发对流的抬升条件大多由中尺度系统提供，如锋面、干线、对流风暴的外流边界（阵风锋）、海（陆）风锋、重力波等， 9、雷达波束在降水中传播时能量的衰减是由降水粒子对雷达电磁波的散射和吸收造成的。 10、当发生距离折叠时，雷达所显示的回波位置的方位（或位置）是正确的，但距离是错误的。 11、在雷达径向速度图上，暖平流时零值等风速线呈S 型，冷平流时呈反S 型。 12、新一代雷达速度埸中，辐合或辐散在径向风场图像中表现为一个最大和最小的径向速度对，两个极值中心连线和雷达射线一致。 13、多普勒天气雷达与常规天气雷达的主要区别在于前者可以测量目标物沿雷达径向的速度当目标物位于最大不模糊距离以外时，雷达错误地把它当作同一方向的最大不模糊距离以内的某个位置，称之为距离折叠。37 14、当45～55dBZ 的回波强度达到 -20 度层的高度时，最有可能产生冰雹。 15、降水回波的反射率因子一般在 15dBZ 以上。层状云降水回波的强度很少超过

激光雷达回波信号仿真模拟

激光雷达回波信号仿真模拟研究摘要关键字第一章绪论第一节引言激光雷达（Lidar：Li ght D etection A nd R anging），是一种用激光器作为辐射源的雷达，是激光技术与雷达技术完美结合的产物。激光雷达的最基本的工作原理与我们常见的普通雷达基本一致，即由发射系统发射一个信号，信号到达作用目标后会产生一个回波信号，我们将回波信号经过收集处理后，就可以获得所需要的信息。与普通雷达不同的是，激光雷达的发射信号是激光而普通雷达发射的信号是无线电波，两者在波长上相比，激光信号要短的多。由于激光的高频单色光的特性，激光雷达具有了许多普通雷达无法比拟的特点，比如分辨率高，测量、追踪精度高，抗电子干扰能力强，能够获得目标的多种图像，等等。因此，利用激光雷达对大气进行监测，收集、分析数据，建立一个大气环境预测理论模型，这将会成为研究气候变化和寻求解决对策的一项重要武器。第二节本文的选题意义由于投入巨大，在研制激光雷达实物之前，我们需要进行模拟与仿真研究，预测即将研制的激光雷达的各性能指标，评价总体方案的可行性。激光雷达回拨信号仿真模拟就是利用现代仿真技术，逼真的复现雷达回波信号的动态过程，它是现代计算机技术、数字模拟技术和激光雷达技术相结合的产物。仿真模拟的对象是激光雷达的探测没标以及它所处的环境，模拟的手段是利用计算机和相关设备以及相关程序，模拟的方式是复现包含着激光雷达目标和目标环境信息的雷达信号。通过激光雷达回波信号的仿真模拟，进而产生回波信号，我们可以在实际雷达系统前端不具备条件的情况下，对激光雷达系统的后级设备进行调试。第三节本文的研究思路和结构安排本文主要研究面向气象服务应用的大气激光雷达。笔者在熟悉激光雷达的基本工作原理的前提下，学习和熟悉各种参数对大气回波能量的影响，进而学习和掌握matlab编程语言，并且根据给定的激光雷达系统参数、大气参数和光学参数，以激光雷达方程为基础，通过仿真模拟得到理想状态下的大气回波信号。但是，在实际测量工作中，由于大气中的各种干扰，我们获得的回波信号并不和理想状态下的大气回波信号一致，因此，在本文的后期工作中，笔者根据已有的大量激光雷达实测信号与模拟信号对比，既能验证仿真模拟结果的准确性，又能应用于激光雷达的性能指标等方面的分析上，具有比较高的实际应用价值。第二章激光雷达的原理第一节激光雷达系统一个标准的激光雷达系统应该包含以下部件：激光器、发射系统、接收系统、光学系统、信号处理系统以及显示系统。它的工作原理图我们可以用下图表示：

飚线的回波特征

广元“6.1”飑线的雷达回波特征 2008-06-29 15:58:37| 分类：科技论文| 标签：飑线多普勒雷达回波垂直风切变中气旋|字号大中小订阅李志华李璐张沛纯（四川广元市气象台，广元，628017）摘要 2008年6月1日发生在广元市的飑线系统是出现在高空槽后、低空暖区和地面冷锋前部的一次典型个例。本文从高空环流形势、海平面气压场、水气能量条件等角度分析了该过程出现的天气学和动力学原理。利用广元市新一代天气雷达回波的监测图像，从反射率因子、径向速度、垂直累积液态水含量等方面分析了飑线系统发生、发展、消亡等阶段的回波特征。通过对雷达回波的分析，找出了一些内陆强对流天气发生发展的规律，对于广元及其周边地区监测和预报中小尺度强对流天气积累了宝贵经验。关键词：飑线多普勒雷达回波垂直风切变中气旋 Guangyuan “6.1” squall line radar echo characteristic Li zhihua ,Li lu,Zhang peichun (GuangYuan Meteorological observatory,GuangYuan,628017) Abstract: On June 1, 2008 occurs in Guangyuan's squall line system is appears after the upper-level trough, the low altitude warm sector and a ground cold front front part model example.This article from angles and so on upper air circulation situation, sea level field of pressure, moisture energy condition has analyzed the synoptic meteorology and the principle of dynamics which this process appears. Using the Guangyuan new generation of weather radar echo monitor image, from aspects and so on index of reflection factor, radial velocity, vertical accumulation liquid water content has analyzed stage and so on squall line phylogeny, development, withering away echo characteristics. Through to the radar echo analysis, discovered some interior strong convection weather to have the development rule, the small criterion strong convection weather accumulated the valuable experience regarding Guangyuan and in the peripheral locality monitor and the forecast. Key Words：Squall line,Doppler radar echo, Vertical wind shear, Cyclone 引言飑线是排列成带状的雷暴群，其范围较小、生命史较短。是气压和风的不连续线，当飑线过境时风向突变、气压陡升、气温急降，伴随有大风、冰雹、雷电等天气现象，给所经之地带来严重的灾害[2]。广元地处南北交汇地带，是北方冷空气入侵四川的门户，南方暖湿气流也多从此处向北输送，冷暖气流在此交汇，使广元地区夏季多强对流天气。出现在2008年6月1日的飑线系统给广元市的抗灾自救带来了一定的影响，并造成了新的经济损失。广元新一代天气雷达在本次飑线过程的监测、预报中发挥了重要作用，及时准确发布了强对流天气预

多普勒天气雷达回波识别和分析之降水回波

多普勒天气雷达回波识别和分析之降水回波 1.层状云降水雷达回波特征——片状回波层状云是水平尺度远远大于垂直尺度云团，由这种云团所产生的降水称之为稳定性层状云降水。降水区具有水平范围较大、持续时间较长、强度比较均匀和持续时间较长等特点。 ⑴回波强度特征：①在PPI上，层状云降水回波表现出范围比较大、呈片状、边缘零散不规则、强度不大但分布均匀、无明显的强中心等特点。回波强度一般在20-30dBz，最强的为45dBz。②在RHI上，层状云降水回波顶部比较平整，没有明显的对流单体突起，底部及地，强度分布比较均匀，因此色彩差异比较小。一个明显的特征是经常可以看到在其内部有一条与地面大致平行的相对强的回波带。进一步的观测还发现这条亮带位于大气温度层结0度层以下几百米处。由于使用早起的模拟天气雷达探测时，回波较强则显示越亮，因此称之为零度层亮带。回波高度一般在8公里以下，当然会随着纬度，季节的不同有所变化。 ⑵回波径向速度特征：由于层状云降水范围较大，强度与气流相对比较均匀，因此相应其径向速度分布范围也较大，径向速度等值线分布比较稀疏，切向梯度不大。在零径向速度型两侧常分布着范围不大的正、负径向速度中心，另外还常存在着流场辐合或辐散区。 ⑶零度层亮带：如前所述，在PPI仰角较高或者RHI扫面时，总能在零度层以下几百米处看到一圈亮环或者亮带回波，亮带内的回波比上下两个层面都强。由于亮带回波总是伴随层状云降水出现，因此是层状云降水的一个重要特征。（零度层亮带形成的原因：冰晶、雪花下落的过程中，通过零度层时，表明开始融化，一方面介电常数增大，另一方面出现碰并聚合作用，使粒子尺寸增大，散射能力增强，所以回波强度增大。当冰晶雪花完全融化后，迅速变成球形雨滴，受雨滴破裂和降落速度的影响，回波强度减小。这样就存在一个强回波带，说明层状云降水中存在明显的冰水转换区，也表明层状云降水中气流稳定，无明显的对流活动。） 2.对流云降水雷达回波特征——块状回波对流云往往对应着阵雨、雷雨、冰雹、大风、暴雨等天气。 ⑴回波强度特征：①在PPI上，对流云阵性降水回波通常由许多分散的回波单体所组成。这些回波单体随着不同的天气过程排列成带状、条状、离散状或其它形状。回波单体结构

第八章雷达回波分析

第八章雷达产品实际应用个例分析 8.1 1992年4月28日Oklahoma州中西部个例在下午和晚上，在Oklahoma的中部和北部出现了强风暴。刚过17时30分（局地时间），在Dewey 县的最北端（Oklahoma市西北150km），一个风暴发展成为强风暴。在风暴内部30000英尺的高度，最大的反射率因子超过50dBZ。同时，在其入流区之上，存在一个较强的中层悬垂回波，说明有较大的冰雹存在。基于这些雷达特征，于17时45分发布了Dewey 县将出现一次强雷暴过程的警报。该警报于28分钟后得到证实，出现了2cm 直径的冰雹。在接下来的2小时内，基于由WSR-88D观测的三维风暴结构，又发布了Dewey 县下游的风暴警报。摘自文献1 图11 图8-1 位于Comanche县中部的一个非龙卷的旋转风暴相对速度的4幅图显示。时间为1992年4月28日20点19分。强风暴的警报没有升级为龙卷警报，基于低层的弱旋转特征。在风暴的中层，较强的旋转很明显。当风暴继续向着东南方向的Lawton地区（Comanche县境内），WSR-88D探测到位于风暴中层的弱的旋转。19点55分，又发布强风暴警报。一个飞行员于大约20点10分在Lawton 地区的北部观测到漏斗云。然而，风暴中层相对速度数据（图8-1）继续表明一个宽阔的旋转特征只局限于风暴的中层。因此，预报员决定不把强风暴警报升级为龙卷警报，主要基于WSR-88D的三维速度和反射率因子数据。20点20分，高尔夫球大小的冰雹降落在Lawton 地区，证实了强风暴的警报，其提前时间（lead time）为25分钟。从以上可知，WSR-88D不仅在发布警告方面有较好的准确率，而且在决定不发布警报或不升级警报方面也有相当的技巧。预报员经常面对是否应发布或升级一个强天气警报。位

多普勒雷达试题和答案

多普勒天气雷达基础理论知识一、填空题 1. 雷暴单体的生命史分为三个阶段，分别是塔状积云阶段、成熟阶段和消散阶段。 2. 雷暴或深厚湿对流产生的三个要素是大气垂直层结不稳定、水汽和抬升触发机制。 3. 强冰雹的产生要求雷暴内具有强烈上升气流；而雷暴大风的产生通常要求雷暴内具有强烈下沉气流。 4. 在瑞利散射条件满足的情况下，降水粒子集合的反射率因子只与降水粒子本身的（尺寸）和（数密度）有关。 5．龙卷涡旋特征TVS的定义有三个指标，包括（切变）、（垂直方向伸展）以及（持续性） 6.积状云降水回波强度中心的反射率因子通常在( 35 )dBZ以上。而层状云降水回波的反射率因子一般大于( 15 )dBZ，小于35dBZ。大片的层状云或层状云-积状云混合降水大都会出现明显的( 零度层亮带 )。 7．如果大范围的环境风场零速度线呈反“S”型变化，表示实际风向（随高度反时针旋转），并且在雷达有效探测范围内为（冷平流）。 8．在雷达径向方向，若某区域最大入流速度中心位于左侧，表示该区域存在（气旋性旋转）；若最大入流速度中

心位于右侧，表示该区域存在（反气旋性旋转）。 9、弓形回波是移动（迅速）、（凸状）的与灾害性的下击暴流紧密相关的低层回波，最强风经常发生在（弓形回波前方）。 10. 降水回波功率随降水粒子（大小）、（相态）、（几何形状）不同而异。二、选择题 1．下列特征中哪个不是雷暴大风的雷达回波特征：（ D） A、反射率因子核心不断下降； B、中层径向辐合MARC； C、低层强烈辐散； D、有界弱回波区BWER的出现； 2．下列因子中哪个不是有利于强冰雹产生的环境因素：（ B） A、CAPE值较大； B、对流层中层相对湿度较大； C、0℃层高度不过高； D、环境垂直风切变较大； 3．下列特征中哪个不是经典超级单体风暴的典型特征：（ C） A、钩状回波； B、有界弱回波区； C、中层径向辐合； D、中气旋； 4．下图中代表的大气稳定情况是( C )。 A、稳定层结 B、不稳定层结 C、潜在不稳定层结 D、无法判断

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天气雷达回波模拟系统的设计与实现摘要：天气雷达回波模拟系统能够成功模拟出具有真实天气目标特征的回波信号，利用这种回波信号可以实现在实验室环境中完成本需在外场试验条件下才可以进行的雷达性能测试。首先介绍了天气雷达回波模拟的原理，设计出回波模拟流程图，其次给出了回波模拟硬件平台的设计及模拟软件实现的思路，最后根据真实天气回波的特征等信息生成模拟回波图，并对模拟前后的回波图进行对比分析。关键词：天气雷达；回波；信号模拟 0 引言在现代地基主动气象遥感领域，多普勒天气雷达占据着重要的地位，特别是在对一些突发性、灾害性等中小尺度天气过程的捕获与跟踪时，其较高的时间与空间分辨能力就显得越来越重要[1]。随着多普勒天气雷达在气象探测业务运行中的广泛使用，在雷达的研发与维护过程中，对雷达的性能进行完整测试就显得非常重要[2]。由于实验条件及天气状况等因素的影响，要在完全真实的天气过程的环境中对雷达各个模块及系统进行测试将非常困难。国内现阶段对雷达接收机性能测试所采用的方法一般是给其提供一个不具有天气目标回波特征的单一频率的信号，这些信号能够通过测量系统通道的技术参数来验证系统硬件的性能。但由于这些测试信号不具有天气信号的时频特征，故测试结果仍与处理真实天气回波时的状态存在差异。而将实时天气目标回波作为接收机的测试信号的方法却有成本过高、测试过程复杂、所需时间长等缺点。除此之外，由于实时气象目标的参数是不可控的，所以这种方法不能实现对接收机性能参数的定量测试。如果能够模拟产生具有真实天气目标特征的雷达回波信号，就可以在实验室环境中模拟完成外场试验所需的测试，同时也可以降低测试成本，缩短研发周期，提高工作效率[3]。除此之外，对模拟回波的参数进行控制，可以实现定量测试，进而可对接收机及后端的信号处理算法进行验证。 1 天气回波信号模拟的原理由于天气目标的径向移动会造成接收信号的频率相对于发射信号的频率存在一定的频移（多普勒频移），即天气雷达回波信号可以看成原始发射信号在时间上的延迟并且频谱进行搬移后的一个时间序列，这就是回波信号模拟的基本原理[4]。 ZRNIC D S[5]在总结了滤波器法与快速卷积法等模拟算法后，从天气雷达回波信号的功率谱的角度，提出了简单实用的基于谱模型的直接拟合法。气象回波的功率谱密度函数为Pn(f)：其中，pr为回波的功率，fd为多普勒频率，f为频率标准差，PRF为脉冲重复频率，N 为样本个数。由气象雷达方程及相关理论可知：pr=CZ/r2，fd=2vr。其中，C为雷达常数，只与雷达系统的参数有关；Z为反射率因子；r为气象目标与雷达站的径向距离；vr、v分别为径向速度和速度谱宽；为雷达发射电磁波波长。为了模拟出具有真实回波信号的频谱特性，需要在式(1)中加入噪声，然后进行随机化可得式(4)：式中，随机变量rnd在区间[0，1]上具有均匀分布，PN(f)为每秒钟噪声总功率，则PN(f)/PRF为噪声功率谱密度。为了获取回波信号的复频谱特征，需要在Pn(f)中引入0~2π变化的随机相位谱?渍n(f)=rnd·2π/rndmax，即可以构成回波信号的复频谱，然后将其进行离散傅里叶逆变换（IDFT）得到对应的时间序列sn：

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