第一章 气象雷达概述

《雷达气象学》知识点----大探专业第一章前言1、天气雷达回波的形成有两种机制。

2、天气雷达系统的组成和主要参数（λ，PRF，τ）。

3、天气雷达基本工作原理4、天气雷达重要组成部分以及关键参数的介绍5、我国新一代天气雷达网的业务情况介绍脉冲重复频率（脉冲重复周期），脉冲宽度（脉冲长度），脉冲发射功率（平均功率），天线转换开关，天线方向图，波束宽度，天线增益，灵敏度。

天气雷达的主要功能天气雷达系统的主要组成天气雷达的波段和波长等主要参数第二章气象目标物对雷达电磁波的散射1、散射现象及特性；2、Rayleigh散射和Mie散射的定义、区别与联系（散射能量分布特征）；3、若干基本物理量（散射函数，散射截面，雷达截面，雷达反射率，雷达反射率因子，等效反射率因子）的概念、物理意义以及他们之间的联系。

4、dBZ的计算。

5、球形粒子标准化后向散射截面σb与无量纲尺度参量α的关系。

6、正在融化的球形粒子的散射。

7、介质小椭球体的散射1.Rayleigh散射和Mie散射的定义、分类及性质2.散射截面、雷达截面、雷达反射率、雷达反射率因子的推导、概念以及物理意义以及它们之间的联系3.等效反射率因子的定义及意义4.不同降水粒子的散射特性分析无量纲尺度参数α，Rayliegh散射，Mie散射，散射函数（方向函数），Rayleigh散射的方向函数和几何图象，Rayleigh散射的散射能流密度，Rayleigh散射的散射截面，Rayleigh散射和Mie散射的区别，雷达截面及物理意义，球形水滴和冰粒的雷达截面，外包水膜融化冰球的雷达截面，介质小椭球体散射的一些性质，雪和非球形冰晶的散射，退偏振比，雷达反射率，雷达反射率因子，等效反射率因子，湍流大气产生的晴空回波。

散射的物理本质小球粒子的含义Rayleigh散射的条件散射截面、吸收截面、衰减截面、雷达反射率、雷达反射率因子的定义及Rayleigh散射下的特点Mie散射、等效反射率因子第三章大气、云、降水粒子对雷达波的衰减1、雷达发射的电磁波在大气传输过程中的衰减规律。

顺风耳----气象雷达3.1 探测原理气象雷达的基本工作原理与一般的雷达相同，可以概括地描述为：它间歇性地向空中发射电磁波列（称为探测脉冲），然后接收被气象目标散射回来的电磁波列（称为回波信号），并在荧光屏上显示出来，从而确定气象目标的空间位置和特性。

在雷达探测中，目标的空间位置是用离雷达站的直线距离r 、相对于雷达站的仰角α和方位角β来表示的，见图3.1。

图3.1 目标空间位置的确定3.1.1 目标距离的测定目标离雷达的距离r 是根据电磁波的传播速度和探测脉冲与回波信号之间的时间间隔Δt 来确定的。

电磁波在大气中的传播速度与在真空中稍有不同，但对测距精度的影响很小，故仍可取c=3×108m/s 。

因此： t c r ∆=21 (3.1)通常，时间间隔以μs 为单位，故上式可写成：r=0.15Δt (km) (3.2)或 r=150Δt (m) (3.3)3.1.2 目标方位角和仰角的测定目标的方位角和仰角的测定是依靠天线的方向性来实现的。

天气雷达的天线具有很强的方向性，它能将探测脉冲的能量集中地向某一方向发射。

同样，它也只能接收沿同一方向来的回波信号。

所以，只有当天线对准目标时，才能接收到目标的回波信号。

根据这一原理，当发现目标时，天线所在的方位角和仰角就是目标相对于雷达的方位角和仰角。

3.1.3 目标特性的测定气象目标对雷达电磁波的散射是雷达探测大气的基础。

大气中引起雷达波散射的主要物质是大气介质，云、降水粒子等。

其中大气介质的散射与反射包括大气气体分子的散射，以及大气介质折射指数分布不均匀引起的散射与反射。

云、降水粒子的散射情况随相态、几何形状不同而异，表示气象目标散射特性的物理量有雷达截面，即后向散射截面，雷达反射率以及雷达反射率因子。

雷达回波功率是由有效照射体积内所有气象目标产生的。

有的雷达在大气中的无云区，或在由不可能被探测到的很小粒子所组成的云区内能探测到回波，说明这种雷达的灵敏度很高，探测到的回波称为晴空回波。

气象雷达知识点什么是气象雷达？气象雷达是一种用于探测大气中的降水、云和其他气象现象的仪器。

它通过发射微波信号并接收其反射信号来实现对大气的观测。

气象雷达能够提供关于降水的位置、强度、类型和移动方向等信息，对气象预报和天气监测非常重要。

气象雷达的工作原理气象雷达的工作原理基于雷达回波的测量。

雷达通过发射微波信号，当这些信号遇到大气中的降水或云等物体时，会被散射和反射回来。

雷达接收到这些反射信号后，根据信号的强度、频率和相位等参数，可以确定降水的位置和强度。

气象雷达的分类气象雷达可分为两类：天气雷达和气候雷达。

天气雷达主要用于短期天气预报，可以提供降雨、风暴和冰雹等天气现象的信息。

而气候雷达主要用于长期气候研究，可以观测大范围的降水和云的变化。

气象雷达的应用1.天气预报：气象雷达可以提供实时的降水信息，帮助气象预报员预测未来几小时的天气情况。

这对于农业、航空、交通等领域的决策非常重要。

2.水资源管理：气象雷达可以监测降雨情况，帮助水资源管理部门进行水文预报和水库调度，以应对洪水和干旱等水灾。

3.气候研究：气候雷达可以提供长期的降水和云的变化数据，帮助科学家研究气候变化、气候模式和气候预测。

4.气象灾害预警：气象雷达可以及时监测到雷暴、暴雨和冰雹等极端天气现象，提前发出预警，以减少灾害损失。

气象雷达的局限性和挑战尽管气象雷达在天气预报和气候研究中具有重要作用，但它也存在一些局限性和挑战：1.盲区问题：气象雷达的微波信号在传播过程中会受到地形、建筑物和植被等障碍物的影响，导致某些区域无法接收到雷达回波信号，形成盲区。

2.分辨率限制：气象雷达的分辨率有限，无法准确观测小尺度的降水和云的变化，对于短时强降水和小范围的气象现象预测存在一定难度。

3.数据处理和分析：气象雷达产生的数据量大，需要进行复杂的处理和分析才能得出有用的信息。

这对于数据科学家和气象预报员的技术要求较高。

4.新技术发展：随着新技术的发展，如卫星遥感和雷达图像处理算法的改进，气象雷达正面临着来自其他观测手段的竞争和挑战。

气象学中的气象雷达和卫星应用随着科技的不断发展，人们对天气预报的要求也越来越高。

气象雷达和卫星应用成为了近年来天气预报中最重要的工具之一。

本文将简要介绍气象雷达和卫星的基本概念、原理及应用。

一、气象雷达气象雷达是利用雷达原理进行天气观测的一种设备，它能够探测大气中的各种降水、云层、飞行物体和地面等物体。

气象雷达通过检测天气中的反射回波信号，来获取和判断气象信息。

气象雷达常用于预报/监测天气、飞行控制、气候变化研究等。

气象雷达原理雷达原理是指电磁波在空气中传播时，遇到天体时发生反射、散射等现象，这些反射信号在雷达接收机上得以接收和处理的现象。

气象雷达利用雷达的这一原理，向天空发送微波，探测天气反射回来的信号，并通过信号的强度和回波延迟来判断天气情况。

气象雷达应用气象雷达在天气预报中起着重要作用。

预报人员利用气象雷达数据可以分析降水强度，预测暴雨、大雪等天气，以及判断台风及其路径等。

同时，气象雷达也能够广泛应用于其他领域，例如民航飞行管制，地质灾害监测预警等。

二、卫星应用同气象雷达一样，卫星应用也是现代天气预报中不可或缺的工具之一。

卫星可以实现覆盖广泛区域，高精度的远距离观测，对气象及相关领域的研究、预报、监测等起到重要作用。

气象卫星原理气象卫星是一种遥感传感器，可通过电磁波对空中和地表的反射和发射，从而获得目标物的物理和化学参数及图像信息。

气象卫星在大气、陆地、海洋等环境中发射所得的信号进行分析，通过数据整合、模型化处理，为天气预报和气象研究提供了重要数据来源。

气象卫星应用气象卫星主要应用于气象预报和飞行管制。

在气象预报中，卫星能够提供目标区域的云图、地表图片、温度、风向、大气可见度等信息，为气象预报人员提供了更加准确的天气预报数据。

同时，卫星也能够广泛运用于其他领域，例如环保和农业等。

结语气象雷达和卫星应用已成为了现代天气预报中不可或缺的工具。

它们的优点在于高精度、高效、广覆盖、快速响应等特点，为人们提供了更加准确的天气信息，为确保人民生命财产安全提供了有力保障。

A320系列飞机气象雷达系统介绍第一部分概述机载气象雷达系统（WXR）用于在飞行中实时地探测飞机前方航路上的危险气象区域，以选择安全的航路，保障飞行的舒适和安全。

机载气象雷达系统可以探测飞机前方的降水、湍流情况，也可以探测飞机前下方的地形情况。

在显示器上用不同的颜色来表示降水的密度和地形情况。

新型的气象雷达系统还具有预测风切变（PWS）功能，可以探测飞机前方风切变情况，使飞机在起飞、着陆阶段更安全。

机载气象雷达系统的基本组成由：雷达收发机、雷达天线、显示器、控制面板和波导系统等。

雷达收发机：用来产生发射射频脉冲信号和接收并处理射频回波信号，提供气象、湍流和地形等显示数据，探测风切变事件并向机组发送警告和告诫信息。

雷达天线：用来产生高3.6°、宽3.4°的波束并接收回波信号。

天线的稳定性受惯性基准组件（IRU）的俯仰和横滚数据控制。

显示器：对于A319/A320/A321飞机来说，气象雷达数据都显示在ND上。

控制面板：用于选择气象雷达的工作方式，控制天线的俯仰角度和稳定性，对接收机灵敏度进行控制。

波导系统：波导管作为收发机和天线之间射频信号桥梁通道。

第二部分本公司雷达型号我们公司的气象雷达一共有3种类型，最早的一种是HONEYWELL公司的RTA-4B，适用于5架老飞机【2360,2361,2362,2363,2201,2202】，件号为066-50008-0405，一种是COLLINS公司 WXP-701X，件号为622-5132-622，适用于后续的320飞机【6261，2219,2220,2221,2230，6012，2410,2411,2412】，最后一种为COLLINS公司WXR2100(MULTISCAN)，件号为822-1710-202，最近在逐步拆下送上海执行SB WRT-2100-34-502改装为件号822－1710－203的，适用于321飞机。

(根据EO-2009-A320-34-048-R1《安装COLLINS带有“Multiscan”功能的气象雷达收发机PN 822-1710-203》，气象雷达收发机的件号由822-1710-202升级到822-1710-203，适用我公司飞机B-2291、B-2292、B-6332、B-6368、B-6369五架飞机。

雷达气象学第一讲：概论术语:雷达RADAR（Ra dio D etection A nd R anging）发展史:二战期间发明军用雷达, 发现降水回波的干扰．•上世纪50年代，美国的WSR-57S雷达投入应用。

•60年代导出雷达达气象方程，开始了定量化测量。

•60年代提出多普勒气象雷达测风的方法，70年代开始大规模试验。

•70年代，提出双线偏振气象雷达的应用理论。

•80年代，美国定型WSR-88D多普勒天气雷达。

•80年代末，研制双线偏振气象雷达。

•90年代开始研制地基和空基云测量雷达。

•本世纪初，研制相控阵天气雷达。

我国气象雷达发展史•1972年，研制成功并推广X波段（3.21厘米）天气雷达（无锡无线电二厂）。

•1977年左右，研制成功C波段天气雷达（桂林长海机器厂）。

•1984年研制成功S波段天气雷达（成都784厂）•1988年左右，成功升级改造了一台C波段双线偏振天气雷达（兰州高原大气物理所）。

•1989年左右，升级改造了一台C波段多普勒天气雷达（成都784厂，河北张家口雷达）。

•1994年左右，研制成功S波段多普勒天气雷达（成都784厂）。

1994年8月，开吃筹建中美合资北京敏视达公司（中国气象局、洛克希德马汀公司）。

•1995年左右，开始研制C波段双线偏振多普勒天气雷达（38所、北京市气象局）。

•1999年，试制成功X波段双线偏振多普勒天气雷达（南京14所、南京气象学院）。

•1999年，利用美国WSR-88D技术的中国新一代S波段天气雷达正式启用，安装在安徽省气象局（敏视达公司）。

•2005年，性能优秀的X波段双线偏振多普勒天气雷达推出（成都784厂）。

•2006年左右，试制成功磁控管式Ka波段云雷达（38所）。

•2009年左右，试制成功行波管式Ka波段云雷达（38所，航天部23所）。

目前正在研制：X波段机载相控阵气象雷达（14所），S波段地基相控阵天气雷达（14所），W波段机载云雷达（38所）、新型C波段相控阵天气雷达（38所气象雷达的功能雷达的主要参数：波段,波长，频率:C f l = ( C=3.0e10 cm/s, f: 1/s)Radar bands and corresponding frequency bands (Rinehart, 2001).Radar BandsFrequency Wavelength HF3-30 Mhz 100-10 m VHF30-300 MHz 10-1 m UHF300-1000 MHz 1-0.3 m L1-2 GHz 30-15 cm S2-4 GHz 15-8 cm C4-8 GHz 8-4 cm X8-12 GHz 4-2.5 cm Ku 12-18 GHz 2.5-1.7 cmK18-27 GHz 1.7-1.2 cm Ka27-40 GHz 1.2-0.75 cm W or mm40-300 GHz7.5-1 mm 不同波段雷达的主要探测目标气象雷达的分类:(1)根据工作原理划分常规天气雷达,多普勒天气雷达,偏振气象雷达(2)根据雷达的工作波段划分X, C, S, L, Ka, W(3)根据安装平台划分固定式,车载移动式,船载式,机载式,星载式(TRMM)多普勒天气雷达获取的数据信息（一次产品）:雷达反射率因子Radar Reflectivity Factor径向速度Radial Velocity速度谱宽Velocity Spectrum Width二次产品:降雨强度,降雨量Rainfall intensity, Rainfall amount,降雨的分布情况Rainfall distribution,风（水平风）Wind (Horizontal, vertical),回波顶高（１８ｄＢＺ）Echo top,垂直累积含水量Vertical Integrated liquid water content...…最大监测距离Maximum Range for monitoring:460Km (Cinrad/SA/SB）200Km(C-band),100Km(X-band)20 Km (Ka-band)气象雷达系统的组成分系统:发射机系统Transmitter接收机系统Receiver天线伺服系统Antenna信号处理和显示系统Singal Processor and display国内不少人也采用美国ＷＳＲ－８８Ｄ雷达的系统划分情况，将系统划分为数据采集系统RDA,产品生成系统RPG和用户处理系统PUPRDA: Radar Data AcquisitionRPG: Radar Product GeneratorPUP: Principal User ProcessorRDA: Antenna, Transmitter, Receiver, Controller RPG: Computer + AlgorithmPUP:Computer + Interface天气雷达系统的外观雷达系统的核心模块重要的雷达参数P t峰值功率Peak power(４５０kw)τ 脉冲宽度Pulse Width(1 μs)PRF 脉冲重复频率Pulse Repeating Frequency (1000 Hz)λ 波长Wave lengthΘ,Φ波瓣宽度Beam width of the antennaΦ, θ≈73λ/D (度)λ: 波长D: 天线直径G 天线增益Gain of the antenna(40dB)G≈30000/(Φ*θ) (Φ和θ用度表示)WSR-88D 雷达的天线直径是8.5米，Φ, θ大约１度，增益约45dB气象雷达的波瓣、主瓣、旁瓣在描述雷达的所有参数中，波长λ是最重要的，脉冲重复频率PRF是第二重要的参数。

第章雷达气象讲座§1气象雷达概况在1904年，德国工程师Hűlsmeye r得到一个能检测由船舶反射无线电波的装置，1922年英国科学家马可尼Marconi制造了一个利用收发连续CW波的检测在雾中或恶劣天气条件下船舶的雷达，而雷达在第二次世界大战侦察敌情中发挥了重要作用。

但是那时天气降水回波是作为干扰雷达探测空中飞行目标的对待，为此希望能消除这种干扰信号。

然而获取降水分布是气象部门长期无法解决的难题，利用雷达能得到降水分布有重要价值，到二次世界大战后1946年，美国天气局得到25部退役的军用雷达，经改装建立天气雷达站，雷达技术引用到气象部门。

至上世纪五十年代中期，开始建造专用于天气观测的雷达。

至今已有60多年历史，目前约有1000部以上的天气雷达布设在全世界各地，用于监测强对流天气和洪水监测预报，是气象部门监测、预警突发灾害性天气的有效手段之一。

随着近几年中国新一代天气雷达投入业务运行，我国短时临近天气预报水平上了一个新台阶，极大地满足了社会对冰雹、龙卷、突发强降水、台风等灾害性天气临近预警需求。

2007年7月3日16时42分江苏省高邮市天山镇发生了龙卷风，南京新一代天气雷达从16时18分已监测到龙卷风可能发生的信息，并提前半小时左右发出预警服务。

2006年8月10日温州新一代天气雷达对“桑美”台风成功进行了无缝隙监测和预警服务。

现已建成的多普勒天气雷达预测强对流灾害性天气的短时预报准确率比原来至少提高3％～5％，时效能提前几十分钟到数小时，为政府各部门及人民群众采取准确、及时的防范措施提供了科学依据，每年减少经济损失上千亿元。

新一代天气雷达除在灾害性天气预警预报、人工影响天气和云水资源利用发挥着越来越重要作用外，还在军事保障、防汛抗洪、航空安全保障、兵团与农垦的防灾减灾、林业生态建设与保护海洋环境等领域起着重要作用。

随着我国自动气象站、雷达雨量校准站、乡镇雨量站大批量布设以及激光雷达、风廓线雷达、毫米波雷达等新型雷达投入业务使用，我国雷达资料应用开始向广度和深度发展，为精细化天气预报（准确、及时、定量、定点）提供了有力地支撑，我国天气雷达资料应用开始步入发达国家先进水平行列。