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多普勒天气雷达应用研究【摘要】本文简要介绍了多普勒天气雷达的相关原理，并结合典型个例，应用多普勒天气雷达回波资料及常规天气资料，阐述了多普勒图像在气象保障中的应用，简要论述复杂海岸地形产生的气流在对流降水过程中的影响。
【关键词】多普勒天气雷达；闪电强度；地形1 多普勒天气雷达的相关原理1.1 PPI显示方式雷达图像的PPI显示，是指雷达天线在一系列固定仰角上扫描360。
进行取样，并经过对目标物的数据进行分析、处理而得出的结果。
在每个仰角上，沿雷达波束向外径向距离增加，离地高度也增加。
因此，当环境风场只随高度变化时，雷达扫描一周便能揭示出从地面到雷达显示范围边缘高度上所有风的信息。
1.2 零值线的意义在分析多普勒图像时.关键是要寻找到零值线，然后围绕零线进行大气流场的分析。
零值线一种情况表明此处的风向与雷达探测的径向是垂直的；另一种情况是该处真实风速为零（也可能是速度极小或处于静止状态）。
当所有高度上的风速都一样，风向从地面上（雷达站）的南风均匀地改变到显示边缘高度上的正南风。
环境风场平面图：风速固定，在地面为南风（图像中心），均匀地经西南风变为图像边缘处的西风。
在显示区的外缘，当雷达指向正北和正南时，多普勒速度值为零，这意味着在相应高度不是正西风就是正东风。
由于在显示区的西部边缘多普勒速度值是正的（朝向雷达的分量），东部边缘的多普勒速度值是负的（离开雷达的分量），那么很明显.在雷达图像显示区边缘高度上风向是由西向东的。
1.3 典型流场的多普勒模式掌握典型流场的多普勒模式，对于分析复杂天气系统的流场结构有着重要的意义，下面主要介绍基本气流模式、暖切变流场模式和冷锋（冷切变）流场模式。
1.3.1 基本气流模式基本气流（水平面上风向风速一致、风速随高度先增加后减小的西南气流）的方向是从趋近（正值）中心吹向远离（负值）中心，并和零值线所在的向径方向垂直，这就是基本气流径向速度分布模式。
其它方向的基本气流的趋近区、远离区和零值线也随之而变，但图形一样。
多普勒雷达探测原理8.1.1 多普勒效应多普勒效应是奥地利物理学家J.Doppler 1842年⾸先从运动着的发声源中发现的现象，定义为"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"。
⼀个例⼦是：当⼀辆紧急的⽕车（汽车）鸣着喇叭以相当⾼的速度向着你驶来时，声⾳的⾳调（频率）由于波的压缩（较短波长）⽽增加。
当⽕车（汽车）远离你⽽去时，这声⾳的⾳调（频率）由于波的膨胀（较长波长）⽽减低。
多普勒频率(多普勒频移)：对于⼀个运动的⽬标，向着雷达运动或远离雷达运动所产⽣的频移量是相同的，但符号不同：①如果⽬标移向雷达频移为正；②如果⽬标远离雷达频移为负。
8.1.2 径向速度径向速度简单地定义为⽬标运动平⾏于雷达径向的分量。
它是⽬标运动沿雷达径向的分量，既可以向着雷达，也可以离开雷达。
需要注意：①径向速度总是⼩于或等于实际⽬标速度；②由WSR-88D测量的速度只是⽬标向着或离开雷达的运动；③当⽬标运动垂直于雷达径向或静⽌时径向速度为零。
⽬标的实际速度与WSR-88D描述的径向速度间的关系能⽤数学⽅法描述成径向速度⽅程│Vr│=│V│•cosβ其中Vr为径向速度，V为实际速度，β为实际速度V与雷达径向之间最⼩的夹⾓。
8.1.3 多普勒天⽓雷达测速由于多普勒频移(Hz)相对发射频率(MHz)很⼩，故多普勒天⽓雷达通常不是直接测量多普勒频移，⽽是通过测量相继返回的脉冲对之间的位相差来确定⽬标物的径向速度，这种脉冲位相的变化可以⽐较容易并且⽐较准确的测量。
这种测速技术叫做"脉冲对处理"。
脉冲对处理 Pulse-Pair Method要使多普勒雷达能够提取⽬标的多普勒运动信息，必须知道每个发射波的初相位，这样就可以⽐较相继返回信号的位相。
如果每个发射波的初位相不知道，那么将⽆法知道相继返回的两个脉冲间的相移，也就⽆法对⽬标物沿雷达径向做出估计。
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。
6多普勒天气雷达原理与应用多普勒天气雷达是一种利用多普勒效应来探测降水、风速和风向等气象参数的雷达，广泛应用于气象预报、水资源管理、防灾减灾等领域。
下面将从多普勒天气雷达的原理和应用两个方面进行详细介绍。
一、多普勒天气雷达原理：多普勒天气雷达利用物体回波的多普勒频移来测量物体的运动状态。
其原理可以通过以下几个步骤来理解：1.信号发射与接收：雷达通过天线向大气中发射脉冲信号。
脉冲信号是一种特殊的波形，其特征是能够精确测量反射信号的时延。
雷达波束探测的范围称为体积样积分区（VCP）。
2.对流层的多次散射：当雷达脉冲信号遇到大气中的物质（如雨滴、冰晶等）时，部分能量会被这些物质散射反射回来，形成回波。
3.多普勒频移的测量：回波信号中包含了大气物质运动的信息。
相对于静止的物体而言，当物体以一定速度向雷达或远离雷达运动时，回波信号的频率会发生变化，这就是多普勒频移效应。
4.频谱分析与信号处理：雷达对回波信号进行频谱分析，可以得到回波信号频率的分布情况。
通过计算信号的频移量，可以得到大气物体沿径向的速度和方向。
二、多普勒天气雷达的应用：多普勒天气雷达主要应用于气象预测、水资源管理和防灾减灾等领域，具有以下几个方面的应用：1.气象预报：多普勒天气雷达可以精确测量降水的强度、区域分布和降雨类型（如雨、雪、冰雹等），有助于提高天气预报的准确性。
通过观测和分析雷达回波，可以及时预警并预测强降水、洪水、暴风雨等极端天气事件，为防范和减轻灾害提供重要数据支持。
2.水资源管理：多普勒天气雷达能够实时监测和测量降水的强度和分布，在水资源管理中起到重要作用。
通过对降水数据的分析，可以为城市供水、水库调度、灌溉农业等方面的决策提供准确的水资源量和雨量预测信息。
3.风速与风向测量：多普勒天气雷达还可以测量大气中的风速和风向。
利用雷达的多普勒频移原理，可以从回波中获取风场流场的信息，包括垂直风速的分布、风向的变化等，为气象、航空、海洋等领域提供有关风的数据。
多普勒雷达工作原理多普勒雷达是一种利用多普勒效应来探测目标运动状态的雷达系统。
多普勒效应是指当发射器和接收器相对于目标运动时，接收到的频率会发生变化的现象。
多普勒雷达利用这一原理，可以通过分析接收到的信号频率的变化来判断目标的运动状态，包括速度和方向。
下面将详细介绍多普勒雷达的工作原理。
首先，多普勒雷达系统由发射器、接收器和信号处理器组成。
发射器会发射一束电磁波，这些波会被目标反射回来并被接收器接收。
接收器会记录下接收到的信号，并将其传送给信号处理器进行分析。
当目标静止时，接收到的信号频率不会发生变化。
但当目标运动时，由于多普勒效应的影响，接收到的信号频率会发生变化。
如果目标向雷达系统靠近，接收到的信号频率会变高；如果目标远离雷达系统，接收到的信号频率会变低。
通过分析这些频率的变化，多普勒雷达系统可以计算出目标的速度和方向。
多普勒雷达系统还可以利用这些频率的变化来区分目标和杂波。
由于目标和杂波的运动状态不同，它们反射回来的信号频率也会有所不同。
通过对接收到的信号进行频谱分析，多普勒雷达系统可以将目标和杂波进行有效区分，从而提高了系统的探测精度。
除了用于目标探测和跟踪，多普勒雷达系统还被广泛应用于气象雷达、交通监控和医学诊断等领域。
在气象雷达中，多普勒雷达可以探测大气中的降水粒子的运动状态，从而预测降水的强度和路径。
在交通监控中，多普勒雷达可以用于测速和交通流量的监测。
在医学诊断中，多普勒雷达可以通过探测人体血液流动的频率来诊断心脏病和血管疾病。
总的来说，多普勒雷达是一种利用多普勒效应来探测目标运动状态的高精度雷达系统。
通过分析接收到的信号频率的变化，多普勒雷达系统可以计算出目标的速度和方向，从而在军事、气象、交通和医学等领域发挥着重要作用。
