雷达与卫星气象学总复习

雷达气象期末复习整理版(总18页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除雷达气象期末复习整理版雷达气象第一章第一节1 雷达的含义，雷达气象含义及其用处Radar ：通过无线电技术对目标物进行探测和定位，确定目标位置和强度的技术。

气象雷达：是用于探测气象要素和各种天气现象的雷达，常称为“千里眼、顺风耳”。

雷达气象：利用气象雷达，进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科，是大气物理学、大气探测和天气学共同研究的一个分支。

雷达气象学在突发性、灾害性天气的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。

2 气象雷达的特点气象雷达是雷达中的一个重要成员，探测的对象是覆盖整个地球的大气，不受季节、昼夜和天气条件的影响，能全天时、全天候工作，不受能见度，探测条件的影响。

采用大功率发射机、高增益天线、高灵敏接收机，可增加雷达威力，探测数百公里外的目标。

现代化的雷达机，与计算机技术结合，使其数据处理技术进一步提高，测定目标的精度更高。

3 我国雷达分布情况根据天气现象：沿海地区：暴雨台风多，S波段（5cm）为主内陆地区：一般性降水，C波段（10cm）为主电磁特性：暴雨，S波段穿透能力强，衰减小；一般性降水，S波段反射弱，C波段反射强4 我国天气雷达的应用强对流天气的监测与预警：灾害性大风、冰雹和暴洪。

天气尺度和次天气尺度降水系统的监测。

应用：人工影响天气、降水测量、风的测量、数据同化。

第二节1 我国新一代雷达的组成部分----雷达的硬件系统新一代天气雷达系统的三个部分：（1）数据采集子系统（RDA）；定义：用户所使用雷达数据的采集系统。

功能：产生和发射电磁波，接收目标物对这些电磁波的散射能量，并形成数字化的基数据。

主要结构：①发射机RDA是取得雷达数据的第一步——发射电磁波信号。

RDA主要是由放大器来完成，产生高功率且非常稳定的电磁波信号。

稳定是非常重要的，产生的每个信号必须具有相同的初位相，以保证回波信号中的多普勒信息能够被提取。

名词解释雷达：能辐射电磁波并利用目标物对该电磁波的反射（散射）来发现目标物，并测定目标物位置的电子探测系统瑞利散射：一种光学现象，属于散射的一种情况。

又称“分子散射”。

粒子尺度远小于入射光波长时（小于波长的十分之一），其各方向上的散射光强度是不一样的，该强度与入射光的波长四次方成反比，这种现象称为瑞利散射。

a<<2。

雷达反射率η：描述粒子群后向散射能力的物理量∑==N i i1ση天线方向图：天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指方向上，在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图称为天线方向图。

增益：接收机必须接受足够的放大倍数才能使回波信号在显示器显示，放大倍数用增益来表示雷达系统组成部件：同步脉冲,发射机，接收机，收发天线，伺服系统，显示器，计算机接口雷达工作原理：天气雷达间歇性向空中发射脉冲式电磁波，电磁波在大气中以接近光波的速度，近似与直线的路径传播，如果在传播路径遇到了气象目标物，脉冲电磁波会被气象目标物向四面八方散射，其中一部分电磁波能被散射回雷达天线，在雷达显示器上显示出气象目标物的空间位置分布，和强度等特征有效照射深度：只有在波束中距离为R 到R+h/2范围内的那些粒子散射的回波，才能在同一时刻到达天线，称h/2这个量为波束有效照射深度有效照射体积：在波束宽度),(φθ范围内，粒子所产生的回波能同时到达天线的空间体积，称为有效照射体积径向速度：目标运动平行于雷达径向的分量。

速度模糊：表现为从正 负速度的最大值突变为负 正速度的最大值。

多普勒两难：根据最大不模糊距离与不模糊速度的表式知，PRF C R⨯=2max ，4max PRF V ⨯=λ对每个特定雷达而言，在确定的频率下，探测的最大距离和最大速度不能同时兼顾。

二次回波：超过雷达脉冲间隔所能探测最远距离之外的目标物回波。

简答：雷达图显示方式：雷达回波图，从蓝色到紫色表示回波强度由小到大（10-70dBz ），从不同颜色回波可以判断降雨强度，雨区范围、未来降雨强度和移动。

CH11.气象卫星：人造星体，在宇宙空间、确定的轨道上飞行，携带着各种气象探测仪器，以对地球及其大气和海洋进行气象观测为目的，测量诸如温度、湿度、风、云、辐射等气象要素和降雨、冰雹、台风、雷电等天气现象。

气象卫星观测的特点:在空间固定轨道上运行；自上而下进行观测；全球和大范围的观测；使用新的探测技术（遥感探测）；提供丰富的观测资料，受益面广（气象+其他领域）2.遥感：1）概念：遥感是气象卫星的基础：在一定距离之外，不直接接触被测物体和有关物理现象，通过探测器接收来自被测目标物发射或反射的电磁辐射信息，并对其处理、分类和识别的一种技术。

2）设备：传感器，运载工具，接收系统。

3）卫星遥感探测研究主要内容：遥感信息获取手段的研究；各类物体的辐射波谱特性及传输规律的研究；遥感信息的处理与分析判读技术的研究。

3）分类：按工作方式：主动遥感、被动遥感；按电磁波谱段：紫外~、可见光~、红外~、微波~；按探测对象：大气~、海洋~、农业~、地理~；按探测信息形式：图像~、非图像~气象卫星遥感：利用气象卫星对大气进行遥感探测。

3.卫星气象种类：(1)极地轨道卫星：中国风云1号 (2)静止轨道卫星：中国风云2号 p9/21CH21.卫星轨道参数1）升交点赤径（Ω）卫星由南半球飞往北半球那一段轨道称为轨道的升段；卫星由北半球飞往南半球那一段轨道称为轨道的降段;把轨道的升段与赤道的交点称升交点。

轨道的降段与赤道的交点称降交点，升交点用赤径Ω表示，表示了轨道平面的位置和其相对于太阳的取向2）倾角(i)指赤道平面与轨道平面间的（升段）夹角3）偏心率（e）指轨道的焦距与半长轴之比4）轨道半长轴（a）在轨道的长轴方向由轨道中心到轨道上的距离，确定了卫星的形状5）近地点角（ω）卫星在轨道平面内升交点与近地点之间的夹角，确定了轨道半长轴的方向6）平均近点角（M）；7）真近点角（θ）；8）偏近点角（E）2.地理坐标系中的轨道参数1）星下点：指卫星与地球中心的连线在地球表面上的交点2）升交点降交点（如上）（极轨卫星才有）3）截距：连续两次升交点之间的经度数L=T*15度/小时4）轨道数：指卫星从一升交点开始到以后任何一个升交点为止环绕地球运行一圈的轨道数目3.气象卫星运动规律：设想地球是理想球体，均质，质心在地心；卫星质量<<地球质量,卫星对地作用可忽略；星地距离>>卫星本身尺度，质点；忽略其它因素对卫星的作用力根据理论力学，卫星在地球引力作用下的运动为平面运动。

雷达气象复习1 多普勒天气雷达可获取的基数据有反射率因子、平均径向速度和速度谱宽。

2天气雷达一般分为X 波段、 C 波段、 S 波段，波长分别是3厘米、5厘米、10厘米3目前我国 CINRAD-SA降水模式中使用的体扫模式为VCP11、VCP21、VCP31。

其中VCP11通常在强对流风暴出现的情况下使用，而VCP21在没有强对流单体有显著降水的情况下使用，晴空情况下使用VCP314目前我国 CINRAD-SA使用两种工作模式，即降水模式和晴空模式5我国新一代天气雷达的降水估测只使用最低的4个仰角：0.5°，1.5°，2.4°，3.4°，分别使用在50km以外，35-50km，20-35km和0-20km的距离范围内。

6我国新一代天气雷达系统主要由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）、通讯线路。

7当波源和观测者做相对运动时，观测者接受到的频率和波源的频率不同，其频率变化量和相对运动速度大小有关，这种现象就叫做多普勒效应。

8天气雷达的局限性：波束中心的高度随距离增加而增加、波束宽度随距离的增加而展宽、静锥区的存在。

9获取雷达接收到的降水回波信号是降水粒子对雷达所发射电磁波的散射产生的，因此电磁波在降水粒子上的散射是天气雷达探测降水的基础。

10当雷达波长λ确定后，球形粒子的散射情况主要取决于粒子直径d 。

对于d<<λ的小球形粒子的散射，称为瑞利散射；d≈λ的大球形质点的散射称为米散射。

11反射率因子在瑞利散射条件下的定义：单位体积中降水粒子直径6次方的总和称为反射率因子，用Z表示，其常用单位为mm6/m3，即∑=单位体积6 iDZ12后向散射截面的定义：设有一理想的散射体，其截面为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σ就称为实际散射体的后向散射截面。

倾角：这是指卫星轨道平面与赤道平面之间的夹角,单位度.轨道周期：指卫星绕地球运行一周的时间.星下点：指卫星与地球中心的连线在地球表面上的交点,用地理坐标的经纬度表示.太阳同步卫星轨道：卫星的轨道平面与太阳始终保持固定的取向.由于这一种卫星轨道的倾角接近900,卫星近乎通过极地,所以又称它为近极地太阳同步卫星轨道,有时简称极地轨道.为保持卫星的轨道平面始终与太阳保持固定的取向,必须使卫星的轨道平面每天自西向东旋转10相对于太阳.截距：由于卫星绕地球公转的同时,地球不停地自西向东旋转,所以当卫星绕地球转一周后,地球相对卫星转过的度数,这个度数称之截距.可见截距是两个升交点之间的经度差.卫星的姿态：卫星的姿态是指卫星在空间相对于轨道平面、地球表面或任何坐标系的固定取向.行星反照率:地球-大气系统的反照率称为行星反照率,它表示射入地球的太阳辐射被大气、云及地面反射回宇宙空间的总百分数.亮度温度Tb:在给定波长处,如果物体的辐射亮度LλT与温度为Tb的黑体辐射亮度相等,即LλT=BλTb则称Tb为该物体的亮度温度.亮度温度又称等效黑体温度或辐射温度.空间分辨率：指卫星在某一时刻观测地球的最小面积.相函数：综合方向上每单位立体角内的粒子散射能量与粒子所有方向平均的每单位立体角内的散射能量之比,记为pθ,θ为散射角.云带:带状云系宽度大于一个纬距称做云带.纹理:纹理是指云顶表面或其它物像表面光滑程度的判据.涡旋云系:涡旋云系是一条或多条不同云量和云类的螺旋云带朝着一个公共中心辐合形成的,与大尺度涡旋相联系.色调：也称亮度或灰度,指卫星云图上物像的明暗程度.结构形式：指目标物对光的不同强弱的反射或其辐射的发射所形成的不同明暗程度物像点的分布式样.单次反照率：表示在消光衰减中纯散射占的那部分.表1可见光云图与红外云图的比较雹暴云团与暴雨云团的特点：雹暴云团特点:1.云团初生时表现为边界十分光滑的具有明显的长轴椭圆型,表明出现在强风垂直切变下,长轴与风垂直切变走向基本一致；在雹暴云团成熟时,云团的上风边界十分整齐光滑,下风边界出现长的卷云砧,拉长的卷云砧从活跃的风暴核的前部流出,强天气通常出现于云团西南方向的上风一侧,可见光云图上出现穿透云顶区风暴核,红外云图上有一个伴有下风方增暖的冷v型.出现大风的边界常呈出现大风的边界长呈现出弧形,这时整个云型可以为椭圆型,有事表现为逗点状云型.2.飑线云团按其尺度可以再分成两种情况,一种是云团尺度较大时约2个纬距,不仅有冰雹大风,而且伴有强降水天气,可达暴雨量级;另一种是尺度较小约1纬距,云团天气以冰雹大风为主;3.飑线云团一般出现在高空急流轴的左侧,离急流轴约1~3个纬距,通常在急流呈气旋性弯曲的地方,云团离急流轴的距离较大,而急流呈反气旋弯曲的地方,云团离急流轴的距离较小.4.雹暴云团呈块状,强度大、色调十分明亮,发展迅速、移速快,生命期短,日变化明显.当有几个雹暴云团出现时排列整齐成带.暴雨云团特点1.暴雨云团一般出现于风垂直切变较小的情况下,其型式可以为圆形、多边形、涡旋状和不规则形状.初生时常呈离散状的小亮点,到成熟时表现为形式多样的云团,顶部有向几个方向伸出的卷云羽,而不是像胞线云团那样伸向一个方向的卷云砧.2.暴雨云团的色调差异较大,有的可以很亮,有的并不十分明亮.有的很密实,有的十分松散,云团四周常伴有大片中低云区,云团时常可连成一片,而不像雹暴云团孤立,四周很少有中低云相伴.3.暴雨云团一般出现于急流云系的右侧,源源不断暖湿气流头部、脊线处,而且在靠赤道一侧不存有急流;暴雨云团也可出现于急流左侧,但云团远离急流轴,无强风垂直切变.4.云团发展速度较雹暴云团要慢,持续时间较长;有时雨强虽不十分强,但是因生命期长,累计降水较大.1.太阳同步卫星轨道平面与太阳始终保持_固定的__取向,为实现太阳同步轨道,必须采用倾角___90°_的轨道.1、静止气象卫星的倾角为___0__度,轨道平面与赤道平面__重合___,周期为__23h56m04s__,高度约为____35860____公里.2.卫星在0.58~0.68和0.725~1.10m测量的是来自_地面和云间反射的太阳_辐射,其取决于__太阳高度角__和__物体的反照率__,这两个波段可用于_____________________________________________________________________________________.3、卫星仪器在10.5~12.5m测量的是来自__目标物自身发射__的辐射,将测量的辐射转换为图象,其色调越暗,表示辐射越_强_,可以用于_估计_地面、云面的温度分布_.4、卫星在3.55~3.93m白天测量的是来自__反射的太阳辐射__和__物体自身发射__的辐射,可用于_识别夜间雾和层云,监测卷云__.5、卫星在6.7m测量的是来自大气中_水汽_发出的辐射,它取决于_水汽混合比和大气温度廓线_,在图象上的色调越暗,表示大气中__水汽__的含量越__少__.6、中云的型式有__涡旋状、带状、线状、逗点状__,其色调在红外图上呈中等程度的_灰_色,可见光云图上呈现为_白_色.在红外图上的卷云色调越白,说明其下存在有__中云.7、积雨云在可见光和红外云图上的色调__最白__,当高空风小时,积雨云呈_近乎圆_型,而高空风大时,其呈椭圆型,顶部出现___卷云砧___.8、层云的边界光滑整齐清楚,纹理光滑均匀,在可见光云图上呈_灰色到白_色,积云浓积云在可见光图上呈现出_白_色,其边界_不整齐不光滑_,纹理_多斑点多皱纹_.9、开细胞状云系中间_无云_,四周_有云__,呈指环状或U型,由_积云、浓积_云组成,出现在地面气流呈气旋性弯曲的深厚不稳定冷气团内.10、逗点云系可以认为是由于_大气闭合环_流与_云区_相迭加形成的,其头部与_变形场_气流相联系,尾部云带与高空槽前的_西南__气流相联系；斜压叶云系的北界呈_S__形,其东部以_卷__云为主,越往西,云顶高度_降低_,云的西端时常有___V___字形缺口,这由于高空_西北急流__侵入的结果.11、活跃的冷锋云系表现为一条长达数千公里的完整云带,呈气旋性弯曲,其位于500百帕高空槽_前___的气流里,它与强的斜压区相联,在这区内有明显的冷暖平流和强的风速垂直切变.当冷锋云系前后边界不整齐时,地面冷锋的位置定在云带中云系由稠密到稀疏的地方；暖锋云系向冷区凸起,其顶部为大片卷云覆盖区,静止锋云系没有明显的气旋性弯曲,其前界常出现一条条枝状云系.12、锋面气旋云系在波动阶段时,云系向冷气团一侧凸起,中高云增多,云带变宽；发展阶段时,云系隆起越来越明显,其后界向云区内凹进,表明干冷空气开始侵入云气；在锢囚阶段时,出现明显的干舌,云带伸到气旋中心；到成熟阶段时,螺旋云带围绕中心旋转一周以上,干舌伸到气旋中心表明水汽来源已经切断.13、南方气旋发展的三个指标为①在气旋生成后的云区内出现对流云系,表示垂直运动加大,气旋将进一步发展;②在气旋云区的西北方向上有东北西南走向的云带移近该云区,则气旋将发展;③如果气旋云区十分密实,且有明显向冷区凸起,云区北界出现向东北方向伸出的纤维状卷云羽或反气旋弯曲的卷云区,表示高空有强烈辐散,则气旋进一步发展.14、高空急流云系以卷云为主,其左界光滑整齐,且与急流轴相平行,急流呈气旋性弯曲的地方,云系稀疏或消散；急流云系可分为为1宽广盾状卷云区；2急流卷云线；3横向波动云系三种类型；15、副热带急流云系表现为长宽之比甚大的云带,其常与热带云系相联结；当中纬度高空槽伸向低纬度时,热带云系变宽,并向东北方向伸展,同时云系越来越呈反气旋弯曲,其间迭加有一团团离散的对流云系.11、如果卫星是后退轨道,则卫星运行方向是A.东南到西北和西北到东南,B.东南到西北和东北到西南,C.西北到东南和东北到西南,D.西南到东北和西北到东南.12、卫星轨道的形状决定于A卫星的重量,B.卫星的姿态,C.卫星入轨时的速度和方向,D.卫星飞行方向,E.卫星入轨时的速度.13、若有一张冬季的云图上中高纬度地区色调较浅,则这一张云图一定是A.可见光云图,B.红外云图,C.水汽图,D.短波红外.其原因是A.温度低,B.反照率低,C.太阳高度角低,D.水汽太多.14、如果在可见光云图上呈白色,红外云图上呈灰色,这目标物可能是:A.卷云,B.积雨云,C.低云,D.中云,E.积云浓积云.15、如果在可见光云图上呈灰色,红外云图上呈白色,这目标物可能是A.卷云,B.积雨云,C.低云,D.中云,E.积云浓积云.16、如果在可见光云图上呈白色,红外云图上呈暗色,这目标物可能是A.卷云,B.积雨云,C.低云,D.中云,E.积云浓积云.17、如果在可见光云图上呈白色,红外云图上呈白色,这目标物可能是A.卷云,B.积雨云,C.低云,D.中云,E.积云浓积云.18、如果在可见光云图上呈灰色,红外云图上呈黑色,这目标物可能是A.卷云,B.青藏高原,C.夏季沙漠,D.冷水面,E.暖水面.19、如果在可见光云图上呈灰色,红外云图上呈灰色,这目标物可能是A.卷云,B.青藏高原,C.夏季沙漠,D.冷水面,E.暖水面.20、如果在可见光云图上呈黑色,红外云图上呈黑色,这目标物可能是A.卷云,B.青藏高原,C.夏季沙漠,D.冷水面,E.暖水面.1、如果卫星的倾角等于180o,试问实现卫星每隔4、6、8小时观测同一地点的卫星周期应是多少2、简述AVHRR各光谱通道的波长范围和主要用途3、简述卫星能接收几种辐射4、四、问答题每小题5分,共20分41、风云1号气象卫星的周期为102.08分钟,求截距若第N条卫星轨道的升交点经度为1750W,试求1N条轨道降交点经度2N+1条轨道升交点经度 42、对下面红外辐射遥感方程,说明其各项意义和卫星遥感中的用途43、试述卫星遥感的特点卷云,Cb云,中云,低云基本特征气象卫星接收到的辐射包括哪些1地面和云面发射的红外辐射2地面和云面反射的太阳辐射3大气各成分发射的向上的红外辐射4地面和云面反射的大气向下的红外辐射5大气对太阳辐射的散射辐射6地表和大气的微波辐射。

气象卫星：在卫星上携带各种气象观测仪器，测量诸如温度、湿度、风、云和辐射等气象要素以及各种天气现象，这种用于以研究气象为目的的卫星称做气象卫星卫星气象学：气象卫星的出现促进了气象科学的发展，在探测理论和技术、灾害性天气监视、天气分析预报等方面发挥了重要作用，从而形成了卫星气象学。

卫星的姿态：是指卫星在空间相对于轨道平面，地球表面或任何坐标系的固定取向控制方式：自旋稳定，三轴定向稳定，重力梯度稳定1、遥感：所谓遥感，就是在一定距离之外，不直接接触被测物体和有关物理现象，通过探测器接收来自被测目标物发射或反射的电磁辐射信息，并对其处理分类和识别的一种技术。

2、太阳同步轨道：是指卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的方向。

由于这种轨道的倾角接近90°，卫星要在极地附近通过，所以又称为近极地太阳同步卫星轨道，简称极地轨道。

星下点：卫星与地球中心连线在地球表面的交点称星下点。

由于卫星的运动和地球的自转，显下点在地球表面形成一条连续的轨迹，这一轨迹称星下点轨迹。

星下点常用经、纬度表示其位置。

5、大气窗通过大气的太阳辐射或地球大气辐射将被大气中某些气体所吸收，这些吸收随波长的变化很大，在某些波段的吸收很强，而在另一些波段的吸收则很弱，在这些吸收最弱的波段，太阳辐射和地球大气辐射可以象光通过窗户那样透过大气，这些波段称做大气窗。

大气窗主要出现在强吸收带或线之间。

6、通道根据探测目的，卫星选择不同的波长间隔进行测量，这种波长间隔称做通道。

1、什么是极轨卫星和静止卫星？优缺点？极轨卫星是指卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向。

由于这种轨道的倾角接近90°，卫星要在极地附近通过，所以又称它为近极地太阳同步卫星轨道，有时简称极地轨道极轨卫星的优点：①由于太阳同步轨道近似为圆形，轨道预告、接收和资料定位都很方便；②有利于资料的处理和使用；③太阳同步轨道卫星可以观测全球，尤其是可以观测两极地区；④在观测时有合适的照明，可以得到充足的太阳能太阳同步轨道的缺点是：①可以取得全球资料，但观测间隔长，对某—地区，一颗卫星在红外波段取得两次资料；②观测次数少，不利于分析变化快，生命短的中小尺度天气系统。

雷达气象学考试复习1.说明和解释冰雹回波的主要特点（10分）。

答：冰雹云回波特征：回波强度特别强（地域、月份、>50dBZ ）；回波顶高高（>10km ）；上升（旋转）气流特别强(也有强下沉气流，)。

PPI 上，1、有“V ”字形缺口，衰减。

2、钩状回波。

3、TBSS or 辉斑回波。

画图解释。

RHI 上：1、超级单体风暴中的穹窿（BWER ，∵上升气流）、回波墙和悬挂回波。

2、强回波高度高。

3、旁瓣回波。

画图解释。

4、辉斑回波。

5、在回波强中心的下游，有一个伸展达60-150km 甚至更远的砧状回波。

速度图上可以看到正负速度中心分布在径线的两侧，有螺旋结构。

有可能会出现速度模糊。

2.画出均匀西北风的VAD 图像从VAD 图像上可以获得环境风速和风向的信息，西北风的风向对应7/4π(315°)如图所示，零速度线是从45°—225°方位的一条直线（可配图说明）。

由此可绘出VAD 图像。

3.解释多普勒频移：多普勒频移：由于相对运动造成的频率变化设有一个运动目标相对于雷达的距离为r ，雷达波长为λ。

发射脉冲在雷达和目标之间的往返距离为2r ，用相位来度量为2π•2r/λ。

若发射脉冲的初始相位为φ0，则散射波的相位为φ=φ0+4πr/λ。

目标物沿径向移动时，相位随时间的变化率（角频率）44r d d r v d t d t ϕππλλ==另一方面，角频率与频率的关系2D d f d t ϕωπ==则多普勒频率与目标运动速度的关系fD=2vr/λ4.天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。

天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上。

反映了雷达波束的电磁场强度及其能流密度在空间的分布；曲线上各点与坐标原点的连线长度，代表该方向上相对能流密度大小。

图中能流密度最大方向上的波瓣称为主瓣，侧面的称为旁瓣，相反方向的称为尾瓣。

雷达复习雷达⽓象学绪论&第⼀章雷达基本概念1.常⽤的测⾬雷达波段与波长X波段——cm、C波段（反射强，内陆地区，⼀般性降⽔）——cm、S波段（穿透能⼒强、衰减少，沿海地区，台风、暴⾬）——cm2.雷达主要由哪⼏部分组成①雷达数据采集⼦系统（RDA）：A.发射机：RDA是取得雷达数据的第⼀步——发射电磁波信号。

RDA主要是由放⼤器完成，产⽣⾼效率且⾮常稳定的电磁波信号。

稳定是⾮常重要的，产⽣的每个信号必须具有相同的初相位，以保证回波信号中的多普勒信息能够被提取。

⼀旦信号产⽣，就被送到天线。

B.天线：将发射机产⽣的信号以波束的形式发射到⼤⽓并接受返回的能量，确定⽬标物的强度，同时确定⽬标物的仰⾓、⽅位⾓和斜距进⾏定位。

天线仰⾓的设置取决于天线的扫描⽅式（共有三种）、体扫模式（VCP）和⼯作模式（分为晴空和降⽔两种模式）。

使⽤三种扫描⽅式：扫描⽅式#1：5分钟完成14个不同仰⾓上的扫描（14/5）扫描⽅式#2：6分钟完成9个不同仰⾓上的扫描（9/6）（我国）扫描⽅式#3：10分钟完成5个不同仰⾓上的扫描（5/10）体扫模式定义4个：VCP11 --- VCP11规定5分钟内对14个具体仰⾓的扫描⽅式。

VCP21 --- VCP21规定6分钟内对9个具体仰⾓的扫描⽅式。

VCP31 --- VCP31规定10分钟内对5个具体仰⾓的扫描⽅式。

VCP32 --- VCP32确定的10分钟完成的5个具体仰⾓与VCP31相同。

不同之处在于VCP31使⽤长雷达脉冲⽽VCP32使⽤短脉冲。

⼯作模式：⼯作模式A：降⽔模式使⽤VCP11或VCP21，相应的扫描⽅式分别为14/5 和9/6。

⼯作模式B：晴空模式使⽤VCP31或VCP32，两者都使⽤扫描⽅式5/10。

C.接收机：当天线接收返回（后向散射）能量时，它把信号传送给接收机。

由于接收到的回波能量很⼩，所以在以模拟信号的形式传送给信号处理器之前必须由接收机进⾏放⼤。

1、天气雷达工作原理天气雷达工作原理:定向地向空中发射电磁波列(探测脉冲)，然后接收被气象目标散射回来的电磁波列（回波信号），并在荧光屏上显示出来，从而确定气象目标物的位置和特性雷达的测距原理：雷达根据从开始发射无线电波到接收到目标物回波的时间间隔，来测定目标与雷达之间的距离3、雷达主要组成:RDA:雷达数据采集系统、RPG:雷达产品生成子系统、PUP:主用户处理系统①定时器:定时器是雷达的“指挥中心”它实际上是一个频率稳定的脉冲信号发生器。

定时器每隔一定的时间间隔发出一个脉冲信号，它触发发射机，使发射机定时地产生强大的高频振荡脉冲并使阴极射线管同时开始作时间扫描②发射机:在定时器的控制下,发射机每隔一定的时间产生一个很强的高频脉冲,通过天线发射出去③天线传动装置: 天线传动装置主要包括两个部分，一部分是天线的转动系统，一部分是同步系统。

天线转动系统的作用是：（1）使天线绕垂直轴转动，以便探测平面上的降水分布，或漏斗面上降水、云的分布；（2）使天线在某一方位上作上下俯仰，以便探测云和降水的垂直结构和演变。

天线同步系统（也叫伺服系统）的作用是：使阴极射线管上不同时刻时间扫描基线的方位、仰角和相应时间天线所指的方位、仰角一致（即同步），从而使雷达荧光屏上出现的目标标志（用亮点或垂直偏移表示）的方位、仰角就是目标相对于雷达的实际方位、仰角④天线转换开关: 因为雷达发射和接受的都是持续时间极短（微秒量级）、间歇时间很长（千微秒量级）的高频脉冲波，这就有可能使发射和接收共用一根天线。

天线转换开关的作用是：在发射机工作时，天线只和发射机接通，使发射机产生的巨大能量不能直接进入接收机，从而避免损坏接收机；当发射机停止工作时，天线立即和接收机接通，微弱的回波信号只进入接收机⑤接收机:雷达接收机的作用是将天线接收回来的微弱回波信号放大并变换成足够强的视频信号送往显示器产生回波标志⑥雷达天线:雷达天线的作用是定向地辐射高频脉冲波和接收来自该方向的回波。

雷达系统组成：触发信号产生器，发射机，天线转换开关,天线，接收机，显示器 脉冲重复频率PRF ：每秒钟产生的脉冲数目，脉冲间隔决定了探测距离；脉冲重复周期PRT ：两个相邻脉冲之间的时间间隔，PRT ＝1/PRF ；脉冲宽度τ：脉冲发射占有时间的宽度，单位微秒波长λ：电磁波在一个周期内在空间占有的长度；脉冲发射功率P ：发射机发出的探测脉冲的峰值功率；平均功率Pa:发射机在一个脉冲重复周期里的平均功率。

天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。

波束宽度: 在天线方向图上，两个半功率点方向的夹角。

波束宽度越小，定向角度的分辨率越高，探测精度越高。

天线增益：辐射总功率相同时，定向天线在最大辐射方向上的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比。

灵敏度：雷达检测弱信号的能力。

用最小可辨功率Pmin 表示，就是回波信号刚刚能从噪声信号中分辨出来时的回波功率。

平面位置显示器PPI ：雷达天线以一定仰角扫描一周时，测站周围目标物的回波。

以极坐标形式显示。

距离高度显示器RHI ：显示雷达天线正对某方位以不同的仰角扫描时目标物的垂直剖面图 散射现象：当电磁波传播遇到空气介质和云、降水粒子时，入射的电磁波会从这些质点向四面八方传播相同频率的电磁波，称为散射现象。

散射过程：入射电磁波使粒子极化，正负电荷中心产生偏移而构成电偶极子或多极子，并在电磁波激发下作受迫振动，向外界辐射电磁波，就是散射波。

单个球形粒子的散射定义无量纲尺度参数：α=2πr/λ当α<<1时：Rayleigh 散射，也称分子散射。

如空气分子对可见光的散射。

当0.1<α<50：Mie 散射。

如大气中的云滴对可见光的散射。

当α>50：几何光学：折射。

如大雨滴对可见光的折射、反射，彩虹等光现象。

瑞利散射：方向函数的具体形式：当雷达波是平面偏振波时，瑞利散射在球坐标中的方向函数为：()()ϕϕθλπϕθβ222222464sin cos cos 2116,++-=m m r 当入射雷达波长一定，散射粒子的大小和相态一定（即r 、m 为常数），则:()()ϕϕθϕθβ222sin cos cos ,+=C米散射：单个球形粒子的散射Rayleigh 散射与Mie 散射不同点：Rayleigh ：前后向散射相等，侧向散射为零。

卫星气象学1、气象卫星按照其运行轨道可分为极轨卫星和静止卫星。

2、地球同步卫星轨道是赤道上空约36000公里高处的圆形轨道。

极轨卫星轨道约为890～900公里。

3、中国静止卫星的时间分辨率是每15分钟一张，空间分辨率：可见光1.25公里，红外云图5公里。

光谱分辨率：5个通道。

4、中国极轨卫星：FY1系列，FY3系列。

中国静止卫星：FY2系列。

5、风云2系列卫星通道数为5个，分别为：（1）可见光通道VIS：0.55～0.90 微米（2）长波红外通道IR1：10.3～11.3微米（3）长波红外分裂窗IR2：11.5～12.5微米（4）水汽通道IR3：6.3～7.6微米（5）短波红外通道（3.7微米通道）：3.5～4.0微米6、大气吸收带与大气窗：通过大气的太阳辐射或地球，大气辐射将被大气中的某些气体所吸收，这些吸收随波长变化很大，在某些波段吸收很强，在某些波段段吸收很弱或没有吸收。

这些气体对大气的太阳辐射或地球大气辐射吸收很强的光谱波段就称为这种气体的吸收带；大气中所有气体在哪些吸收很弱或没有吸收的光谱波段称为大气窗（因为这些波段的辐射可以象光通过窗户那样透过大气）。

7、可见光（VIS）云图反映的是地球和云表面发射太阳辐射的状况，红外（IR）云图显示地球和云表面发射的红外辐射状况，水汽（WV）云图反映的是对流中上部水汽发射的辐射状况。

8、暗影只出现在可见光云图上。

通常低层云和雾可通过可见光云图辨别。

在可见光、红外、水汽三种云图上，可见光云图上反映云的纹理结构最清楚。

9、可见光云图的基本特征：云的厚度越大，云水（冰）含量越高，云滴尺度越小，则反照率越大，在可见光云图上越白（亮）。

10、红外云图的基本特征：云顶高度越高，云顶温度越低，则卫星收到的辐射越低，红外亮温越低，在红外云图上越白（亮）。

11、水汽云图的基本特征：（1）水汽云图上呈块状的白亮区为积云云顶，而非水汽大值区。

（2）无云的地方，水汽越多，亮温越低，水汽云图上越白（亮）。

雷达与卫星气象学第一部分第一章一、我国天气雷达的频率范围1．S波段天气雷达的频率范围在2700MHz-2900MHz；C波段天气雷达的频率范围在5300MHz-5500MHz；X波段天气雷达的频率范围在8000MHz-12500MHz；2．CINRAD-SA\CINRAD-SB\CINRAD-CB分别属于哪个波段。

二、天气雷达原理及组成：1．常规天气雷达：天气雷达间歇性地向空中发射电磁波（称为脉冲式电磁波），它以近于直线的路径和接近光波的速度在大气中传播，在传播的路径上，若遇到了气象目标物，脉冲电磁波被气象目标物散射，其中散射返回雷达的电磁波（称为回波信号，也称为后向散射），在荧光屏上显示出气象目标的空间位置等的特征。

2．多普勒天气雷达：当雷达发射一固定频率的脉冲波对空扫描时，如遇到活动目标，回波的频率与发射波的频率出现频率差，称为多普勒频率。

根据多普勒频率的大小，可测出目标对雷达的径向相对运动速度；根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。

同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。

所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。

3．天气雷达组成：主要由天线、馈线、伺服、发射机、接收机、信号处理、产品生成、显示终端等组成。

天线：发射/接收电磁波；馈线：传导电磁波；伺服：天线等的运转；发射机：产生电磁波；接收机：接收处理电磁波信号处理：处理回波信息；产品生成：根据算法，生成应用产品/控制雷达；显示终端：显示产品、控制雷达4．新一代天气雷达的基本结构：主要由三大系统组成：RDA—雷达数据采集子系统；RPG—雷达产品生成子系统；PUP—主用户终端子系统。

5．RDA主要结构：天伺系统、发射机、接收机、信号处理；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——反射率因子、平均径向速度和径向速度谱宽。

卫星气象学复习课卫星气象学复习课第一章绪论1、卫星气象学与卫星遥感气象卫星、卫星气象学、遥感及其分类；气象卫星遥感；2、气象卫星的种类及我国气象卫星发展概况第二章卫星运动规律和气象卫星轨道1、卫星的轨道参数地理坐标中的轨道参数：星下点、升交点和降交点、截距、倾角2、气象卫星轨道的分类（按卫星轨道参数分类：如倾角、高度、偏心率）第三章卫星遥感辐射基础1、电磁波段的划分2、辐射能、辐射通量、辐射通量密度、吸收率、发射率、黑体、灰体第四章卫星观测仪器和观测要素及分辨率1、卫星探测分辨率卫星探测的分辨率有三种：空间分辨率、灰度分辨率或温度分辨率和时间分辨率；几种分辨率之间的关系；2、卫星对地的扫描方式大致有四种：1）单个探测器线扫描2）多探测器扫描3）线性阵列探测器前推式扫描4）圆锥扫描：2、卫星云图的图像表示和增强处理图像的数字化、卫星云图的增强处理（反差增强、分层增强）第五章卫星云图分析基础1、可见光云图的基本特点：可见光云图色调的主要影响因子—反照率和太阳高度角2、红外云图的基本特点：影响红外云图色调的因子；3、卫星云图上识别云的六个判据：结构型式、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理4、卫星云图上各类云的识别：积云、积雨云、卷云、层云等第六章中纬度天气系统的卫星云图分析1、大尺度云系类型：带状云系、涡旋云系2、逗点云系、斜压叶状云系、变形场云系、细包状云系（云型及其与高低流场的配置）3、水汽图的边界分析：头边界、内边界、干涌边界和底边界、回流边界4、利用卫星云图分析500hPa槽线：1）逗点云系定槽线；2）由大片中高云云区定槽线位置；5、卫星云图确定地面高压脊线位置；6、利用卫星云图确定地面冷锋的位置；冷锋云系的强度变化、我国南方冷锋云系及其移动特征。

7、暖锋云系、锢囚锋云系、静止锋云系的云图特征8、我国夏季梅雨锋云系特点9、确定高空急流轴的四条规则第七章卫星云图在热带天气分析和预报中的应用1、热带地区云的类别和云系的尺度分类2、热带云团的垂直空间结构、云团种类；3、热带辐合带(ITCZ)云系特点，及其长、短期变化特征；热带辐合云带的类型；4、台风的云系结构、判断热带扰动发展成台风的云图特征、台风云型的主要类型、卫星云图上确定台风中心。

预报员试题/卫星与雷达；极轨卫星：。

轨道位置在空间几乎是固定的，高度800——1000千米，绕地球飞行，获取全球资料。

地球同步（或静止）卫星。

位于地球赤道上空，高度36000千米左右，与地球自转速度相同，在赤道上空静止不动，因此，也称地球同步轨道卫星。

太阳耀斑：。

在可见光图像上，水面对太阳光的反射有可能使它具有云或浮尘的表现，这一现象称为太阳耀斑。

多普勒效应：指波源相对于观察者运动时，观察者接收到的信号频率和波源发出的频率是不同的，而且发射频率和接收频率之间的差值和波源运动的速度有关。

下击暴流：能够产生近地面破坏性的水平辐散出流的风暴下部强下沉气流。

云线：带状云系的宽度小于一个纬距叫云线。

阵风锋：雷暴产生的冷空气外流边界的前沿。

雹暴云团以冰雹、大风天气为主的云团。

在云图中，“IR”“VIS”和“WV”分别代表：C.红外图、可见光图、水汽图红外云图的波长区间____。

B. 10.5至12.5um可见光云图的波长区间____。

C. 0.4至1.1um水汽云图的波长区间____。

A. 5.7至7.1um红外云图的色调取决于物体________________。

B.表面温度的高低白天在可见光图像上何处的云趋于更亮些：A.当面向太阳时；可见光云图的色调取决于物体________________。

A．对太阳光的反照率的大小水汽图的色调取决于物体________________。

C.水汽含量一般来说，在( )上，云顶高度越高，则温度越低，云的色调越白。

A. 红外图进行云识别时最主要因子包括：B.云识别时使用的图像种类；暗影和高亮度在下面那种情况可观测到？B.可见光图像上在红外云图上，有雪覆盖地区的色调要比周围无云地区更（）一些。

C. 白冬半年的红外云图上，陆地的色调比海面（）。

A.亮夏季的白天红外云图上，陆地的色调比海面（）。

B.暗正常情况下，红外云图中的高、中、低云色调差别（）。

A.明显夏季白天，红外云图上海岸线（）；到了夜间，海岸线（）A.清楚，不清楚太阳耀斑只能在（）云图上的水面区域上观测到。