最新1多普勒天气雷达原理与应用
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1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。
2/3730/776.0T e T P N +=波束直线传播波束向上弯曲波束向下弯曲000=><dz dN dzdN dzdN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。
多普勒效应是澳大利亚物理学家J.Doppler1842年首先从运动着的发声源中发现的现象,多普勒天气雷达的工作原理即以多普勒效益为基础,具体表现为:当降水粒子相对雷达发射波束相对运动时,可以测定接收信号与发射信号的高频频率之间存在的差异,从而得出所需的信息。
运用这种原理,可以测定散射体相对于雷达的速度,在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况等。
这对研究降水的形成,分析中小尺度天气系统,警戒强对流天气等具有重要意义。
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。
在雷达探测中,气象目标的空间位置是用雷达天线至目标物的直线距离R(亦称斜距),雷达天线的仰角和方位角来表示。
斜距R可根据电磁波在大气中的传播速度C和探测脉冲与回波信号之间的时间间隔来确定。
电磁波在大气中传播速度是略小于它在真空中的传播速度,但对斜距精度影响不大,故近似用C来表示。
天气雷达的主要设备1. 触发信号发生器触发信号发生器(控制钟)是整个雷达的控制系统,它周期性地产生一个脉冲式的触发信号,触发脉冲输送到调制解调器和显示器,指挥它们开始工作。
每秒种产生的触发脉冲数目,称为脉冲重复频率,以PRF(Pulse-Recurrence-Frequency) 表示。
两个相邻脉冲之间的时间间隔,称为脉冲重复周期,用T表示,它等于脉冲重复频率的倒数。
实际工作中,可用公式计算脉冲重复周期的数值。
2. 调制解调器在触发脉冲的触发作用下,调制解调器产生调制脉冲。
调制脉冲具有两个特性:(1)具有固定的脉冲宽度(也称为脉冲持续时间),以微秒为单位,也可以以脉冲的空间距离h表示,脉冲宽度直接影响探测距离和距离分辨能力即雷达盲区大小。
多普勒天气雷达技术在天气预报中的应用研究天气预报一直是人们非常关注的话题,预报准确度越高,对人们的生产、生活、出行等方面的影响也就越大。
随着科技的发展,多普勒天气雷达技术被广泛应用于天气预报中,它的出现大大提高了天气预报的准确性,对社会的发展产生了积极的影响。
一、多普勒天气雷达的基本原理多普勒天气雷达是一种测量降雨信息的设备,它主要是以微波的特性来进行信号扫描,可以在室内通过电脑来进行分析。
它的基本原理是利用雷达波束的频率差异,来确定降水粒子的速度以及其运动方向。
当雷达波经过降雨粒子时,粒子所带有的速度会对雷达波的频差造成影响,从而使得雷达信号出现了“频移”。
二、多普勒天气雷达在天气预报中的应用在天气预报中多普勒天气雷达技术的应用,主要是用来分析和预测降雨的状况。
通过多普勒雷达技术,天气预报人员可以更准确地测量降雨强度、降雨率和降雨的时间等信息,并且可以及时掌握风向、风速和预计的强度。
同时,还可以通过雷达数据的分析,了解冰雹、飞沫、雾霾等特殊降水情况。
1.实时更新天气数据多普勒天气雷达的优势在于数据的实时更新,能够相对准确预报未来的天气情况。
在多普勒天气雷达的帮助下,气象专家和相关部门能够更加及时地掌握到天气情况的变化。
2.提高天气预报的准确性利用多普勒天气雷达技术,天气预报可以更加精准逼真。
天气预报人员可以对降水强度、降雨率、降雨时间以及降雨位置进行精准掌握,使得天气预报的准确度得到了大幅提高。
三、多普勒天气雷达技术在不同场合下的应用1.气象预警和预报通过多普勒天气雷达技术,我们不仅可以及时得知降水情况,还能对强雷暴、龙卷风等极端天气进行预警,有效避免了因恶劣天气带来的不利影响。
2.水利灾害预测多普勒天气雷达技术还可广泛应用于水利灾害预测中,如山洪、泥石流等。
通过精准测量降雨信息,可以及时发布预警信息避免灾害的发生。
3.农业生产多普勒天气雷达技术还被广泛应用于农业生产中,通过及时地获取降雨情况,可以为农民们提供更加精准的农业气象服务,帮助农民制定农业生产计划。
多普勒雷达原理多普勒雷达是一种利用多普勒效应进行目标探测与测速的雷达系统。
它基于多普勒效应的原理,通过测量目标相对于雷达的速度变化,实现对目标的探测和跟踪。
本文将介绍多普勒雷达的原理以及其在实际应用中的作用。
一、多普勒效应的基本原理多普勒效应是由奥地利物理学家克里斯托夫·多普勒于1842年发现的。
它描述的是当发射器和接收器相对于运动的目标靠近或远离时,频率会发生变化的现象。
在雷达系统中,这种频率变化可以用来确定目标运动的速度。
当雷达向目标发送电磁波时,如果目标与雷达靠近,接收器收到的回波会发生频率上升的变化。
反之,如果目标与雷达远离,则回波的频率会下降。
这种频率变化被称为多普勒频移,它与目标的速度成正比。
二、多普勒雷达的工作原理多普勒雷达的基本工作原理是利用多普勒效应测量目标的速度。
它通过发射器发送高频的电磁波,并接收目标回波的信号。
接收到的信号经过信号处理后,可以得到目标相对于雷达的速度信息。
具体而言,多普勒雷达系统包括一个发射器和一个接收器。
发射器发射高频的连续波或脉冲波,这些波在空间中以一定的速度传播。
当波与运动的目标相遇时,发生回波。
接收器接收到回波信号后,通过频率分析等方法,提取出其中的多普勒频移。
多普勒频移的大小与目标相对于雷达的速度成正比。
根据多普勒频移的大小可以确定目标的运动状态,包括向雷达靠近或远离以及速度大小等信息。
这些信息对于目标的跟踪、识别和定位非常重要。
三、多普勒雷达在实际应用中的作用多普勒雷达在许多领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景:1. 气象雷达:多普勒雷达被广泛用于天气预报中的降水预测和风暴跟踪。
通过测量降水物体的速度和方向,可以预测降水的类型和强度,并及时发出预警,保护人们的生命和财产安全。
2. 空中交通管制:多普勒雷达可以用于监测飞机的速度、航向和高度,为航空机构提供实时的飞行信息。
这些信息对于空中交通管制的安全和效率非常重要。
3. 汽车雷达:多普勒雷达广泛应用于汽车领域的自动驾驶和智能安全系统中。
多普勒雷达技术及其应用一、引言多普勒雷达技术是一种利用声波的回波来测量目标的速度的识别技术。
它已经被广泛应用于气象、交通、国防、环保、地震、钻探等领域。
本文将对多普勒雷达技术的原理、构成、应用进行系统介绍。
二、多普勒效应原理多普勒效应指的是一种物理现象,当发射器和接收器在相对运动时,回波的频率会因为目标的运动速度而发生变化。
这种现象被称为多普勒效应。
其实现原理在于目标的速度会改变回波的相位和频率,从而使回波波长发生变化。
三、多普勒雷达技术构成多普勒雷达技术主要包括发射机、天线、接收机、信号处理系统、控制系统等。
其中发射机和接收机都是由内部谐振器驱动,通过放大器进行功率放大,天线则负责将电磁波通过空气向目标传输和接收返回波信号。
信号处理系统则负责处理这些波信号的反射和散射。
控制系统则负责控制整个系统的运行,以及收集信息和进行处理和分析。
四、多普勒雷达技术应用利用多普勒雷达技术,可以对雷暴云的运动状态、内部结构、强度、水汽含量等进行预报和研究,对于气象行业来说,这种技术的应用十分重要。
多普勒雷达技术在气象预警、天气预报、暴雨监测等方面得到了广泛应用。
(二)航空领域在无人机、小型飞机、飞行器等航空器的航行和控制中,多普勒雷达技术可以提供精确的速度、风速、空气密度、高度等信息,以帮助飞行人员进行精细化的控制和管理。
多普勒雷达还可以被用来检测航空器的状况和维修需求。
(三)交通领域在交通领域,多普勒雷达可以帮助交通管理部门监测车辆的速度和密度,进行交通拥堵的预测和管理。
多普勒雷达系统还可以被集成到交通信号灯中,以帮助行人和汽车在道路上的方向和速度。
(四)国防领域在国防领域,多普勒雷达技术可以被用来进行侦察、监测、探测和指引导弹、炮弹、卫星等的轨道和目标。
多普勒雷达技术在常规和太空战争中都扮演着重要角色。
多普勒雷达技术还可以用来监测地震活动和地质灾害发生的位置和时间情况,以便对相关地区进行预防和应急处理。
该技术可以通过检测地下的地表运动,测得地震波的传播速度和传播方向,从而准确判断地震活动的强度和方向。
多普勒天气雷达:原理、应用与收获总结以下是多普勒天气雷达原理与应用课程的总结:1.雷达基本原理与组成雷达是一种利用无线电波探测目标的电子设备。
它通过发射电磁波,并接收目标反射回来的电磁波,根据反射回来的电磁波的特性,推断出目标的位置、速度、形状等信息。
雷达主要由发射机、接收机、天线和显示器等组成。
发射机产生高频电磁波,并通过天线向空间发射。
当电磁波遇到目标时,它会被反射回来并被天线接收。
接收机接收到反射回来的电磁波后,对其进行处理和分析,以推断出目标的位置、速度、形状等信息。
2.多普勒天气雷达原理多普勒天气雷达是一种专门用于探测天气目标的雷达。
它利用多普勒效应原理,测量目标的速度和方向。
当雷达发射的电磁波遇到运动目标时,反射回来的电磁波的频率会发生变化。
多普勒天气雷达通过测量这种频率变化,可以推断出目标的速度和方向。
同时,根据反射回来的电磁波的振幅和相位等信息,还可以推断出目标的形状和大小。
3.多普勒天气雷达的应用多普勒天气雷达在气象领域有着广泛的应用。
它主要用于探测台风、暴雨、冰雹等恶劣天气,为气象预报和灾害预警提供重要依据。
此外,多普勒天气雷达还可以用于空气质量监测、气候变化研究、航空航天等领域。
4.课程收获与总结通过学习多普勒天气雷达原理与应用课程,我们了解了雷达的基本原理和组成,以及多普勒天气雷达的工作原理和应用。
我们学会了如何利用雷达数据分析和推断天气信息,并掌握了雷达在气象领域中的应用方法和技巧。
在本课程中,我们学习了很多有用的知识和技能,包括:雷达方程和散射截面、电磁波的传播特性、多普勒频移和速度估计、气象目标的识别和处理等。
这些知识和技能不仅可以帮助我们更好地理解雷达的工作原理和应用,还可以为我们的后续学习和工作打下坚实的基础。
总之,学习多普勒天气雷达原理与应用课程,不仅让我们深入了解了雷达的工作原理和应用,还提高了我们的数据处理和分析能力,为我们的后续学习和工作打下了坚实的基础。
多普勒雷达的应用原理概述多普勒雷达是一种基于多普勒效应的雷达技术,它通过测量目标的运动速度来实现目标检测和速度测量。
多普勒雷达在军事、气象、交通等领域有着广泛的应用。
本文将介绍多普勒雷达的应用原理及其工作原理。
多普勒效应多普勒效应是指当光源与观察者之间有相对运动时,光的频率将发生变化。
这个现象也适用于雷达波。
当雷达波与运动的目标相互作用时,波的频率将发生变化,这一现象就被称为多普勒效应。
多普勒雷达的工作原理多普勒雷达主要通过测量电磁波的频率变化来获得目标的速度信息。
其工作原理可以分为两个主要步骤:发射和接收。
发射多普勒雷达会向目标发射一束电磁波,这个电磁波可以是微波或者射频信号。
发射的波束通常是一个连续的信号,而不是脉冲信号。
这是因为连续的信号可以提供更长的目标观测时间,从而获得更精确的速度测量结果。
接收目标接收到雷达发射的电磁波后,会对波进行回波。
当目标和雷达之间有相对运动时,回波的频率将发生变化。
多普勒雷达通过测量回波的频率变化来计算目标的速度。
信号处理与结果显示接收到回波后,多普勒雷达会将信号进行处理,通常会使用FFT(快速傅里叶变换)来分析波的频谱。
通过分析频谱,可以确定回波的频率变化,从而计算出目标的速度信息。
最后,多普勒雷达将速度信息以数字或图形的形式展示出来。
多普勒雷达的应用交通领域多普勒雷达在交通领域有着广泛的应用。
比如,在交通监控系统中,多普勒雷达可以用于测量车辆的速度和运动方向,从而实现交通流量统计、超速检测等功能。
此外,多普勒雷达还可以应用于自动驾驶系统中,帮助车辆实现定位和避障功能。
气象领域多普勒雷达在气象领域也有着重要的应用。
气象雷达可以利用多普勒效应测量云层中的降水速度和方向。
通过分析多普勒雷达的测量结果,可以预测暴雨、龙卷风等极端天气的发生。
军事领域多普勒雷达在军事领域有着广泛的应用。
它可以用于目标检测与识别、导弹预警系统等方面。
多普勒雷达可以检测到高速运动的目标,从而对敌方的机动部队进行监测和跟踪。
多普勒天气雷达原理与业务应用Doppler weather radar is based on the principle of Doppler effect, which is the change in frequency or wavelength of a wave in relation to an observer who is moving relative to the wave source. 多普勒天气雷达基于多普勒效应的原理,这是与观察者相对运动的波的频率或波长的变化。
In the case of weather radars, this effect is used to detect motion and precipitation particles in the atmosphere. 在天气雷达的情况下,这种效应被用来探测大气中的运动和降水颗粒。
The radar emits pulses of radio waves, which interact with any particles in the atmosphere, such as raindrops, snowflakes, or even insects. 雷达发射无线电波脉冲,这些波与大气中的任何颗粒如雨滴、雪花甚至昆虫发生相互作用。
When these particles are in motion, they cause a change in the frequency of the returning radar pulses, and this change is interpreted as the motion of the particles and can be used to determine the intensity and direction of precipitation. 当这些颗粒在运动时,它们会导致返回雷达脉冲的频率变化,这种变化被解释为颗粒的运动,并且可以用来确定降水的强度和方向。
多普勒雷达测量运动物体的速度和距离多普勒雷达(Doppler Radar)是一种广泛应用于气象、交通和军事等领域的测量工具,它能够准确地测量运动物体的速度和距离。
多普勒雷达是基于多普勒效应原理工作的,通过分析接收到的雷达信号的频率变化,可以推断出运动物体的速度和距离信息。
下面将详细介绍多普勒雷达的工作原理和应用。
一、多普勒效应原理多普勒效应是物理学中一个重要的知识点,它描述了当波源和观察者相对运动时,波的频率会发生变化。
在多普勒雷达中,信号源是发射出的电磁波,而运动物体则充当了观察者的角色。
当运动物体靠近或远离雷达设备时,接收到的信号的频率会发生变化。
如果物体靠近,接收到的频率将会比原始频率高;而如果物体远离,接收到的频率将低于原始频率。
利用这一原理,我们可以通过分析信号频率的变化来计算物体的速度和距离。
二、多普勒雷达的工作原理多普勒雷达的工作原理可以分为发射和接收两个过程。
首先,雷达设备会发射一束电磁波束,这个波束会经过天线发射出去。
当波束遇到物体时,部分电磁波会被物体吸收、散射或反射。
这些散射回来的电磁波会再次经过雷达天线接收。
接收到的信号被送入雷达系统进行分析。
在分析过程中,系统会比较接收到的信号的频率和发射信号的频率之间的差异。
如果接收到的信号的频率比发射信号的频率高,那么说明物体正在向雷达设备靠近;反之,如果接收到的频率低于原始频率,说明物体正在远离。
通过计算频率差异和已知的发射频率,我们可以得到物体的速度信息。
此外,多普勒雷达还可以根据信号的往返时间来计算物体与雷达设备的距离。
通过测量信号发射和接收之间的时间间隔,并结合电磁波在空气中的传播速度,可以得到运动物体的距离。
三、多普勒雷达的应用多普勒雷达在不同领域有着广泛的应用。
以下是几个主要的应用领域:1. 气象雷达:气象部门使用多普勒雷达来观测和预测天气状况,如降水、风暴和雷暴等。
通过测量降雨颗粒的运动速度和方向,可以对降雨区域进行精确的监测和预警。
多普勒雷达的工作原理嘿,朋友们!今天咱来唠唠多普勒雷达的工作原理。
你说这多普勒雷达啊,就像是一个超级敏锐的“天气侦探”。
它时刻都在努力工作,探寻着天空中的各种秘密呢!想象一下,雷达就像一双神奇的眼睛,不断地向天空发射出电磁波。
这些电磁波就像一群勇敢的小使者,一路向前冲,去和天空中的各种气象现象打招呼。
当这些电磁波遇到了移动的目标,比如正在飘动的云彩或者快速飞行的雨滴,嘿嘿,有趣的事情就发生啦!就好像我们走路的时候,如果对面走来一个人,你会感觉他相对你在移动,对吧?这多普勒雷达也是这样,它能察觉到这些目标相对它的运动变化。
比如说云彩在快速飘过来,那反射回来的电磁波频率就会变高;要是云彩飘走了呢,频率就会降低。
这多普勒雷达可精着呢,它能通过这些细微的频率变化,算出目标的速度和方向。
这多厉害呀!就好像它能听懂天空的“悄悄话”一样。
它能告诉我们哪里有风暴在形成,哪里的雨下得特别大,甚至还能提前预警龙卷风呢!咱再打个比方,多普勒雷达就像是一个特别会观察的“气象大师”。
它坐在那里,静静地感受着天空的一举一动,然后把它观察到的一切都告诉我们。
而且啊,这多普勒雷达可不挑天气哦!不管是晴天、雨天、阴天还是大风天,它都坚守岗位,一刻不停地工作着。
你说要是没有它,我们得多摸瞎呀!不知道什么时候就会被突然袭来的暴风雨淋成落汤鸡,或者在毫无防备的情况下遇到危险的天气状况。
所以呀,我们真得好好感谢多普勒雷达这个神奇的“家伙”。
它为我们的生活提供了这么多的便利和安全保障。
总之,多普勒雷达的工作原理真的太有意思啦!它就像一个默默守护我们的英雄,让我们能更好地了解和应对天气的变化。
朋友们,你们说是不是呀!。
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。
多普勒雷达通过频率变化探测物体运动多普勒雷达是一种用于探测物体运动的先进技术。
它利用了多普勒效应,通过观察物体反射回来的电磁波频率的变化,可以准确地测量物体的速度和方向。
在本文中,我们将探讨多普勒雷达的工作原理、应用领域以及它在现代科技中的重要性。
一、多普勒雷达的工作原理多普勒雷达利用多普勒效应来测量物体的速度。
当物体朝向雷达靠近或远离雷达远离时,它们对反射的电磁波产生频率的变化。
这个频率变化被称为多普勒频移,它与物体的速度成正比。
多普勒雷达包括一个发射器和一个接收器。
发射器发射高频电磁波,经过反射后被接收器接收到。
接收器接收到的信号会被与发射器发出的信号进行比较,从而得到频率的变化。
根据多普勒频移的大小,我们可以计算出物体的速度和方向。
二、多普勒雷达的应用领域多普勒雷达在许多领域发挥着重要的作用。
以下是其中一些应用领域的简要介绍:1. 海洋和大气观测:多普勒雷达常用于海洋和大气观测中,用于测量风速、浪高以及降水等参数。
通过监测这些参数的变化,我们可以预测天气状况,并采取适当的措施应对自然灾害。
2. 交通管理:多普勒雷达在交通管理中的应用非常广泛。
例如,它可以被用于测速仪器中,帮助监控道路上的车辆速度。
此外,多普勒雷达还可以用于交通流量监测和交通管制系统。
3. 医学影像学:多普勒雷达技术在医学影像学中也有重要应用。
它可以用于检测血液流动速度和方向,从而帮助医生诊断血管疾病和心脏问题。
同时,它还可用于胎儿监测,帮助评估胎儿的健康状况。
4. 军事应用:多普勒雷达在军事领域中起到了关键作用。
它可以被用于侦测敌方舰船、飞机等目标的速度和方向,从而支持战术决策和防御措施的制定。
此外,它还可以用于导弹制导系统中,确保导弹能够准确地击中目标。
三、多普勒雷达在现代科技中的重要性多普勒雷达在现代科技中发挥着不可替代的作用。
它的应用涵盖了各个领域,从海洋观测到医学诊断,从交通管理到军事防御。
多普勒雷达准确、快速地测量物体的速度和方向,为我们提供了宝贵的数据和信息。
新一代多普勒天气雷达及其应用分析摘要:天气变化对生产生活影响很大,准确判断天气情况,适当利用先进技术实现部分天气调整,对于促进自然与经济和谐发展具有重要意义。
近些年多普勒天气雷达在天气预报、局部天气改变等方面应用十分广泛,本文从新一代多普勒天气雷达及其的具体应用两方面分析入手,希望可以起到一定借鉴意义。
关键词:多普勒;天气;雷达;应用前言天气对人们生产生活影响很大,例如雷电会产生较大面积电场,会给击中物带来很大破坏,因此加强天气监测质量,避免雷电等恶劣天气对生产生活造成不利影响,对于促进生产生活质量提升意义深远。
利用新一代多普勒天气雷达可以准确判断天气未来变化趋势,为生产生活活动调整提供必要依据。
1.新一代多普勒天气雷达1.1新一代多普勒天气雷达用途与功能随着技术不断发展,应用的多普勒雷达多种多样,但雷达基本用途与功能大同小异。
多普勒天气雷达用途与功能主要如下:(1)确定降水回波强度与位置。
降水回波位置信息与强度信息的确定与判断,是众多多普勒雷达设备基本功能之一。
(2)气象现象分析与预测。
新一代多普勒雷达还可以通过相干雷达,对发射信号与接收信号之间高频频率差异进行分析,进而得出雷达的径向谱宽及运动速度,准确分析与预测大气风场湍流情况及结构,实现对降水目标物全面研究,科学预测冰雹、台风、雷暴等天气现象,提升天气数据预报准确性[1]。
新一代大型C波段全相参脉冲多普勒天气雷达,是当前应用作为广泛新一代雷达之一。
1.2多普勒雷达原理天气雷达主要是一种遥感探测预警工具,这种预警工具可以对天气情况进行预测,准确全面对强对流天气进行监测。
新一代多普勒天气雷达,在强对流天气预警上准确性更高,识别性更强,给强对流天气研究与预防提供可靠依据。
多普勒雷达主要应用原理为多普勒效应,指在观察者与波源进行相对运动时,波源发出信号频率与观测者接收信号频率存在一定差异,这种差值与波源运动具体情况有关,利用这种差异进行风场等分析,实现对降水、大风等天气判断。
新一代多普勒天气雷达及其应用分析摘要:天气变化对生产生活影响很大,准确判断天气情况,适当利用先进技术实现部分天气调整,对于促进自然与经济和谐发展具有重要意义。
近些年多普勒天气雷达在天气预报、局部天气改变等方面应用十分广泛,本文从新一代多普勒天气雷达及其的具体应用两方面分析入手,希望可以起到一定借鉴意义。
关键词:新一代;天气雷达;运行故障;判断处理引言:多普勒天气雷达是综合气象观测系统的重要构成部分。
随着科学技术的不断发展,多普勒天气雷达已经在我国大多数区域广泛运用,多普勒天气雷达的使用大幅度提升了气象要素以及各类天气现象探测业务的准确性,为中短期临近天气预报、灾害性天气的监测预测等气象业务的开展提供了更为有价值的资料依据,在气候监测以及气象预报中占据着举足轻重的地位。
但是,在多普勒天气雷达实际运行过程中,有时候也会发生一些故障问题,在很大程度上影响了探测业务的顺利开展。
基于此,本文针对多普勒天气雷达运行的常见故障以及维修维护措施进行分析,以进一步提升地方气象探测业务水平。
一、新一代天气雷达硬件运行故障判断处理(一)伺服系统新一代天气雷达系统主要由三个部分构成,分别为雷达数据采集子系统、雷达产品生成子系统、主用户处理器。
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,与实际大气存在着一定的差距,致使雷达数据的准确度存在一定的局限性。
再加上雷达本身性能之间存在着差异,探测方法受到固定局限,对探测目标存在着距离折叠以及速度模糊等问题,进一步增加了雷达数据的误差。
然而由于径向速度是从多个脉冲对得到的径向速度的平均值,为平均径向速度。
雷达发射率因子通过对沿径向上的四个取样体积平均得到的,其径向分辨率相当于四个取样体积的长度,也促使雷达探测的数据具有一定的代表性。
伺服系统出现的运行故障主要表现为雷达无法以俯仰的方式扫描运行。
出现这类故障的判断方法为,首先要确保俯仰驱动分析面板上的电流表正常运转,并且对运转电流进行测定,如果是2A则表示正常,没有任何操作时电流为0A。
1.多普勒天气雷达原理与业务第一章引论1.多普勒天气雷达原理与业务第一章引论第一章为绪论1.1我国新一代天气雷达网1.气象雷达一般分为X波段、C波段和S波段,波长分别为3cm、5cm和10cm马鞍山是c波段,阜阳是s波段2.在中国沿海和易降水地区:部署s波段在我国强对流天气发生和活动较频繁、经济比较发达的中部地区:c波段其他地区:c 波段1.3中国新一代天气雷达系统的性能要求1、对灾害性天气有强的监测和预警能力。
(1)台风、暴雨等大规模降水天气的监测距离不小于400公里;(2)对雹云、中气旋等小尺度强对流天气现象的有效监测和识别距离应大于150km;(3)雷达探测能力在50km处可探测到的最小回波强度应不大于-7dbz(s波段)或-3dbz (c波段)2.具有较好的回波强度定量测量和大尺度降水定量估计性能雷达接收机具有宽的动态范围,在100db左右3、具有良好的多普勒测速功能在雨季,在约100km的距离内可以观测到晴空中的径向风场分布。
4.应为具有丰富软件支持的智能检测系统,对采集的检测信息进行综合处理。
5、在设计过程中需充分注意与其他天气预报支持系统的相互衔接,从而具有开放式的良好界面。
1.4新一代天气雷达的应用领域包括四个方面:(1)对灾害性天气的监测和预警(2)定量估测大范围降水(3)获取风场信息(4)改进高分辨率数值天气预报模式的初值场1.4.1灾害性天气的监测和预警1、回波强度一直是判断强对流天气的重要回波参数。
2.径向速度分布图也是判断强天气的有效工具,尤其是在识别风害时。
径向速度分布图像中可以看出气流中的辐合、辐散和旋转的特征。
(1)辐合(或发散)在径向风场图像中表示为最大和最小径向速度对极值中心的连线和雷达的射线相一致;(2)气流中的小尺度气旋(或反气旋)在径向风场图像中也显示出最大值和最小值的径向速度对,但中心连线走向则与雷达射线相垂直。
(3)辐合(或发散)气旋(或反气旋)显示与雷达有关的最大值和最小值射线走向呈一定的夹角。
1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。
2/3730/776.0T e T P N +=波束直线传播波束向上弯曲波束向下弯曲000=><dz dN dzdN dzdN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):⎰=dDD D N Z 6)(360/1m mm Z =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糊的处理等,均增大了雷达资料的误差。
虽然如此,由于径向速度是从多个脉冲对得到的径向速度的平均值,为平均径向速度,雷达反射率因子通过对沿径向上的四个取样体积平均得到的,其径向分辨率相当于四个取样体积的长度,这也使雷达探测的资料具有一定的代表性。
第二章 天气雷达图像识别一、掌握多普勒效应多普勒效应为,当接收者或接受器与能量源处于相对运动状态时,能量到达接受者或接收器时频率的变化。
多普勒频率,是由于降水粒子等目标的径向运动引起的雷达回波信号的频率变化,也称为多普勒频移,其与目标的径向运动速度成正比,与多普勒天气雷达波长成反比。
二、了解多普勒天气雷达测量反射率因子、平均径向速度和速度谱宽的主要技术方法多普勒雷达利用降水粒子的后向散射与多普勒效应来达到对其探测的目的。
通过发射信号与接收信号的延迟来测量距离,通过降水粒子的多普勒频移来测量其速度。
反射率因子:雷达的反射率因子是降水粒子后向散射被雷达天线接收到的回波,为单位体积内中降水粒子直径6次方的总和,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。
平均径向速度:由于降水粒子等目标的径向运动引起的雷达回波信号的频率变化,也称为多普勒频移,其与目标的径向运动速度成正比,与多普勒天气雷达波长成反比。
径向速度则是从多个脉冲对得到的径向速度的平均值,为平均径向速度,而相应的标准差即为谱宽。
速度谱宽:径向速度则是从多个脉冲对得到的径向速度的平均值,为平均径向速度,而相应的标准差即为谱宽。
三、理解距离折叠和速度模糊的概念最大不模糊距离: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: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。
即当目标物位于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’。
如果一个散射区在Rmax之外,那么回波只有在下一个脉冲发射之后才能收到,因为实际的来回距离在Rmax和Rmax之间,因此这种回波被称为第二区回波。
最大不模糊速度 Vmax:最大不模糊速度是雷达能够不模糊地测量的最大平均径向速度,其对应的相移是180度。
按照Nyquist采样定理可知,雷达能够准确测量多普勒频率是PRF/2,即fDmax=PRF/2。
考虑到多普勒频率实际上是频率漂移,可正可负,故fDmax=±PRF/2, 把关系式fD=2V/λ代入,并把fDmax和Vrmax相对应,可得:Vmax=±λ*PRF/4对实际使用的雷达来说,波长是固定的,当选定了Rmax(或脉冲重复频率)后,就会存在一个Vmax。
即,当目标的径向速度大于最大不模糊速度时,就会产生混淆。
由雷达测得的径向速度将相差两倍最大不模糊速度(称Nyquist间隔或速度折叠)。
当最大不模糊速度较小时,会产生多次速度折叠,此时:真实速度的可能值 v-2nVmax或v+2nVmax n为1,2,3,···为Nyquist数或速度折叠次数。
四、了解新一代天气雷达工作方式扫描方式告诉雷达在一次体积扫描中使用多少仰角和时间。
WSR-88D 和 CINRAD WSR-98D 使用三种扫描方式:5分钟完成14个不同仰角上的扫描(14/5)6分钟完成9个不同仰角上的扫描(9/6)10分钟完成5个不同仰角上的扫描(5/10)体扫模式 (VCP:Volume Cover Pattern):扫描方式确定一次体积扫中使用多少个仰角,而具体是哪些仰角则由体扫模式来规定。
目前只定义了其中的4个:VCP11:规定5分钟内对14个具体仰角的扫描方式。
VCP21:规定6分钟内对9个具体仰角的扫描方式。
VCP31:规定10分钟内对5个具体仰角的扫描方式。
VCP32:确定的10分钟完成的5个具体仰角与VCP31相同。
不同之处:VCP31使用长雷达脉冲 VCP32使用短脉冲。
WSR-98D未定义VCP32。
工作模式(Operational Mode):WSR-88D使用两种工作模式,即降水模式和晴空模式。
雷达的工作模式决定了使用哪种VCP。
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。
五、了解数据的质量控制原理和方法去除距离折叠的方法:①用随机相位编码技术消除距离折叠。
②调节脉冲重复频率(PRF),这样便可以改变Rmax,并可能在所关心的区域将距离折叠退掉。
③选择一个较高的仰角扫描能克服距离折叠问题。
④采取变换探测地点的方式可以观察到同一个风暴的不同侧面。
去除速度模糊的方法:目前最常见的客观速度退模糊的技术方法有下面几种:①主观识别和消除速度模糊影响,在使用速度回波的PPI或RHI等图像以前,应首先分析是否存在速度模糊现象,如存在,则在使用时排除其影响。
②改变脉冲重频或交替使用双重频。
六、理解什么是多普勒两难根据得知,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。
第三章对流风暴的雷达回波特征一、了解层状云降水、积云降水和积云层状云混合降水的反射率因子图像主要特征在常规雷达上,积状云降水回波被描述为具有密实的结构,而层状云降水回波具有均匀的纹理和结构,积状和层状混合降水回波具有絮状结构。
积状云降水,反射率因子空间梯度较大,其强度中心的反射率因子通常在35dBZ以上,而层状云降水反射率因子空间梯度小,反射率因子一般大于15dBZ,小于35dBZ。
层状云降水或层状-积云混合降水反射率因子回波的另一个特征是所谓的“零度层亮带”的存在。
二、理解边界层辐合线的识别边界层辐合线:边界层辐合线在新一代天气雷达反射率因子图上呈现为窄带回波,强度从几个dBZ到十几个dBZ。
三、理解风随高度变化的径向速度图主要特征①等径向速度线为直线:零等速线呈直线,各高度层上的风为均匀风场。
如果实际风速在某高度层上出现最大值,则在径向速度图上表现为被闭合等速区所包围的最大径向速度区。
②S型和反S型径向速度图像:零等速线呈S型,表示实际风向随高度顺时针旋转,在雷达有效探测范围内有暖平流;同样,零等速线呈反S型,表示实际风向随高度逆时针旋转,在雷达有效探测范围内有冷平流。
③汇合和发散流场的速度图像:如果实际风向在各高度层上为汇合或发散,则在速度图上零等速线呈弓形。
四、了解锋面的径向速度图像特征锋面从西北方向移向RDA,冷风逼近时,零等速区(线)有两个(条),一个通过RDA呈S型结构,另一个未通过RDA呈反S型结构。
锋区位于东北-西南向零等速线,如下图。
当冷锋位于RDA时,有三条零等速区(线),有一条零等速线通过RDA中心,为锋区所在位置,如下图。
当冷锋通过RDA后,有三条零等速区(线),在RDA东南方呈西南-东北向的零等速线即为锋区,如下图。
五、理解γ中尺度系统的径向速度特征①γ中尺度气旋/反气旋流场:在小区域内,当一对最大入流/出流速度中心距雷达是等距离时,表示在该区域内有中γ尺度旋转存在,沿雷达径向方向,若最大入流速度中心位于左侧,表示为气旋性旋转,若最大入流速度中心位于右侧,则为反气旋性旋转。
②γ中尺度辐合/辐散流场:由于γ中尺度辐合/辐散流场得尺度较小,其源点或汇点和整个流场均在雷达的有效探测范围内,在包含γ中尺度辐合/辐散流场的小区域内,沿同一雷达径向方向有两个最大径向速度中心,若最大入流中心位于靠近雷达一侧,则该区域为径向辐散区,相反则为径向辐合区。