雷达气象期末复习整理版分析

雷达气象学总结一、绪论雷达气象学：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，它是大气物理学、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。

雷达机的主要构成：RDA -雷达数据采集子系统RPG -雷达产品生成子系统PUP -主用户处理器子系统其次包括：通讯子系统、附属安装设备RDA的扫描方式：雷达在一次体积扫描中使用多少角度和时间。

RDA的天气模式：1.晴空模式：VCP11或VCP21 2.降水模式：VCP31或VCP32 新一代雷达：降水模式VCP：雷达天线体扫模式雷达的显示方式 ：PPI（平面位置显示Plain Position Indicator) ：固定仰角，天线做0－360°顺时针扫描，显示回波分布；实际上显示的是圆锥面上的回波分布。

按测距公式，R越大，回波高度越高。

RHI (Range Height Indicator距离高度显示）：固定方位角，天线做俯仰扫描，探测某方位上回波垂直结构。

坐标：R－最低仰角的斜距； H－按测高公式计算（标准大气折射）。

Note：纵坐标尺度放大，使回波形态变型；VCS: vertical cross sectionCAPPI （等高平面位置显示）：雷达以多个仰角（仰角逐渐抬高）做0－360 °扫描，得到三维空间回波资料（体扫描），利用内插技术获得某高度的平面分布一些雷达参数的定义：如PRF，波长、雷达天线增益、脉冲宽度等二、散射散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气介质或云滴、雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些介质或粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射现象。

主要物质：大气介质、云滴、水滴，气溶胶等。

其它散射现象：光波、声波等散射的类型：瑞利散射：d<<λ；米(Mie)散射： d≈λ瑞利散射散射函数或方向函数：后向散射能量：雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷达方向（θ＝π）的那一部分能量，这部分能量称为后向散射能量。

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。

雷达原理复习要点第一章（重点）1、雷达的基本概念雷达概念(Radar)：radar的音译，Radio Detection and Ranging 的缩写。

无线电探测和测距，无线电定位。

雷达的任务：利用目标对电磁波的反射来发现目标并对目标进行定位，是一种电磁波的传感器、探测工具，能主动、实时、远距离、全天候、全天时获取目标信息。

从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息？斜距R : 雷达到目标的直线距离OP方位α: 目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(正北、正南或其它参考方向)在水平面上的夹角。

仰角β：斜距R与它在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角。

2、目标距离的测量测量原理式中，R为目标到雷达的单程距离，为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，c为电磁波的传播速率(=3×108米/秒)距离测量分辨率两个目标在距离方向上的最小可区分距离最大不模糊距离3、目标角度的测量方位分辨率取决于哪些因素4、雷达的基本组成雷达由哪几个主要部分，各部分的功能是什么同步设备：雷达整机工作的频率和时间标准。

发射机：产生大功率射频脉冲。

收发转换开关: 收发共用一副天线必需，完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。

天线：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。

接收机：把回波信号放大，检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。

显示器：显示目标回波，指示目标位置。

天线控制(伺服)装置：控制天线波束在空间扫描。

电源第二章1、雷达发射机的任务为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去2、雷达发射机的主要质量指标工作频率或波段、输出功率、总效率、信号形式、信号稳定度3、雷达发射机的分类单级振荡式、主振放大式4、单级振荡式和主振放大式发射机产生信号的原理，以及各自的优缺点单级振荡式：脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的脉冲信号。

设 R 为雷达天线到目标的距离。从雷达天线发射出去，到后向散射回来至天线接收，其 2R • 2π 4π R dφ 4π dR 4π = = • = • v =2π f d 总的相位变化量为： φ = ωd = l l dt l dt l
fd =
2v
l
（ν向着雷达靠近为正，fd 为正，频率增加）
5. 雷达系统中，发射系统与接收系统要求的阻抗匹配存在差异 雷达系统中，发射系统要求阻抗匹配，主要是为了发射大功率微波由发射机至天线的最大 程度传输，且不产生反射，以免形成驻波对发射机造成损坏。要尽量实现发射机的输出阻抗与 波导阻抗匹配，波导阻抗与天线阻抗匹配，即完全匹配状态，无反射，电压驻波比为1。接收 系统要求阻抗匹配，主要是为了最大限度的实现从天线到接收机（各级）的最大程度信号功率 传递，避免驻波产生而影响信号特性。 6. 瞬时自动增益控制器 IAGC 的特点：
4.
5.
6.
7.
ห้องสมุดไป่ตู้
播，能流密度的距离平方衰减被距离增加引起的体目标体积的增加“补偿”了。 10. 雷达天线罩是辅助设备，起保护作用。它能消除风沙雨雪等环境负载对天线运动的影响、 改善工作条件，提高雷达天线乃至整机可靠性。天线罩主要用于保护天线，它必须满足 对电磁波传播几乎没有影响的特性。但是，强降水在天线罩表面形成的水膜会严重影响 雷达性能。 11. 天线方向性增益是指在等距球面上某个方向的功率密度与球面平均功率密度之比， 它与辐 射效率因子的乘积即为功率增益。 雷达天线增益一般用 dBi 表征， 它是以全向性天线的辐 射能流密度为参考基准的，单位为 dB。 12. 雷达中常设置低噪声放大器以降低接收机的噪声系数， 它作为接收机的第一级， 要求非线 性失真小、动态范围大、承受的输入功率较大。低噪声放大器主要为了降低接收机的噪声 系数，提高灵敏度，其噪声系数小（1-3dB） 、功率增益大（20—30dB） ，在其带宽下工作 稳定可靠。 13. 雷达定向耦合器是利用波在传播中的相位关系， 将主波导中入射行波或反射行波的部分功 率耦合至辅波导，用于功率或频率等监视的微波元件，耦合度是重要指标。 隔离器是一 种利用波在传播中的相位关系制成的不可逆的衰减器，在正方向(或需要传输的方向上)衰 减量(或插入损耗)很小，而反方向则很大，隔离度是重要指标。 环流器是一种多端口定 向传输电磁波的微波部件， 其输入任一端口的功率， 都会按照一定顺序传输到下一个端口。 隔离度是重要指标， 常用作雷达的收发开关。 旋转关节是用来把高频信号从一个固定的 平台传输到另外一个需要连续旋转的平台上的微波部件，用于雷达馈线的“旋转连接” 。 14. 风廓线雷达主要用于垂直风廓线的探测，根据其使用波长的不同，分为边界层、对流层、 平流层等三个区域。边界层风廓线雷达在大气边界层空气质量、中尺度天气预报、垂直风 切变、湍流、尾涡流等方面发挥着重要的作用。结合 RASS 技术，可获取低空温度廓线资 料。 15. 对不同用途，雷达杂波的定义是存在差异的：气象雷达中，天气回波是需要的回波，地物 回波与海面回波是杂波；导航雷达中，飞机回波是需要的回波，地物回波与海面回波和气 象回波是杂波；杂波的定义至于是否干扰正常参量的观测有关，与散射性质无关。天气雷 达的地物杂波必须被抑制掉，因为地物杂波会引起反射率因子和平均径向速度估计的误 差。 16. 一部脉冲雷达探测远距离目标，测得电磁波走过的时间是 1mS，如果电磁波传播速度为 3×108m/S，则该目标距离约是 150 Km。一部脉冲雷达探测到距离 100 Km 的目标，如果电 磁波传播速度为 3×108m/S，则该电磁波走过的时间约是 0.666 mS。 17. 地球曲率会影响雷达测得高度偏低， 必须经过修正才能使用。 究其原因是雷达测量远距离 （如 100Km）目标时，雷达天线水平射出的电磁波，到达目标处已高出地面一定高度。 18. 大气是电磁波传播的一种介质， 其垂直结构的改变会导致一些特殊的电磁波传播现象， 如 高度位置误差和超折射地杂波现象，天线大于一定仰角后出现无目标的“晴空”回波。大 气并非均匀结构、难以出现各向同性的特征，这就会引起电磁波传播的折射，最终导致位 置测量的水平和垂直方向均可能出现偏差。

雷达气象学复习思考题一、名词解释平均功率、方向性图、波束宽度、天线增益、雷达截面、雷达反射率、反射率因子、晴空回波、衰减系数、衰减截面、有效照射深度、有效照射体积、折射指数N单位、等效地球半径、等射束高度图二、简答题1.天气雷达的基本工作原理？2.PPI和RHI有何不同？3.粒子群的总回波功率能否是单个粒子的回波功率之和？为什么？4.对于10cm和5cm的天气雷达，什么样的气象目标物会满足瑞利散射近似？5.有了雷达反射率，为什么还要引入雷达反射率因子？6.雨对雷达波的衰减规律是什么？7.决定雷达最大探测距离的因素有哪些？8.标准大气折射时电磁波传播有何特征？9.大气水平分布非均一情况下出现探测“盲区”的原因是什么？10.雷达和雨量计测量降水各自的优缺点是什么？三、论述题1.简述天气雷达的未来发展方向？2.如何计算粒子对雷达波的衰减？3.论述实际工作中如何考虑大气、云、雨、雪、冰雹对雷达波的衰减问题。

4.推导天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时单个目标物的雷达气象方程？5.推导天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时云和降水的雷达气象方程？6.写出雷达气象方程：⎰⋅+-=-R 0kdR 2.022*********Z 2m 1m R 11024ln2ψλϕθπh G P P t r中各参数的含义，并讨论方程该雷达方程的适用范围。

7. 简述折射指数随高度变化的几种形式，各有何特点？8. 地球球面和大气折射对探测目标物有怎样的影响？9. 影响雷达定量测量降水精度的主要因素有哪些？①基本假定上：正压模式假设大气满足静力平衡，有自由面，是自动正压大气模型；斜压模式仅假定大气满足静力平衡，考虑大气斜压性，可以考虑温度平流，垂直运动。

②研究范围上：正压模式只研究大气某一层运动，斜压模式可研究大气的三维运动。

③差分格式上：正压模式仅考虑水平差分格式，斜压模式水平差分，垂直差分都要考虑。

④方程上：正压模式根据潜水方程组，没有考虑非绝热加热、摩擦、水汽方程；斜压模式根据σ坐标通量方程组，考虑了非绝热加热、摩擦、水汽方程和温度扩散。

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。

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。

第一章1. 简述我国天气雷达发展阶段及未来发展方向。

我国天气雷达发展大体上经历了从模拟天气雷达、数字化天气雷达到多普勒天气雷达的三个发展阶段。

未来:双极化、相控阵、多基地雷达2. 简述雷达气象的研究内容。

(1) 利用天气雷达，进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科，它是大气物理学、大气探测和天气学共同研究的一个分支。

(2)主要内容:基础理论、分析应用、探测方法与技术三部分(填空)。

（问答答法）基础理论方面包括云和降水粒子对雷达波的散射；微波经过大气、云和降水粒子时的衰减；气象条件对雷达波传播的影响，如大气折射、大气不均匀结构的散射等。

分析应用方面包括雷达测量降水和云中的含水量；天气系统(特别是中小尺度系统)的雷达回波在天气分析预报上的应用，在云和降水物理探测研究上的应用；多普勒雷达和各种波长的新型雷达在风的水平结构和铅直结构、铅直气流速度、降水粒子谱、晴空回波、大气湍流等的探测研究中的应用。

探测方法与技术方面包括各种天气雷达资料的处理和传输等。

4. 何谓雷达工作波长、频率，简述其关系。

波长λ：天气雷达发射高频电磁波的一个周期长度。

波长不同，雷达性能不同。

频率f：单位时间内完成振动的次数，即每秒钟内发射出电磁波的次数关系：f=C/λ，C为光速5. 何谓脉冲宽度、脉冲长度，简述其关系。

脉冲宽度τ：发射高频电磁脉冲波的持续时间叫脉冲宽度脉冲长度h：脉冲波在空间的长度叫脉冲长度。

关系：h=τ c6. 何谓脉冲重复频率与脉冲重复周期，简述其关系。

脉冲重复频率F：是每秒钟雷达发射脉冲波的次数。

重复周期T：两个相邻脉冲波之间的时间间隔它们之间互为倒数关系：F=1/T11. 简述天气雷达的三种基本观测模式。

（1）圆锥扫描模式雷达天线在仰角不变，方位进行360°的连续扫描称为圆锥扫描，也称平面位置显示(PPI)观测。

（2）垂直扫描模式雷达天线方位角不变，仰角进行0-30° (或更高)的上下扫描称为垂直扫描，也称为距离高度显示(RHI)观测。

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。

一旦信号产生，就被送到天线。

②天线(天线沿一定的仰角，围绕自身旋转360°，圆锥面扫描)将发射机产生的脉冲信号以波束的形式发送到大气，并接收返回的能量，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。

目录第一章引论 (2)1.1 新一代天气雷达概述 (2)1.2 天气雷达的局限性 (2)第二章多普勒天气雷达原理 (3)2.1 后向散射截面 (3)2.2 球形粒子的散射 (3)2.3 电磁波在大气中的衰减和折射 (3)2.4 雷达气象方程 (4)2.5 最大不模糊距离和距离折叠 (5)2.6 多普勒效应 (5)2.7 最大不模糊速度和速度模糊 (5)2.8 谱宽 (5)2.9 雷达取样技术 (6)第三章多普勒雷达图识别基础 (6)3.1 识别反射率基本知识 (7)3.2 识别速度图的基本知识 (7)第四章雷达数据质量控制 (11)4.1 地物杂波抑制 (11)第五章对流风暴及其雷达回波特征 (12)5.1 普通风暴单体生命史： (12)5.2 强风暴的雷达回波特征： (12)5.3 弱垂直风切变中的强风暴——脉冲风暴的回波特征 (12)5.4 中等到强垂直风切变环境中多单体风暴的雷达回波特征 (13)5.5 超级单体 (13)第六章灾害性对流天气的探测与预警 (15)6.1 龙卷 (15)6.2 大冰雹 (16)6.3 灾害性大风 (16)6.4 暴洪（短时强降水） (17)6.5 强对流天气预报和预警的发布 (17)第七章雷达产品与算法 (18)7.1 产品概述 (18)7.2 基本产品 (19)7.3 一些算法简单的重要导出产品 (20)7.4 风暴单体识别与跟踪算法及其产品 (24)7.5 冰雹指数产品及其算法 (24)7.6 中气旋（M）和龙卷涡旋特征（TVS）算法和产品 (25)7.7 V AD风廓线算法 (25)7.8 降水算法及其产品 (26)参考文献： (29)第一章引论1.1 新一代天气雷达概述CIRNAD/SA型雷达主要由RDA（Radar Data Acquisition）、RPG（Radar Product Generator）、PUP（Principal User Processor）三部分构成。

雷达气象学复习重点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。

前言1) 按遥感方式划分，天气雷达属于主动遥感设备或有源遥感设备。

2) 我国目前已经布网了160多部新一代多普勒天气雷达。

按波长划分，已布网的新一代多普勒天气雷达有S波段和C波段两种类型，S波段雷达部署在大江大河流域及沿海地区，C波段雷达部署在东北、西北、西南等内陆地区。

3) 天气雷达起源于军事雷达，最早出现天气雷达是模拟天气雷达。

4) 天气雷达最常用的扫描方式有PPI扫描、RHI扫描和VOL体扫描。

5) S波段天气雷达波长在10cm左右；C波段天气雷达波长在5cm左右；X波段天气雷达波长在3cm左右第1章散射1) 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有大气介质、云和降水粒子。

2) 粒子在入射电磁波的极化作用下，做强迫的多极震荡而产生次波就是散射波。

3) 什么是瑞利散射及瑞利散射的特点？4) 什么是米散射及米散射的特点？5) 雷达截面也称作后向散射截面，它的大小反映了粒子的后向散射能力的大小，雷达截面越大，粒子的后向散射能力越强。

6) 什么是雷达反射率 ？单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和称为雷达反射率。

7) 相关研究表明，对于小冰球粒子，其雷达截面要比同体积小水球的小很多；对于大冰球粒子，其雷达截面要比同体积大水球的大很多；8) 晴空回波产生的原因是什么？湍流大气（折射指数不均匀）对雷达波的散射作用；大气对雷达波的镜式反射（大气中折射指数的垂直梯度很大）。

9)雷达反射因子Z与雷达反射率的差别。

第2章衰减1) 造成雷达电磁波衰减的物理原因是散射和吸收。

2) 造成雷达电磁波衰减的主要物质有大气、云和降水。

3) 水汽和氧气对电磁波的衰减作用主要是吸收4) 云滴对雷达波的衰减随雷达波长得增加而减小。

5) 雨对雷达波的衰减一般与降水强度成近似的正比关系第三章 雷达气象方程1) 什么是天线增益G ？ 定向天线最大辐射方向的能流密度与各向均匀辐射天线的能流密度之比，称为天线增益，用符号G 表示。

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。

π/43π/4 7π/4方位角速度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。