最新1多普勒天气雷达原理与应用汇总
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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。
多普勒天气雷达原理与业务应用摘要:多普勒雷达是世界上目前为止最先进的雷达,有“超级千里眼”之称。
相较于传统天气雷达,多普勒天气雷达能够监测到与地面垂直距离在8-12公里范围内的对流云层的产生和变化,能够判断云层的移动速度,对于天气的预报结果而言会极大的减小误差。
为了对天气进行精准预测,各类型的天气探测设备不断涌现,本文主要是对多普勒天气雷达的原理和应用范围进行简单分析。
关键词:多普勒天气雷达、原理、应用引言:随着科学技术的发展和社会的进步,人们对不可控事物的掌控欲望逐步增强。
天气的变化是影响人们劳作、改变人们生活规律的主要原因,以前天气的不可预测性使人们不能够根据天气进行合理的劳作安排。
因此人们开始向探测天气方面进行研究,多普勒天气雷达是目前为止最有效的天气探测设备。
其应用范围宽泛,探测效果优良。
天气雷达的工作原理和普通的雷达一样,通过定期向高空发射电磁脉冲,之后通过接收器接受被高空气象反射回来的电磁脉冲,并通过计算机进行处理和显示,达到探测天气的目的。
1842年,奥地利数学家多普勒在经过铁路交叉处时,发现了火车由远及近时汽笛声变响,反之亦然。
他对这种现象进行研究,研究表明这种现象时由于震源与观察者之间产生了相对运动。
后人为了纪念,将这种现象称之为多普勒现象。
二十世纪七十年代以来,多普勒效应被广泛用于武器火控和天气探测等方面。
多普勒天气雷达比一般天气雷达发射的电磁脉冲波长更短,并且能够在探测降雨位置、强弱基础上可以帮助分析天气的性质以及对流天气等[1]。
多普勒天气雷达的主要应用领域1.强对流天气的监测和预警强对流天气包括雷暴、雷暴大风、冰雹、暴雨和龙卷风等天气现象。
一般而言,强对流天气都是危险天气,对于人们的日常生活和社会生产会产生重大影响。
因此对于强对流天气的监测显得尤为重要,多普勒天气雷达对于研究强对流天气具有重要意义。
对于风暴的研究,不同的角度具有不同优劣性,从简单的二维回波区域到具备显示具有物理意义的三维虚拟体,为强对流天气的跟踪和提前预测展开了新的发展层面。
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。
C波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参量应用分析C波段双偏振多普勒天气雷达原理及主要偏振参数应用分析一、引言雷达技术是现代气象学中非常重要的观测手段之一,可以提供大气中降水、风场以及悬浮颗粒物等信息。
而C波段双偏振多普勒天气雷达作为目前气象雷达中应用较多的类型之一,具备了高分辨率、高灵敏度等优势。
本文将详细介绍C波段双偏振多普勒天气雷达的原理及其主要偏振参数的应用分析。
二、C波段双偏振多普勒天气雷达原理C波段双偏振多普勒天气雷达是基于双偏振技术的,通过观测目标散射的双向偏振特性,来获得降水和颗粒物的物理参数。
其基本工作原理可以分为以下几个步骤:1. 天线发射和接收信号C波段双偏振多普勒天气雷达的天线首先发送一个具有一定频率和极化状态的微波波束,这个波束会与大气中的目标相互作用,然后被目标散射回来。
2. 接收信号的极化分离雷达接收到回波信号后,首先需要进行极化分离,将水平极化和垂直极化信号分离出来,以获得目标的双向极化特性。
3. 目标退偏振比计算在完成极化分离后,可以利用修正的双偏振天线系数,计算目标的退偏振比。
这个参数可以描述目标相对于水平和垂直方向的散射强度差别。
4. 目标的径向速度估计利用多普勒频移原理,可以根据接收到的回波信号的频率偏移,计算出目标在雷达天线方向上的径向速度。
通过多普勒频移,我们可以判断目标是否在向雷达靠近或远离。
5. 目标的径向散射强度估计利用雷达接收到的信号,可以计算出目标的径向散射强度。
这个参数可以反映目标散射微波的能力,从而进一步了解目标的强度和大小。
三、主要偏振参数应用分析C波段双偏振多普勒天气雷达的主要偏振参数包括退偏振比和线性偏振比。
这些参数在气象研究中有着广泛的应用。
1. 退偏振比的应用退偏振比是衡量目标散射极化特性的重要参数。
在气象雷达中,退偏振比常用于识别和区分不同种类的降水。
例如,在雷达图像中,雪花和冰雹的退偏振比可以有较大的差异,利用退偏振比可以准确区分这两种降水类型。
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。
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。
多普勒气象雷达工作原理小伙伴们!今天咱们来唠唠超级厉害的多普勒气象雷达。
你可别小看这个雷达哦,它就像气象界的超级侦探,能发现好多关于天气的小秘密呢。
你知道吗?多普勒气象雷达主要是靠发射和接收电磁波来工作的。
就好像是雷达在对着天空大喊一声:“天气情况咋样呀?”然后等着天空回应它。
这个雷达会发射出一种特定频率的电磁波,这种电磁波就像一个个小小的信使,朝着天空中的云啊、雨滴啊之类的东西飞奔而去。
当这些电磁波碰到云里的小水滴或者雨滴的时候,有趣的事情就发生啦。
这些小水滴和雨滴就像调皮的小孩子,它们会把电磁波给反射回来。
就好像是它们接到了雷达的问候,然后赶紧回答:“我们在这儿呢!”雷达就会收到这些反射回来的电磁波。
那多普勒气象雷达的独特之处在哪呢?这就和多普勒效应有关啦。
想象一下,你站在路边,一辆汽车鸣着喇叭呼啸而过。
当汽车朝着你开过来的时候,你听到的喇叭声音是比较高的音调,等汽车开过去远离你的时候,你听到的喇叭声音音调就变低了。
这就是多普勒效应在生活中的体现。
在气象雷达里呢,当雨滴朝着雷达运动的时候,反射回来的电磁波的频率就会变高;要是雨滴是远离雷达运动的呢,反射回来的电磁波频率就会变低。
雷达就可以根据这个频率的变化,算出雨滴是朝着哪个方向运动的,运动的速度有多快。
这就好比雷达能知道那些雨滴是着急地朝着某个地方赶去,还是慢悠悠地在天空溜达呢。
而且呀,通过分析反射回来的电磁波的强度,雷达还能知道云里有多少小水滴或者雨滴呢。
如果反射回来的电磁波很强,那就说明云里的小水滴或者雨滴比较多,可能是那种厚厚的云层,说不定还会带来一场大雨呢。
要是反射回来的电磁波比较弱,那可能就是比较稀薄的云,也许就只是飘过几片小云彩,不会有啥大动静。
多普勒气象雷达还能对不同高度的天气情况进行探测。
它就像一个有着好多层的大蛋糕,每一层都能仔细地查看。
这样就能知道在低空是不是有大雾要形成啦,在高空是不是有强对流天气在酝酿呢。
这个雷达就像是气象工作者的得力小助手。
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。
多普勒天气雷达的特点及在短临天气中的应用摘要:相比于常规气象雷达,多普勒天气雷达可以探测到8-12 km之间的对流云的生成和改变,从而可以准确的预测出云的运动速率,从而降低预测的精度。
因此,多普勒天气雷达的工作机理及其适用领域都有较大的发展空间。
关键词:多普勒天气雷达;特点;应用引言与短期预报相比,其预报时效更短,主要集中在0小时到12小时,重头戏在于对中小尺度天气系统,尤其是强对流天气系统的预报。
相对于大尺度天气系统,强对流天气系统具有生命史短、突发性强等特点。
其生命周期短的只有几分钟到几十分钟,最长不过十几个小时。
由于生消速度快,因而难以把握。
短期预报(预报时效为1天到3天)只能预报强对流天气出现的可能性,却无法预报其所带来的降雨具体落区。
但提前1小时到2小时的短临预报,却可以清楚捕捉到系统所在位置,从而能够预报出降雨的落区。
于是,人们就把目光转向了多普勒天气雷达,其除具备常规天气雷达的全部功能外,还能同时提供大气风场的信号。
通过对气象回波进行多普勒速度分辨,可获得不同高度大气层中各种空气湍流运动的分布情况。
多普勒作用在二十世纪70年代在军火控制、气象监测等领域得到了应用。
多普勒天气雷达所发出的脉冲的长度要小于常规气象雷达,它可以根据降雨的位置和强度来进行气象特征和对流等方面的研究。
1多普勒天气雷达相关概述、特点及应用随着科学技术的发展,多普勒雷达技术也在飞速发展,多普勒雷达技术也在逐步完善,比如多波长雷达、多极化雷达等。
我们国家正在努力建设自己的完整的、能够对天气进行有效监控的雷达网络。
多普勒天气雷达在空间和时间上都有着较高的解析度,可实现降雨强度和目标移动速率的实时监测。
可对气象系统的发生、发展和演变进行预测;可通过实时监测天气系统运动方向,判断云体位置,配合地面人工影响天气作业,确定最佳作业时间、地点,增强人工影响天气作业效率;同时,可对降水进行定量分析与预报。
由于多普勒天气雷达在气象领域的出色表现,一些国家对雷达站进行了布设,比如美国在上个世纪后期就已经开始大规模地制造多普勒天气雷达,并且形成了雷达网络。
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。