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毫米波测云雷达(HMBQ)在国内的研究应用介绍仲凌志1刘黎平葛润生周秀骥中国气象科学研究院，灾害性天气国家重点实验室北京，100081摘要观测云宏观信息及其辐射特性的工具一直都很缺乏。
利用毫米波测云雷达连续观测大气中的云能够获得有重要意义的参数。
2007年中国气象科学研究院研发了一部应用于探测云、雾和沙尘暴垂直结构的机动式8mm波长的毫米波雷达系统（HMBQ）。
本文首先简单阐述了观测、研究云的重要性，介绍了毫米波雷达在观测云信息上的优势，然后重点介绍了该雷达目前的外场试验情况，以及在云属性反演和研究工作的进展，并对研究结果作了初步分析。
关键词：毫米波测云雷达云参数反演1 引言云不仅对辐射能量传输和平衡过程有重要影响，是研究气候的很重要的一个因素，而且其是水分循环系统中是一个主要环节，人工影响天气的主要对象，因此是气象业务与气象学科研究的中心问题之一。
目前我们的中尺度数值模式利用模式计算得到的云分析场作为模式的初始场与其它初始场一起作为该模式的初始场，对模式进行“热启动”，从而实现用数值模式进行预报的计算。
然而，用模式计算得到的云分析场的精度取决于模式中的云物理过程设计的科学与精细程度，就当前的水平而言，这与实际云内参数分布有明显差别，这会显著影响用数值模式所做的临近预报的精度。
而云的实际观测资料一方面能够改善模式模拟初始场的参数，同时也可以帮助我们更好的了解云内的微物理特性；反过来，我们对云的了解越深入，越能够合理的利用模式结果研究降水天气以及预测气候变化。
因此，云的观测和研究对气象研究具有重要的作用，是气象业务与气象学科研究的中心问题之一。
目前研究云的遥感手段主要有卫星、微波辐射计、机投探空仪以及云幂测1作者简介：仲凌志，女，1982- 博士 e-mail: *********************课题资助：武汉暴雨研究所开放性课题(编号：IHR2009)量仪，虽然它们可以获得一定云信息，但是或者时间分辨率低，或者空间分辨率低，或者不能穿透厚云的表层探测其垂直、水平尺度以及内部结构，不能准确反映时刻变化的云参数信息。
第五章多普勒速度图基本识别在本章中你将学会：（1）识别径向速度特征的基本原则；（2）速度显示与垂直风廓线之间的关系；（3）如何用这些基本原则解释雷达速度产品。
在解释速度产品时，你必须牢记以下两点：（1）雷达显示的只是沿雷达径向的速度；（2）不正确地退模糊的速度和距离折叠会使速度产品的解释变得困难。
在学完本章后，你应该掌握下列知识：1.在均匀、不均匀、模糊（ambiguous）和复杂的气象条件下解释多普勒速度型。
包括如下几点：a.入流与出流（inbound and outbound flow）；b.与速度值对应的色彩；c.定常风向风速下的速度识别；d.风向风速随高度变化条件下的速度识别；e.速度最大值的识别；f.汇合（confluence ）与发散（diffluence）流型的识别；g.垂直不连续风场的识别；h.边界（boundary 这里指密度不连续面，如锋面等）的识别；i.辐合与辐散流型的识别；j.气旋式和反气旋式旋转流型的识别；k.上面两种流型的任何组合流型的识别。
2. 从均匀和不均匀的水平流型推断垂直风廓线。
3. 利用识别的速度流型估计相应的气象条件。
5．1 识别多普勒速度图的基本知识5．1．1 多普勒速度图象的PPI 显示方式新一代天气雷达是在一系列固定仰角上扫描360︒进行采样的，即在某一个仰角，雷达天线绕垂直轴Z 进行360︒扫描（即PPI 方式扫描），所采集到的是圆锥面上的资料（图5-1）。
在每个仰角上，以雷达为中心，沿着雷达波束向外，径向距离的增加同时也表示距地面的高度增大。
雷达所探测到的任一目标的空间位置(x,y,h) 可根据仰角φ、方位角θ、目标距雷达的倾斜距离r求得，其中测定目标高度h 的公式为：h = h0 + rsinφ+ r2 /（2R m′）式中h0 为雷达天线架设高度，r 为目标的斜距，R m′为等效地球半径。
在标准大气折射情况下，R m′为真实地球半径R 的4/3 倍，约8500 公里。
多普勒雷达资料三维变分直接同化方法探究一、引言多普勒雷达(Doppler radar)是一种常用于天气预报和气象探究的重要工具。
它通过测量气象目标的径向速度和回波功率，能够提供大气中的风速、涡度等重要资料，对于天气的分析、预报和短临天气预警具有重要意义。
然而，由于天气系统的复杂性和多普勒雷达观测的局限性，单独使用多普勒雷达资料可能无法准确地描述和猜测大气的变化。
因此，将多普勒雷达资料与数值天气预报模型相结合，利用同化方法对多普勒雷达资料进行三维变分直接同化，可以提高天气预报的准确性，增强对天气系统的理解。
二、多普勒雷达观测资料的特点多普勒雷达观测资料是通过接收回波信号的频率偏移来测量气象目标的径向速度。
与传统的天气雷达资料(例如，回波强度、径向速度)相比，多普勒雷达资料具有以下特点：一是近地面的观测精度较高，能够提供较准确的径向速度；二是三维空间上的观测区分率较低，受限于雷达的技术条件和地形的影响。
因此，多普勒雷达观测资料需要通过合适的同化方法来融合到数值模型中，以得到空间上的连续、准确的三维风场等资料。
三、三维变分直接同化方法的基本原理三维变分直接同化方法是将观测资料与模型状态变量进行最优化耦合的方法。
详尽而言，它通过最小化观测资料与模型资料之间的差异来更新模型状态变量，使模型的状态更加贴近于实际观测状况。
这一过程分为两个阶段：解耦阶段和耦合阶段。
在解耦阶段，通过观测算子将模型状态变量转化为观测空间上的预估；在耦合阶段，通过求解代价函数最小化的问题，更新模型的状态变量。
详尽的数值方法包括变分方法、卡尔曼滤波方法等。
四、多普勒雷达资料三维变分直接同化方法的关键问题多普勒雷达观测资料的特点决定了在同化过程中需要解决一些关键问题。
起首，由于雷达观测数据的噪声和采样不匀称性，需要对观测数据进行质控，以去除异常数据和杂波。
其次，多普勒雷达观测数据具有非线性和非高斯性，需要引入适当的变换方法(如变分变换、对数正态变换等)将其转化为线性高斯形式。
1 多普勒天气雷达主要由几个部分构成？每个部分的主要功能是什么？答：主要由雷达数据采集子系统（RDA ），雷达产品生成子系统（RPG ），主用户终端子系统（PUP ）三部分构成。
RDA 的主要功能是：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。
RPG 的主要功能是：由宽带通讯线路从RDA 接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户，是控制整个雷达系统的指令中心。
PUP 的主要功能是：获取、存储和显示产品，预报员主要通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。
2 多普勒天气雷达的应用领域主要有哪些？答：一、对龙卷、冰雹、雷雨大风、暴洪等多种强对流天气进行监测和预警；二、利用单部或多部雷达实现对某个区域或者全国的降水监测；三、进行较大范围的降水定量估测；四、获取降水和降水云体的风场信息，得到垂直风廓线；五、改善高分辨率数值预报模式的初值场。
3 我国新一代天气雷达主要采用的体扫模式有哪些？答：主要有以下三个体扫模式：VCP11——规定5分钟内对14个具体仰角的扫描，主要对强对流天气进行监测；VCP21——规定6分钟内对9个具体仰角的扫描，主要对降水天气进行监测；VCP31/VCP32——规定10分钟内对5个具体仰角的扫描（使用长脉冲），主要对无降水的天气进行监测。
4 天气雷达有哪些固有的局限性？答：一、波束中心的高度随距离的增加而增加；二、波束宽度随距离的增加而展宽；三、静锥区的存在。
5 给出雷达气象方程的表达式，并解释其中各项的意义。
答：P t 为雷达发射功率(峰值功率)；G 为天线增益；h 为脉冲长度；、：天线在水平方向和垂直方向的波束宽度； r 为降水目标到雷达的距离；：波长； m ：复折射指数；Z 雷达反射率因子。
6 给出反射率因子在瑞利散射条件下的理论表达式，并说明其意义。
答：∑=单位体积6i D z ，反射率因子指在单位体积内所有粒子的直径的六次方的总和，与波长无关。
多普勒天气雷达回波识别和分析之降水回波1.层状云降水雷达回波特征——片状回波层状云是水平尺度远远大于垂直尺度云团，由这种云团所产生的降水称之为稳定性层状云降水。
降水区具有水平范围较大、持续时间较长、强度比拟均匀和持续时间较长等特点。
⑴回波强度特征：①在PPI上，层状云降水回波表现出范围比拟大、呈片状、边缘零散不规那么、强度不大但分布均匀、无明显的强中心等特点。
回波强度一般在20-30dBz，最强的为45dBz。
②在RHI上，层状云降水回波顶部比拟平整，没有明显的对流单体突起，底部及地，强度分布比拟均匀，因此色彩差异比拟小。
一个明显的特征是经常可以看到在其内部有一条与地面大致平行的相对强的回波带。
进一步的观测还发现这条亮带位于大气温度层结0度层以下几百米处。
由于使用早起的模拟天气雷达探测时，回波较强那么显示越亮，因此称之为零度层亮带。
回波高度一般在8公里以下，当然会随着纬度，季节的不同有所变化。
⑵回波径向速度特征：由于层状云降水范围较大，强度与气流相比照拟均匀，因此相应其径向速度分布范围也较大，径向速度等值线分布比拟稀疏，切向梯度不大。
在零径向速度型两侧常分布着范围不大的正、负径向速度中心，另外还常存在着流场辐合或辐散区。
⑶零度层亮带：如前所述，在PPI仰角较高或者RHI扫面时，总能在零度层以下几百米处看到一圈亮环或者亮带回波，亮带内的回波比上下两个层面都强。
由于亮带回波总是伴随层状云降水出现，因此是层状云降水的一个重要特征。
〔零度层亮带形成的原因：冰晶、雪花下落的过程中，通过零度层时，说明开始融化，一方面介电常数增大，另一方面出现碰并聚合作用，使粒子尺寸增大，散射能力增强，所以回波强度增大。
当冰晶雪花完全融化后，迅速变成球形雨滴，受雨滴破裂和降落速度的影响，回波强度减小。
这样就存在一个强回波带，说明层状云降水中存在明显的冰水转换区，也说明层状云降水中气流稳定，无明显的对流活动。
〕2.对流云降水雷达回波特征——块状回波对流云往往对应着阵雨、雷雨、冰雹、大风、暴雨等天气。
扬州市气象局2014年第四次集训预报试卷共150分 2014年8月15日姓名：得分：一．单选题。
50题，每题1分，共50分。
1.红外云图上，物像的色调决定于（ A ）A、表面温度B、反照率和太阳高度角C、云的厚度D、水汽含量2.我国雨带的季节性移动主要受哪个天气系统的支配( C )。
A、台风B、西风槽C、西太平洋副热带高压D、江淮气旋3.在T_ln P图上温度层结曲线和露点层结曲线下部紧靠、上部分离，呈“喇叭状”配置时，有利于出现（ C ）天气。
A、雾B、寒潮C、雷暴大风D、暴雨4.表示输送来的水汽集中程度的物理量是（ C ）A、水汽压B、相对湿度C、水汽通量散度D、水汽通量5. 在影响我国的冷空气中，95％都要经过西伯利亚中部地区并在那里积累加强，这个地区称为寒潮关键区。
它的经纬度范围是（B）A．75°～90°E ；45°～65°N B．70°～90°E ；43°～65°N C．70°～90°E ；42°～65°N D．75°～90°E ；44°～65°N 6.当24小时内最低气温将要下降12℃以上，最低气温小于等于0℃，应该发布（ C ）A、寒潮蓝色预警信号B、寒潮黄色预警信号C、寒潮橙色预警信号D、寒潮红色预警信号7.副热带高压是一个动力性高压，它控制的范围内是比较均匀的（）气团，大气基本为（）状态，盛行下沉气流，天气晴朗。
（ A ）A、暖、正压B、暖、斜压C、冷、正压D、冷、斜压8.涡度是表征空气运动旋转（A）的物理量，正涡度反映逆时针方向的旋转运动。
A. 强度与方向B. 强度C. 方向9. 控制大气环流的最主要因子是太阳辐射、（ C ）、地表非均匀（海陆与地形）与地面摩擦。
A. 地面长波辐射B. 地球引力C. 地球自转10.锋区（锋面）是两个（ A ）不同的气团之间的过渡区。
多普勒天气雷达中的中尺度气旋识别> >收费论文 300元请联系本站QQ：860535337 或Email:paper5189@利用多普勒天气雷达资料探测中尺度气旋并开展临近天气预报,是多普勒天气雷达作为中小尺度灾害性天气监测工具的重要功能之一。
随着多普勒天气雷达作为探测强对流风暴天气的有效工具的推广应用,国内外研究人员发现中尺度气旋与暴雨、强风、冰雹、龙卷等灾害性天气密切相关。
因此多普勒雷达提供的中尺度气旋信息将在强烈天气和龙卷风警报发布的准确性和及时性等方面显示出明显的优势。
本文首先讨论了中尺度气旋的天气学特征,尤其是径向速度分布特征及在不同背景场下多普勒雷达速度图像的特征。
参考WSR-88D监测技术,介绍了以Rankine模式为基础的运用多普勒天气雷达资料探测中尺度气旋的三维识别技术,即通过对多普勒径向速度一系列的处理,寻找一维模式矢量,二维特征分量直到三维的大的对称的方位切变区域,从中提取中尺度气旋在多普勒雷达速度场中的重要特征信息。
在充分借鉴国内外关于中尺度气旋识别算法的研究成果特别是NSSL的中尺度气旋探测算法的相关内容的基础上,结合多普勒天气雷达二次产品软件的特点,讨论了在该软件系统中中尺度气旋探测方法的改进之处。
在简要介绍了多普勒天气雷达二次产品软件系统的系统框架和模块的开发环境等相关内容后...摘要 7-8ABSTRACT 8第一章前言 10-141.1 国外的研究 10-111.2 国内的进展 11-121.3 论文的主要工作 12-14第二章中尺度气旋的天气学特征 14-252.1 中尺度气旋意义和径向速度分布特征 14-162.2 中尺度气旋三维旋转强度 16-172.3 中尺度气旋生命史 17-182.4 中尺度气旋核演变的概念模式 18-192.5 中尺度气旋多普勒速度图像特征 19-252.5.1 中气旋多普勒速度图像基本特征 19-202.5.2 受环境风影响的中尺度气旋速度图像特征 20-212.5.3 中小尺度辐合辐散运动 21-232.5.4 辐散辐合和中尺度气旋结合的图像 23-25第三章中尺度气旋识别算法 25-313.1 一维模式矢量 25-26> >用及相互影响通过权利和权力行使实现。
