第九章 雷达回波的识别和分析(南京信息工程大学 雷达气象学)

雷达回波的判断与分析作者：黄强张金凤张会贞来源：《农业与技术》2019年第11期摘要：本文针对不同回波特征进行分析，探讨不同降水系统下雷达回波特征，区分气象回波和非气象回波的差异，以精确分析判断气象雷达回波，为夏季灾害性天气和短视天气预报提供可靠数据资料。

关键词：雷达回波;降水系统;判断分析中图分类号：S163文献标识码：ADOI：10.19754/j.nyyjs.201906150631不同回波特征分析1.1层状云回波在平显上通常要适当抬高仰角才看得到层状云回波，呈均匀片状，回波暗淡、强度弱、边缘模糊犹如薄纱，探测距离约几十公里。

在高显上看回波呈一水平带，底部较平整、不接地，高度为1.4～8.7km（常反映阴天无降水）。

1.2层（波）状云降水回波在平显上，层（波）状云降水回波呈均匀片状，强度弱到中等，范围大，内部没有明显块体结构，边缘发毛，破碎模糊。

在高显上回波顶部平坦，且较均匀常看到0℃层300～1000m 的亮带，高度为3.6～8km（常反映大范围稳定性持续降水）。

1.3对流云回波在平显上回波呈小块状，有时零散孤立，有时排列成带状和不规则形状。

高显上常呈柱状、针状，底部不接地，强度为中等，高度为2.2～4.9km（为无降水）。

1.4阵雨回波在平显上回波呈孤立分散的小块单体或回波群，结构较松，边缘不清晰，单体水平尺度在10km以下，强度中等。

高显上回波呈针状顶部发毛，结构松散，回波高度在7～8km以下，回波底部接地（常反映短阵雨）。

1.5雷雨回波在平显上回波块体结识、肥大、紧密、轮廓清晰、边缘多折，单体水平尺度在10km以上，强度特强，很明亮。

在高显上呈柱状，低的仅5～6km，高的可达17～18km（常反映短暂雷雨）。

1.6雹云回波在平显上块体较大，结构紧密，发展急剧、多棱角、突起或小切口，移动迅速，强度特强，回波单块体范围小于10km。

在高显上强度最大值常出现在高于0℃等温线2～3km以上，云顶很高常在12～13km以上.通常呈针状接地的是阵雨回波，不接地的是对流云回波，平显上看单块体回波范围>10km、高显呈柱状，此回波可判定为雷雨回波。

雷达回波的识别与分析Ø回波探测概述Ø探测内容（回波位置，高度，强度与速度，形状，移向移速，演变趋势）Ø回波分类Ø非气象回波Ø降水回波Ø非降水回波N U I S T201312雷达扫描方式n PPI 扫描。

固定仰角，雷达在360゜方位上做圆锥面扫描。

n RHI 扫描。

固定方位角，雷达在垂直面上做上下扫描。

nVOL 体积扫描。

多仰角PPI 扫描。

N U I S T201312l CAPPI ：等高平面位置显示。

实际工作中需要等高面的回波显示，用体积扫描（不同仰角的一系列PPI 扫描）资料经计算机插值处理而合成。

N U I S T201312dBZ 反射率因子—降水回波的位置、范围、高度、强度、强中心位置、回波形状、结构、性质（气象或非气象）、移向移速、演变趋势。

Vr 径向速度分布—零速线的分布、正负速度的大小和面积、辐合辐散、涡旋、切变线、锋区、逆风区。

（注：此处重点介绍dBZ 的回波特征，Vr 前面已讨论过）N U I S T201312回波位置：PPI 上的距离、方位所对应的地理位置l注意：由于衰减作用，无回波处未必无降水；地物遮挡影响最大探测距离回波高度：RHI 上读出；PPI 上算出（测高公式）回波强度：dBZ 色表分档标出回波速度：Vr 色表分档标出回波形状：涡旋状、均匀片状、零散孤立、絮状、带状、钩状、指状N U I S T201312N U I S T201312N U I S T201312N U I S T201312N U I S T201312回波性质气象回波降水非降水非气象回波探测内容回波回波层状云降水混合云降水对流云降水云、雾晴空湍流地物、超折射飞机船只海浪旁瓣假回波同波长干扰NUIST2131214：30N U I S T20131215：12N U I S T20131215：37N U I S T20131215：55N U I S T20131216：07N U I S T20131216：13N U I S T20131216：19N U I S T20131216：25N U I S T20131216：31N U I S T20131216：37N U I S T20131216：43N U I S T 20131216：49N U I S T 20131216：55N U I S T 20131217：02N U I S T 20131217：08N U I S T 20131217：14N U I S T 20131217：20N U I S T 201312N U I S T 201312N U I S T 201312N U I S T 201312N U I S T201312N U I S T201312回波分类l 非气象回波——非气象目标物对电磁波的散射或反射以及由于雷达性能引起的虚假回波。

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。

160多部新一代多普勒天气雷达。

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、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。

、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 3cm 左右6、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。

7、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。

8、雷达截面也称作后向散射截面，它的大小反映了粒子粒子的后向散射能力越强。

9、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；10、造成雷达电磁波衰减的物理原因是散射和吸收。

11、造成雷达电磁波衰减的主要物质有大气、云和降水。

12、水汽和氧气对电磁波的衰减作用主要是吸收 13、云滴对雷达波的衰减随雷达波长得增加而减小。

14、雨对雷达波的衰减一般与降水强度成近似的正比关系15、有效照射深度由雷达脉冲宽度决定，其值为脉冲宽度的一半。

16、有效照射体积除了与有效照射深度有关外，还取决于雷达波束的几何形状。

17、充塞系数除了与云和降水有关外，还取决于目标物距雷达的距离和雷达波束宽度有关。

的传播速度不同而引起的。

N 随气压P,水汽压e 的增大而增大，随温度的减小而增大。

N 值一般随高度的增加而减小。

N 单位，还有M 单位和B 单位。

雷达的空间分辨率可以分成径向分辨率和切向分辨率；径向分辨率与脉冲长度等有关；切向分辨率与波束宽22、一般来说雷达的径向分辨率要比切向分辨率高PPI 扫描是固定仰角，雷达在360度方位上做圆锥面扫描。

VOL 体扫描，多仰角PPI 组合扫描。

雷达气象学_南京信息工程大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.我国天气雷达的脉冲宽度是1.57微秒，对应的距离分辨率大约是（）答案:250m2.不属于天气雷达的波段是（）答案:L3.我国业务天气雷达的天线波束宽度约为()答案:1度4.不是双偏振雷达base data的是()答案:Kdp5.我国业务天气雷达的时间分辨率约为（）分钟答案:66.瑞利散射的条件可以不包括（）答案:粒子质量密度7.我国目前的主流业务天气雷达是（）答案:双线偏振多普勒天气雷达8.哲学课本中的天体“红移”与雷达气象学中相对应的知识是（）答案:多普勒效应9.多普勒天气雷达不能探测到（）速度答案:切向10.不能充分体现双偏振雷达探测优势的降水是（）答案:小雨11.天气雷达的最重要参数是（）答案:波长12.判别地物回波的最好回波参量是（）答案:CC13.Zdr数值最大的是（）答案:蜻蜓14.探测台风天气时，探测性能最好的雷达波段可能是（）答案:S15.根据大气折射率分布的不同，出现多种雷达电磁波的折射情况，其中对天气雷达影响最大的折射是（）答案:大气波导16.S波段雷达估测降雨时，最主要的误差可能来自（）答案:雨滴谱变化17.冰雹特殊回波TBSS的长短主要受（）的影响。

答案:冰雹高度18.对流雷暴中，产生阵风锋最显著的是（）答案:超级单体19.对流雷暴中，容易产生强龙卷的是（）答案:超级单体20.与龙卷无关的特殊回波是（）答案:TBSS21.多普勒天气雷达的天线大小影响（）答案:高度分辨率体积分辨率22.我国业务天气雷达使用的波段是（）答案:SC23.VCP21和VCP31的探测差别主要有()答案:脉冲宽度探测目标扫描仰角时间分辨率24.影响雷达照射体积的参数有（）答案:目标距离波束宽度脉冲宽度25.雷达气象方程反映的是：雷达探测的是目标的（）答案:雷达反射率因子回波功率26.降雨回波强度的上、下限大约是（）答案:55dBZ10dBZ27.零度层增强的回波信息有（）答案:速度谱宽Zdr28.降雪回波具有的特点包括（）答案:回波范围大回波差异小29.对流降水的回波特点包括（）答案:回波高度高回波强度的一致性差回波中心的强度大30.目标的雷达反射率因子具有（）答案:和雷达波长无关和复折射指数项大小无关和距离远近无关31.雷达电磁波衰减的原因包括（）答案:介质的吸收介质的散射32.雷达电磁波折射对雷达探测的影响是（）答案:目标高度有误差地物杂波增多目标距离有误差33.容易发生超折射的气象条件包括（）答案:暴雨过后逆温大气层“上层干、下层湿”34.谱宽最大和最小的目标分别是（）答案:地物降雹35.回波强度最大和最小的分别是（）答案:冰雹降雪(干雪)36.降雪回波功率较小的原因有（）答案:雪花数量密度小雪花复折射指数项小雪花等效直径小37.与真实回波相比，迟到回波(The second-trip echo)的变化包括（）答案:回波距离回波高度回波强度回波面积38.调整雷达的PRF，可能影响（）答案:VmaxRmax回波面积回波强度39.雨滴在降落过程中的破碎，对雷达探测和估测的影响有（）答案:估测的降雨强度估测的降雨量回波强度40.地物回波和降水回波的差异有（）答案:回波的水平分布回波的垂直分布回波的时间分布径向速度分布41.TBSS回波涉及到的显著散射物质有（）答案:地表冰雹42.双偏振雷达回波参数中，不受衰减影响的有（）答案:ФdpVr43.Zdr在0dB附近的目标有（）答案:小雨北方降雪冰雹44.和雨滴数密度密切相关的参量有（）答案:ФdpZ45.能用于判别冰雹的双偏振雷达参量有（）答案:LdrZdrkdp46.能够产生龙卷的雷暴类型有（）答案:飑线多单体雷暴超级单体47.与上升气流密切相关的特征回波有（）答案:BWERWER48.与雷暴下沉气流密切相关的有（）答案:RFD阵风锋49.与冰雹特征回波密切相关的有（）答案:很强的ZTBSSV-形衰减缺口50.超级单体引起的灾害可能有（）答案:滑坡或泥石流龙卷风51.我国业务天气雷达的脉冲宽度约1.67微秒(实际为1.57微秒)，230km处的照射体积约为（）立方公里(a)2 （b）3 （c）4 （d）其它请在空内填写A或B或C或D答案:B##%_YZPRLFH_%##b52.用波长为10cm的S波段雷达探测降雨时，某小雨区的雷达反射率是100mm2/m3,用波长5cm的C波段雷达探测，该小雨区的雷达反射率是多少mm2/m3？（注意：不是雷达反射率因子Z）(a)100 (b)200 （c）400 （d）1600请在空内填写A或B或C或D答案:D##%_YZPRLFH_%##d53.雷达探测到50km处的迟到回波(The second-trip echo)强度是30dBZ，PRF为1000Hz，实际回波的强度是多少dBZ ?（log2=0.3，log3=0.5，log7=0.8）(a) < 30 （b）30-40 （c）40-50 （d）> 50请在空内填写A或B或C或D答案:C##%_YZPRLFH_%##c54.波长10cm、PRF为1000Hz的多普勒雷达探测到的模糊径向速度是-20m/s，实际径向速度是（）m/s(a)+20 （b）+30 （c）-30 （d）-70请在空内填写A或B或C或D答案:B##%_YZPRLFH_%##b55.某处的层云降雨回波强度为39dBZ，雨量计和雷达测值的偏差(Bias)是1.2，经过雨量计订正后，雷达估测的降雨强度大约是（）mm/hr. （log2=0.3，log3=0.5，log7=0.8）(a) 10 (b)8 （c）12 (d)20请在空内填写A或B或C或D答案:C##%_YZPRLFH_%##c。

南京信息工程大学2020考研大纲：T10雷达与卫星气象学考研大纲频道为大家提供南京信息工程大学2019考研大纲：T10 雷达与卫星气象学，一起来看看吧！更多考研资讯请关注我们网站的更新!南京信息工程大学2019考研大纲：T10雷达与卫星气象学科目代码：T10科目名称：雷达与卫星气象学《雷达气象学》占50%，《卫星气象学》占50%第一部分课程目标与基本要求一、课程目标《雷达气象学》与《卫星气象学》是大气探测专业学生的两门重要专业课。

《雷达气象学》主要包括雷达探测基础理论和回波信息分析与应用两大部分，系统地讲述雷达探测气象目标的基础理论，即回波的产生、电磁波在大气中的衰减和折射，雷达定量测量降水原理和方法，脉冲多普勒天气雷达工作原理，回波信息的分析原则及其应用，等等。

《卫星气象学》主要包括卫星遥感基础理论和卫星云图资料的分析应用技术和卫星探测资料处理的一些概念。

通过雷达气象学和卫星气象学的学习，为从事雷达、卫星气象遥感研究提供理论基础, 并掌握雷达、卫星资料在天气预报及相关学科的一些应用。

二、基本要求要求学生掌握雷达回波的产生、电磁波在大气中的衰减和折射，雷达定量测量降水原理和方法，雷达回波信息的分析原则及其应用; 要求学生掌握卫星遥感基本概念、卫星轨道特征、卫星辐射遥感理论和方法，卫星资料处理和分析的基本原则，卫星云图在天气分析中的应用，了解由卫星资料定量估算气象参数，并不断提高自学能力。

第二部分课程内容与考核目标《雷达气象学》部分第一章引言了解雷达气象学的相关基础知识，如：雷达气象学的主要研究内容、天气雷达的发展史、中国天气雷达的发展概况、天气雷达的应用领域、天气雷达的基本工作原理，天气雷达的主要设备。

第二章散射了解散射现象及散射的分类，掌握并理解散射方向函数，雷达散射截面、雷达反射率、雷达反射率因子。

第三章衰减掌握衰减系数，了解实际大气的衰减问题，理解衰减截面、吸收截面、标准化截面、云雨粒子的散射和衰减截面、云雨粒子的衰减系数等。

一、实习背景随着科技的不断发展，雷达技术在气象、国防、交通、环保等领域发挥着越来越重要的作用。

为了深入了解雷达技术，提高自身实践能力，我于2023年6月至7月在南京信息工程大学雷达实验室进行了为期一个月的雷达实习。

二、实习目的1. 学习雷达基本原理，掌握雷达系统组成及工作原理。

2. 熟悉雷达实验设备，提高动手操作能力。

3. 了解雷达在各个领域的应用，拓宽知识面。

4. 培养团队协作精神，提高沟通能力。

三、实习内容1. 雷达基本原理及系统组成实习期间，我首先学习了雷达的基本原理和系统组成。

雷达是一种利用电磁波探测目标的无线电设备，通过发射电磁波，接收反射回来的回波，从而实现对目标的探测、跟踪和定位。

雷达系统主要由发射机、天线、接收机、信号处理单元等组成。

2. 雷达实验设备操作在实习过程中，我熟悉了雷达实验室的实验设备，包括发射机、天线、接收机、信号处理单元等。

在导师的指导下，我掌握了设备的操作方法，进行了雷达信号的发射、接收和处理实验。

3. 雷达应用领域实习期间，我了解了雷达在各个领域的应用，包括：（1）气象领域：雷达在气象预报、灾害预警、气象监测等方面发挥着重要作用。

（2）国防领域：雷达在防空、预警、侦察等方面具有广泛应用。

（3）交通领域：雷达在交通监控、导航、安全预警等方面发挥着重要作用。

（4）环保领域：雷达在环境监测、污染源追踪等方面具有广泛应用。

4. 雷达数据处理与分析实习期间，我学习了雷达信号处理的基本方法，包括滤波、匹配、谱分析等。

通过对雷达信号的实时处理，我对雷达数据进行了分析，了解了雷达在各个领域的应用。

四、实习收获1. 提高了雷达理论知识水平，掌握了雷达基本原理和系统组成。

2. 增强了实践能力，学会了雷达实验设备的操作方法。

3. 拓宽了知识面，了解了雷达在各个领域的应用。

4. 培养了团队协作精神，提高了沟通能力。

五、实习体会通过本次雷达实习，我深刻认识到雷达技术在各个领域的重要作用。

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。

雷达回波的识别与类型分析作者：姚维华于跃毕明林刘志鹏来源：《吉林农业》2016年第11期摘要：本文讲述在雷达开机时对出现的气象回波怎样能够正确识别，同时对降水回波做到正确分析，以及辽西地区各种天气形势下的回波特点。

关键词：雷达；回波；分析中图分类号： P412 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/ki.jlny.2016.21.074在雷达探测中，出现的回波是多种多样的，大致可分为气象回波和非气象回波两类，正确判断、分析各种回波，是雷达探测工作的主要任务之一。

能够对气象回波正确的识别不但对人工增雨、人工防雹和短期预报具有重要的意义，而且也能从中获取有关未来天气演变的信息和发展规律。

但对其他回波也要加以注意，因这些回波的出现，有时也能提供一些有用的情报。

1气象回波形成这类回波的直接因素是大气中云、降水中的水汽凝结物对电磁波的后向散射和大气中压、温、湿等气象要素剧烈变化引起的。

按其地面是否有降水，还可分为降水回波和非降水回波两部分。

1.1气象回波分类根据雷达回波结构特征和形状把降水回波分为以下几类：层状云降水、对流云降水、混合型降水回波。

1.1.1层状云连续性降水回波回波的一般特征通常在平显（PPI）上分布成片比较均匀，面积较大，内部无明显的块体。

在高显（RHI）上，结构比较均匀顶部比较平坦没有明显的起伏，垂直高度较低，一般在5～6公里左右但随季节的不同小有变化。

另外回波的水平尺度比垂直尺度大得多，降水持续时间较长。

通常在华北气旋、缓行冷锋系统时出现。

1.1.2对流云阵性降水回波在平显（PPI）上由许多分散的回波单体组成，这些单体随着不同的天气系统排列成带状、条状或其他形状。

回波单体结构紧密，边缘清晰，棱角分明，回波强度强，强度梯度大，回波演变快。

在高显（RHI）上这种回波单体呈柱状结构，回波顶常呈花菜状。

回波发展一般比较高，多数在6～7公里以上，但随季节及天气系统的不同差异会很大，最高可达13～14公里以上，对流云阵性降水包括阵雨、雷雨、冰雹等，常出现在冷锋、冷涡、地方性热对流天气系统上。

南京信息工程大学雷达气象学期末复习重点(总7页)本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March测雨——厘米波雷达（微波雷达） 测云——毫米波雷达 测风——风廓线雷达 测气溶胶——激光雷达 测温——声雷达 气象雷达的分类（1）按照工作原理：常规天气雷达，多普勒天气雷达，偏振天气雷达，等。

（2）按照雷达工作波段：X 波段，C 波段，S 波段，L 波段，Ka 波段，等。

（3）按照安装平台：固定式，车载移动式，船载式，机载式，星载式，等。

天线方向：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。

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。

G=10*lg （S 定向/S 各项均匀） 新一代天气雷达系统结构概述构成：发射机，天线，接收机和信号处理器。

主要功能：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数据。

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 ） 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。

思考：对于3cm 和10cm 雷达遇到半径0.1cm 的雨滴发生哪种散射？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。