南京雷达气象与强天气开放实验室

吴焕萍：见证GIS在中央气象台的应用历程GIS(Geographic Information Systems,地理信息系统)是一门近年发展起来的多种学科交叉的信息分析技术，在气象信息化建设中发挥了重要的作用。

通过我五年的一线工作经历，见证了以MESIS应用为主的GIS技术在中央气象台应用与发展的历程，在这里要特别感谢所有关心和帮助过我们的领导和同事，有了他们的支持才使得GIS应用发展一步一步深入，渐入佳境，所经历的那些事儿也自然成了我们开发团队（罗兵、吴焕萍、唐卫、郑卫江、吕终亮、郑金伟）最美好的记忆。

在此谨以此文纪念中央气象台成立六十周年。

艰难起步 GIS利器小试牛刀初显锋芒2005年7月，我从北京大学博士毕业后来了国家气象中心（中央气象台）预报系统开放实验室工作。

按照系统室罗兵主任的总体安排，我被分配到曹姐（曹莉）的开发小组实习，当时她正在负责面雨量预报服务系统开发，技术路线采用了ESRI公司的轻量级GIS组件MapObject，算是专业对口了。

经过三个月左右时间的接触，知道了曹姐是一个细心、认真、负责并具有丰富开发经验的人，也开始渐渐的进入工作状态。

也就在此时，我了解到了中央气象台已经购买了ESRI公司的ARCGIS产品，也了解到农业气象、交通气象方面也有了一些基于桌面（DESKTOP）的初步应用。

在尽力了解、思索GIS能在气象领域发挥什么作用的同时，我也注意到了只有好好地补习一下气象方面的基础知识才可能真正做出一些成果。

于是在配合曹姐工作的同时，利用网络等媒体收集了一些气象资料进行快餐式的恶补。

时间很快到了2005年底，罗主任安排我从事以面向决策气象服务为业务目标的原型系统建设。

结合未来GIS技术的发展方向，我果断决定采用ArcEngine 作为GIS平台进行二次开发。

ArcEngine尽管代表了未来组件式开发方向，但它却只是刚刚推出的新产品，再加上我在博士硕士期间也主要做的底层GIS平台与关键算法研发，对ArcEngine的开发并不太了解，于是在罗主任的支持下，我找来了已经在公司上班的硕士同学朱春华来协助走出第一步（公司往往有些技术是走在最前列的）；此时的曹姐已经安排进入MICAPS3.0版本的前期调研工作了，只能从需求上把关，幸好也得到了决策服务中心（现气象服务室）张建忠等同事在需求方面很好的讨论与帮助。

风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用风廓线雷达资料在强对流天气预报中的应用近年来，随着气候变化的影响，强对流天气频繁发生，给人们的生产生活带来了巨大的影响和威胁。

预测和预警强对流天气成为了气象科研和应用中的一大挑战。

传统的天气预报模式在强对流天气预报上存在着一定的局限性，因此，寻找更加有效和精确的预报手段显得尤为重要。

风廓线雷达作为一种新兴的观测技术，具备了高时空分辨率、多参数获取等特点，在强对流天气预报中发挥着重要的作用。

其能够获取大气中空间的风场竖直分布，通过分析风场的变化来预测和评估强对流天气的形成和发展情况。

接下来将从风廓线雷达测量原理、数据处理、常见强对流天气及其预警等方面来探讨风廓线雷达在强对流天气预报中的应用。

首先，风廓线雷达通过利用微波辐射和散射原理来对大气中的水汽和气溶胶进行探测和分析。

它通过测量对流运动中微尺度涡旋，来监测和研究强对流天气的动力学过程。

其高时空分辨率的特点，使其能够提供准确的风场资料，有助于预测和研究强对流天气的发展趋势。

其次，风廓线雷达获取的数据需要经过一系列的处理和分析才能得到有用的信息。

数据处理包括噪声去除、径向速度和谱宽的计算、资料回波的展示等工作。

而风廓线雷达能够获取到的多种参数信息，包括径向速度、谱宽、波形反射率系数等，对强对流天气的预报和研究有着重要的意义。

在强对流天气的预测中，风廓线雷达能够提供大量的资料，如对流风暴的位置、强度以及动力学特征等。

其中，它对于积云的观测和预报有着独特的优势。

通过实时观测积云的风场变化，可以预测积云增长和发展过程中的强对流活动，提前发布预警信息，减轻可能的灾害和损失。

此外，风廓线雷达还可以用来观测和分析雷暴中的强风、冰雹等天气现象。

通过观测冰晶颗粒的风速和大小，可以判断冰雹的发生和发展趋势，提前做出预警预报，以保护人们的生命财产安全。

同时，强风也是强对流天气中常见的现象，通过观测强风的风速和分布，可以提前预警并采取相应的防范措施。

使用气象雷达进行天气监测与预报的方法与技巧气象是人类生活中重要的一部分，天气状况直接影响着我们的出行、活动和生产等各个方面。

为了更好地了解气象情况，科学家们发明了气象雷达。

气象雷达是一种能够探测大气中的云雨、降水和天气形势的设备，它通过发射和接收回波的方式来获取天气数据。

在这篇文章中，我们将介绍使用气象雷达进行天气监测与预报的方法与技巧。

首先，气象雷达可以通过回波的反射和散射特性来判断云雨水量的多少和降雨的类型。

雷达回波的强度反映了降水的情况，而回波的形态则可以显示降水的类型，如雨、雪、冰粒子等。

通过分析不同区域和高度的回波特征，可以确定降水带的位置和移动趋势，从而更准确地预测降雨时间和降雨强度。

其次，气象雷达还可以探测到风暴的特征和强度。

当发生雷暴时，雷达可以捕捉到闪电等电磁信号，并通过计算雷达回波和闪电之间的关系，确定风暴的性质和强度。

这对于预测风暴的移动路径、持续时间和可能的影响范围非常重要。

根据雷达提供的风暴信息，气象部门和相关机构可以及时发布预警信息，以保护人们的生命和财产安全。

除了降水和风暴，气象雷达还可以用于监测其他天气现象，如冰雹、龙卷风、暴雪等。

当这些天气现象发生时，雷达会显示明显的回波信号，从而提醒相关部门和人们做好防范措施。

通过整合气象雷达和其他气象观测手段，可以实现全天候、全方位的天气监测和预报，提高气象预测的准确性和可靠性。

在使用气象雷达进行天气监测与预报时，有一些技巧是需要注意的。

首先，了解雷达回波的特征和解读回波图像的基本知识是必不可少的。

熟悉不同颜色代表的回波强度和不同形态对应的天气类型，可以帮助我们更好地理解和分析雷达图像。

其次，掌握雷达图像的时间和空间分辨率，了解其雷达站点的覆盖范围和扫描模式是很重要的。

不同的雷达站点和扫描模式可能会导致图像的畸变和遗漏，因此在分析和使用雷达图像时要有所考虑。

另外，与气象雷达相关的数据处理和模型技术也在不断发展。

利用雷达反演算法和数值模拟方法，可以从雷达回波中提取出更多的天气参数信息，如降水强度、垂直降水分布、风场等。

新一代天气雷达网资料的三维格点化及拼图方法研究
新一代天气雷达网资料的三维格点化及拼图方法研究
文中研究了几种把球坐标系下的雷达网反射率体扫资料插值到统一的笛卡尔坐标系下的经纬度网格上以及用多个雷达的反射率网格资料进行三维拼图的方法,并对多个雷达同步观测的'反射率因子的空间一致性、系统误差以及雷达等距离线上回波的水平和垂直结构进行了分析.结果发现:在雷达资料格点化过程中,径向和方位上的最近邻居法和垂直方向的线性内插法的结合(NVI方法)是一种有效的雷达资料分析方法,它既能得到空间比较连续的反射率分析场,同时也较好地保留了体扫资料中原有的反射率结构特征;广州雷达和梅州雷达同步观测的空间一致性比较好;在多个雷达资料合成拼图的过程中,距离指数权重平均法能提供空间连续的三维反射率拼图数据,拼图也减轻了由雷达波束几何学引起的各种问题.
作者：肖艳姣刘黎平 Xiao Yanjiao Liu Liping 作者单位：肖艳姣,Xiao Yanjiao(中国气象科学研究院,灾害天气国家重点实验室,北京,100081;南京信息工程大学,南京,210044;中国气象局武汉暴雨研究所,武汉,430074)
刘黎平,Liu Liping(中国气象科学研究院,灾害天气国家重点实验室,北京,100081)
刊名：气象学报ISTIC PKU 英文刊名：ACTA METEOROLOGICA SINICA 年，卷(期)：2006 64(5) 分类号：P4 关键词：雷达网反射率三维拼图 NVI内插方法距离指数权重平均。

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。

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。

雷达技术在气象观测和环境监测中的应用概述：雷达技术是一种利用电磁波对目标进行探测与测量的技术。

在气象观测和环境监测领域，雷达技术被广泛应用于天气预报、气象灾害预警、空气质量监测等方面。

本文将介绍雷达技术在气象观测和环境监测中的应用，并探讨其优势和挑战。

一、雷达在气象观测中的应用1. 天气预报与短时预警雷达技术通过探测大气中的水汽、云、雨、雪等天气要素，可以提供高时空分辨率的降水数据，准确预报各类天气现象。

雷达还可以实现对强风、冰雹、龙卷风等极端天气的预警，提高公众对气象灾害的防范能力。

2. 降雨量测算和洪水预警通过雷达反射率与降水强度的关系，可以实时测算出降雨量分布。

结合地理信息系统和水文建模技术，可以准确预测洪水的形成与发展趋势，提前采取防洪措施，保护人民生命财产安全。

3. 风场测算和大气层结监测通过雷达测量大气中的射频回波信号，可以获取风场的垂直剖面和水平分布，为气象预报模型提供重要输入数据。

另外，雷达技术还能检测出大气中的湍流、雾霾等对空气质量有重要影响的参数，提供大气层结监测。

二、雷达在环境监测中的应用1. 空气质量监测雷达技术可以应用于空气中的颗粒物浓度监测和颗粒物成分分析。

通过测量颗粒物的回波信号强度，可以估算出空气中悬浮颗粒物的浓度，并划分出不同粒径的颗粒物。

这对于研究空气污染来源、评估空气质量和制定环保政策具有重要意义。

2. 雾霾监测与排污源追踪雷达技术能够对雾霾进行实时监测和分析，提供雾霾扩散的动态图像和空间分布信息。

此外，通过分析不同颗粒物的回波特征，雷达还可以追踪和定位工业排污源，有助于加强环境监管和污染治理。

3. 生物多样性监测雷达技术不仅可以探测天空中的降水和云层，还能探测到昆虫、鸟类等生物体。

通过监测空中的昆虫迁飞和鸟类迁徙等行为，可以研究物种的多样性、种群数量和分布等生态学问题，为保护生物多样性提供科学依据。

优势和挑战：雷达技术在气象观测和环境监测中具有诸多优势，包括高时空分辨率、全天候监测能力、无侵入性等。

天气雷达简介一、概述天气雷达是探测大气中气象变化的千里眼、顺风耳。

天气雷达通过间歇性地向空中发射电磁波 (脉冲)，然后接收被气象目标散射回来的电磁波(回波) ，探测400 多千米半径范围内气象目标的空间位置和特性，在灾害性天气，尤其是突发性的中小尺度灾害性天气的监测预警中发挥着重要的作用。

天气雷达主要由天线、馈线、伺服、发射机、接收机、信号处理、产品生成、显示终端等组成。

天线：发射/ 接收电磁波馈线：传导电磁波伺服：天线等的运转发射机：产生电磁波接收机：接收处理电磁波信号处理：处理回波信息产品生成：根据算法，生成应用产品/控制雷达显示终端：显示产品、控制雷达目标距离的测定：由电磁波的传播速度(近似v=c) 和探测脉冲与回波信号之间的时间间隔△ t来确定。

r=c △ t /2 (1.1) 通常，时间间隔以卩s为单位，故上式可写成：r=0.15 △ t(km)或r=150 △ t (m) (1.2)目标方位角和仰角的测定:目标的方位角和仰角的测定是依靠天线的方向性来实现的。

天气雷达的天线具有很强的方向性，它能将探测脉冲的能量集中地向某一方向发射。

同样，它也只能接收沿同一方向来的回波信号。

所以，只有当天线对准目标时，才能接收到目标的回波信号。

根据这一原理，当发现目标时，天线所在的方位角和仰角就是目标相对于雷达的方位角和仰角。

目标特性的测定: 气象目标对雷达电磁波的散射是雷达探测大气的基础。

降水回波：云、降水粒子的散射。

随相态、几何形状不同而异，雷达回波功率是由有效照射体积内所有气象目标产生的。

晴空回波：在大气中的无云区或很小粒子所组成的云区探测到回波。

气象条件两种：一是大气中存在折射指数不均匀的区域，即湍流大气造成了对雷达波的散射；二是分层大气中存在折射指数垂直梯度很大的区域，即大气对雷达波造成了镜式反射。

多普勒速度探测：多普勒雷达发射出的电磁波，遇到运动的目标物后，返回信号产生频率漂移，从而可导出目标物相对于雷达运动的径向速度。

气象雷达在天气预报中的应用在现代天气预报中，气象雷达扮演着至关重要的角色。

它就像是天气预报员的“千里眼”，能够帮助我们窥探大气的奥秘，提前洞察天气的变化。

气象雷达的工作原理基于电磁波的反射和散射。

雷达向大气中发射电磁波脉冲，当这些脉冲遇到降水粒子、云滴、冰晶等目标物时，会发生反射和散射。

通过接收和分析返回的信号，我们可以获取有关目标物的位置、强度、速度等信息。

气象雷达在监测降雨方面表现出色。

它能够准确地探测到降雨区域的范围、强度和移动方向。

对于强降雨区域，雷达能够及时发出警报，为可能出现的洪涝灾害提供早期预警。

通过连续观测，还可以追踪降雨系统的发展和演变，帮助预报员预测降雨的持续时间和结束时间。

除了降雨，气象雷达在监测台风方面也发挥着关键作用。

台风是一种破坏力极强的天气系统，其中心附近风力巨大，伴有狂风暴雨。

气象雷达可以监测到台风的中心位置、眼壁结构、螺旋雨带等特征。

通过对这些信息的分析，预报员能够准确预测台风的路径、强度变化以及可能带来的风雨影响，为政府和民众采取防范措施争取宝贵的时间。

在监测雷暴方面，气象雷达同样不可或缺。

雷暴是一种伴有雷电、强风和冰雹的剧烈天气现象。

雷达可以探测到雷暴云的发展和移动，提前预警可能出现的危险天气。

对于航空领域来说，这一点尤为重要。

飞行员可以根据雷达提供的信息避开雷暴区域，确保飞行安全。

气象雷达还能够监测到大气中的风场信息。

通过多普勒效应，雷达可以测量降水粒子的运动速度，进而推算出大气中的风速和风向。

这对于预测大风天气、气流变化以及大气环流的演变具有重要意义。

此外，气象雷达在短时临近天气预报中具有独特的优势。

与传统的天气观测手段相比，它能够提供高时空分辨率的实时数据。

在几分钟到几小时的时间尺度内，准确预测局部地区的天气变化，如突发的强对流天气、局地暴雨等。

这为公众的日常出行、户外活动以及应急管理部门的决策提供了及时、有效的参考。

然而，气象雷达也并非完美无缺。

它的探测范围和精度会受到地形、障碍物以及电磁波传播条件的影响。