双偏振相控阵雷达对比

深圳X波段双偏振相控阵雷达降水估测算法效果评估余本超;郑佳锋;张扬;刘黎平【期刊名称】《成都信息工程大学学报》【年(卷),期】2024(39)1【摘要】为验证X波段双偏振相控阵雷达的降水估测能力,利用2020年深圳市X 波段双偏振相控阵雷达探测资料和广州市S波段双偏振雷达探测资料,建立基于双偏振雷达参量强弱(即ZH、ZDR和KDP)的本地化混合降水反演方法,对不同降水使用最优的雷达参量进行定量降水估测,统计广东龙门县2016年雨滴谱观测资料,得到降水估测公式中的系数,分析不同时间、空间和降水强度下降水个例,利用本地化降水反演方法产生的定量降水估计结果与雨量计观测资料对比。

结果表明,高时空分辨率的X波段相控阵雷达可以提高降水估测精度。

X波段相控阵雷达在高时间分辨率下,其估测降水强度变化趋势和自动站观测的降水强度变化趋势一致,并且对降水强度小于40 mm/h的降水估测较为准确。

在最大观测范围内,X波段相控阵雷达能观测到低层的气象信息,其降水估测的评估结果优于S波段雷达。

X波段相控阵雷达对暴雨以下的降水估测更加准确,对暴雨以上的降水估测结果误差较大,可信度不高。

【总页数】11页(P61-71)【作者】余本超;郑佳锋;张扬;刘黎平【作者单位】成都信息工程大学大气科学学院;中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室【正文语种】中文【中图分类】P463.1【相关文献】1.深圳S波段与X波段双偏振雷达在定量降水估计中的应用2.基于激光雨滴谱的双偏振雷达定量降水估测算法应用评估3.肇庆X波段双偏振天气雷达降水估测研究4.深圳S波段双偏振和X波段双偏振相控阵雷达定量降水估测组网拼图系统介绍5.珠海X波段双偏振相控阵雷达定量降水估测产品质量评估因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

X 波段双偏振相控阵天气雷达的防雷技术要点摘要本文是关于X 波段双偏振相控阵天气雷达的防雷技术要点的论文，主要介绍了防雷技术在X 波段双偏振相控阵天气雷达中的应用和重要性。

具体内容包括X 波段雷达的特点，雷电对雷达的危害以及防雷技术的分类和应用，最后结合实例分析了X 波段双偏振相控阵天气雷达中采取的防雷措施。

关键词：X 波段，双偏振，相控阵，雷达，防雷技术AbstractThis paper is about the lightning protection technology for X-band dual-polarized phased array weather radars. It mainly introduces the application and importance of lightning protection technology in X-band dual-polarized phased array weather radars. The specific content includes the characteristics of X-band radars, the harm of lightning toradars, the classification and application of lightning protection technology, and finally the lightning protection measures adopted in X- band dual-polarized phased array weather radars are analyzed with examples.Keywords: X-band, dual-polarization, phased array, radar, lightning protection technology.一、引言天气雷达是研究天气的重要工具之一，可用于监测降水、探测风暴和预测气象变化等。

双线偏振雷达和相控阵天气雷达技术的发展和应用刘黎平;胡志群;吴翀【摘要】分析了美国下一代天气雷达WSR-88D的偏振技术升级改造进展情况、以及相控阵天气雷达的发展现状，讨论了这两项技术在灾害天气监测和预警中的作用，特别对在降水估测、相态识别、龙卷识别和预警中的影响。

指出了我国双线偏振雷达和相控阵天气雷达的现状和发展趋势，讨论了新技术应用效果，为这两项技术的进一步应用提供了参考。

%The Polarimetric upgrades to NEXRAD radar (WSR-88D) and development of phased-array radar in USA are reviewed, the application of the two radars on watching and warning of severe weather are analyzed, especially in quantitative precipitation estimate (QPE) and hydrometer classiifcation of dual polarization radar, tornado watching and warning with phased-array radar. The current status and development of dual polarization radar and phased-array radar in China are presented in this paper. This paper is value for application of these two kinds of radars.【期刊名称】《气象科技进展》【年(卷),期】2016(006)003【总页数】6页(P28-33)【关键词】双线偏振雷达;相控阵天气雷达;降水估测和相态识别;龙卷监测和预警【作者】刘黎平;胡志群;吴翀【作者单位】中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京 100081;中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京 100081;中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京 100081【正文语种】中文中国气象局已经建设的新一代天气雷达业务网在灾害天气监测、短时临近预报、人工影响天气、水文和地质灾害以及军事气象等方面发挥了重要作用，其探测能力与美国的下一代天气雷达（WSR-88D）相当。

双发双收双偏振天气雷达差分反射率工程标定方法1. 前言嘿，朋友们，今天咱们来聊聊一个听起来挺高大上的话题：双发双收双偏振天气雷达的差分反射率工程标定方法。

别担心，我会尽量把这个听上去像外星人语言的内容，讲得简单明了，让你能跟着我一起走进这个神奇的世界。

首先，咱们得知道，天气雷达可不是那种我们平时在电视上看到的天气预报图，哎呀，它可是大展身手，能帮我们深入了解天气的变化，尤其是那些复杂多变的气象现象。

2. 天气雷达的基本原理2.1 双发双收的秘密在咱们进入正式的标定方法之前，先来聊聊这个“双发双收”到底是什么。

简单来说，双发就是雷达能够同时发出两种不同的波形，而双收则是它可以同时接收到这两种波形的回波。

听起来很牛吧？这就像是你同时听两首歌，却能把每首歌的旋律和歌词都听得清清楚楚。

这样的设计让雷达在探测天气的时候，能够更好地识别雨滴、雪花这些小家伙，甚至还能区分出它们的形状和大小，真是神奇！2.2 偏振的魔力接着咱们说说偏振，简单地讲，偏振就像是给雷达的波形穿上了“特殊的衣服”。

通过偏振，雷达可以了解天气中的水滴是怎样的，这对咱们判断降水类型、强度都有着至关重要的作用。

比如，偏振可以帮我们分清楚是雨还是雪，是小雨还是大暴雨，这可太重要了！想象一下，如果你出门时能准确知道明天会不会下雨，那绝对是省去了不少麻烦，谁也不想在大雨中淋成落汤鸡，对吧？3. 差分反射率的工程标定方法3.1 标定的必要性好啦，咱们进入正题——差分反射率的标定。

为什么要标定呢？就像一把锋利的刀，要时常磨一磨才能切得更顺利，雷达也得定期校准才能确保数据准确。

想象一下，如果你的雷达像个刚睡醒的熊猫，数据一会儿高一会儿低，那可真是让人哭笑不得。

通过标定，我们可以消除各种系统误差，让雷达工作得更精准，这样我们就能更好地预测天气，及时发布预警。

3.2 标定的方法步骤那么，具体怎么标定呢？首先，我们得找一个标准的参考物，通常会使用一些特定的目标，比如玻璃球或者其他均匀的水滴。

民航机场天气雷达现状及应用需求分析民航青海空管分局 马伊清随着民航快速发展，机场天气雷达从最初的常规雷达发展到多普勒天气雷达、双偏振天气雷达、相控阵天气雷达，在北京新机场安装的正是相控阵气象雷达；在众多硬件探测技术更迭和产品更新中，作为信号数据源提供给预报员和驻场相关用户业务使用的天气雷达产品却缺乏多样性，明显不符合民航气象的业务规划需求，同时在高端硬件配置和探测性能方面存在一定的过剩和冗余。

青海机场属于高原机场，天气十分复杂，气候变化非常恶劣。

因此，关注和了解气象雷达的发展变得比较迫切。

本文通过对气象雷达现状和应用进行分析，对我局天气雷达的投入建设和实际应用提供部分参考意义。

1.民航机场天气雷达的现在目前，民航机场气象雷达主要使用的是强度、速度、谱宽等相关产品，各个站点上传提供用户的是单一仰角的PPI强度图。

而由于雷达在不同仰角的方位遮蔽角不同，因此在提供给用户使用产品时，如果选择低仰角，在部分方位上可能因为存在遮挡造成较高地方探测不到回波信息。

如果选高仰角，在雷达距离远处会探测不到低空相关区域的回波或因为充塞率偏低造成反射率偏弱。

针对此种现象，气象业务人员可以通过体扫方式查看不同高度回波，不影响预报工作。

而对管制人员和航空公司业务人员来讲，由于只能看到单一仰角，当机组反应某个高度有强回波时，管制员看到雷达图显示没有回波或很弱。

因此，开发相应的雷达产品成为未来发展方向。

天气雷达软硬件技术在近些年来有很大发展，主要有双极化相控阵气象雷达( DP-PAWR) 、相控阵气象雷达 ( PAWR) 和固态气象雷达(SSWR)等典型主要新型气象雷达。

其中DP-PAWR是最先进的双极化气象雷达，用于对气象进行快速、可靠观测，弥补目前单极化 PAWR的缺点，PAWR 是一种先进的气象雷达，适用于观测对流云高空时的分辨率。

这种雷达能在1 min 内进行全立体扫描，而传统抛物线天线雷达的扫描时间要超过5 min，而SSWR 配备的半导体发射机采用双极化能力，性能稳定，适用于精确降雨观测。

Science &Technology Vision 科技视界0引言随着天气预报在航空安全保障中的作用越来越重要,航空客户对提供的天气预报准确性要求也越来越高。

常规天气雷达只能测量气象目标的距离和强度,多普勒天气雷达通过测量降水粒子的反射率、速度和谱宽的分布,实现对降雨的预报和探测,但不能区分各种降雨类型。

双偏振天气雷达利用极化技术和降水粒子回波的极化特性,通过发射水平和垂直极化电磁波,接收与发射共极化的回波,测量雷达的反射率因子Z H 、反射率差Z DR 、传播相移差和相关系数ρHV (0)等参数,估算出降水粒子的形状,尺寸和指向角的分布情况,进行降水的分类和识别。

本文对双偏振天气雷达的探测原理和方法进行了分析。

1双偏振天气雷达的探测参数在双偏振天气雷达中,发射的是水平和垂直极化的电磁波,接收与发射共极化的回波信号。

目标矩阵为S,入射矩阵为E i ,散射矩阵为E r ,则E r =SE i1.1水平反射率与常规天气雷达一样,双偏振天气雷达也通过测量回波的水平反射率来识别降水粒子,雷达水平反射率Z H 的定义如下:其中,λ为雷达发射的电磁波的波长,D 为降水粒子的等效直径,|K|2为粒子的介电常数,N(D)为滴谱分布关系。

1.2水平和垂直反射率差降水粒子对于水平和垂直极化电磁波的后向散射截面不同,因而水平和垂直反射率之间存在差异,不同的降水粒子的反射率差不同,通过测量反射率差,可以进行降水粒子的识别。

反射率差Z DR 的定义如下:其中,Z H 、Z V 为水平和垂直极化下的反射率因子,σH (D)、σV (D)分别是雷达的后向散射截面积,D max 、D min 分别为最大和最小的粒子的直径。

对于雪团和冰雹,测得的Z DR 大于0或小于0。

在冰雪中随机取向的冰雹子,在下落过程中具有相关对称的不规则的抖动,粒子的这种各向异性的最终结果是引起Z DR 接近于0。

1.3特殊传播常数差电磁波在穿过降水媒介时传播常数发生了变化,在水平和垂直极化方式下,传播常数是有差异,特殊传播常数差为:其中,k 0为自由空间传播常数,N(D)为滴谱分布,Re()表示取复数的实部。

23农业灾害研究2022，12（12）Application of X-bandDual Polarization Phased Array Radar in Two Heavy Rainfall Processes in 2021 SummerWANGLi (XuchangMeteorologicalBureau, Xuchang, Henan 461000)Abstract This paper selects conventional meteorological data, NCEP global analysis data and other data, mainly analyzes the application of X-band dual polarized phased array radar in the two processes of continuous regional heavy rain in Xuchang on July 19-22, 2021 and short-term heavy rain in Xuchang on July 16, 2021. The results show that the vertical refinement capability of phased array radar has greatly improved the accuracy of important radar products, including VIL, precipitation estimation, hail index and storm identification and early warning.Key words X-band; Radar; Strong preci-pitation; CirculationX 波段双偏振相控阵雷达在2021年夏季2次强降水过程中的应用汪 莉许昌市气象局，河南许昌 461000摘要 选择常规气象资料、NCEP 全球分析资料等资料，分析X 波段双偏振相控阵雷达在2021年7月19—22日许昌持续区域性大暴雨和2021年7月16日许昌局地短时强降水2次过程中的应用。

浙中一次短时大暴雨的双偏振雷达特征分析浙中一次短时大暴雨的双偏振雷达特征分析近年来，随着气候变化的加剧，大暴雨事件频繁发生，对于防灾减灾和城市规划提出了更高的要求。

双偏振雷达作为一种重要的天气观测仪器，可以提供高分辨率的降水信息，对于短时大暴雨的监测和预警具有重要的意义。

本文将以一次发生在浙中地区的短时大暴雨为例，对其双偏振雷达特征进行分析。

该次短时大暴雨发生在2021年6月15日的晚间，为期约1小时。

通过分析双偏振雷达的反射率、差分反射率和相位等参数，可以获取大暴雨过程中降水的细节信息。

首先，通过反射率参数可以观察到降雨云体的整体分布情况。

反射率高值区域通常代表着降雨云体的积聚和发展，而较低的反射率则代表着相对较轻的降水。

在该次大暴雨中，双偏振雷达观测到了明显的反射率高值区域，集中分布在浙中地区。

这些高反射率区域展示了降雨云体的活动集中和积聚，并且随着时间的推移，反射率值逐渐增加，显示出降水逐渐加强的趋势。

其次，差分反射率参数可以提供云滴和降水颗粒的类型信息。

差分反射率正值通常表示大型降水粒子的存在，而负值则表示云滴等小型颗粒。

通过观察该次大暴雨的差分反射率图像，可以看到在降雨集中区域附近存在着较大的正值区域，表明存在大型降水粒子的出现，进一步验证了降雨的强度。

另外，利用双偏振雷达的相位信息可以分析降水颗粒的运动行为。

相位一般反映了降水颗粒的运动状态和速度。

在该次大暴雨中，相位的变化较为明显，显示出了降雨系统中降水颗粒的快速运动和聚集的趋势。

通过比较不同高度下的相位图像，还可以分析降水颗粒在不同纵深上的垂直对流情况，这对于了解降雨系统的垂直结构有重要意义。

综上所述，通过对浙中一次短时大暴雨的双偏振雷达特征进行分析，我们可以获取到丰富的降水信息。

反射率参数可以提供降雨云体的整体分布情况，差分反射率可以揭示降水颗粒的类型特征，而相位信息可以分析降水颗粒的运动状态。

这些特征分析对于对于大暴雨的监测和预警具有重要的意义，为城市防洪和灾害减灾提供了重要依据。

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。

doi:10.11676/qxxb2023.20220156气象学报深圳S波段双偏振和X波段双偏振相控阵雷达定量降水估测组网拼图系统介绍*张 哲1 戚友存2,3 兰红平4 朱自伟2,3 曾庆锋4罗 鸣1 刘爱明1 宗 蓉1ZHANG Zhe1 QI Youcun2,3 LAN Hongping4 ZHU Ziwei2,3 ZENG Qingfeng4LUO Ming1 LIU Aiming1 ZONG Rong11. 深圳市国家气候观象台，深圳，5180402. 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室，北京，1001013. 中国科学院大学，北京，1008644. 深圳市气象局，深圳，5180401. Shenzhen National Climate Observatory，Shenzhen 518040，China2. Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Processes，Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，China3. University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100864，China4. Meteorological Bureau of Shenzhen Municipality，Shenzhen 518040，China2022-09-16收稿，2022-11-27改回.张哲，戚友存，兰红平，朱自伟，曾庆锋，罗鸣，刘爱明，宗蓉. 2023. 深圳S波段双偏振和X波段双偏振相控阵雷达定量降水估测组网拼图系统介绍. 气象学报，81（3）：506-519Zhang Zhe， Qi Youcun， Lan Hongping， Zhu Ziwei， Zeng Qingfeng， Luo Ming， Liu Aiming， Zong Rong. 2023. Introduction to a radar mosaicking system for quantitative precipitation estimation based on the S-band and X-band phase-array polarimetric radars in Shenzhen. Acta Meteorologica Sinica， 81（3）:506-519Abstract Local heavy precipitation caused by severe convection often results in urban waterlogging, causing catastrophic economic losses and hampering people's life and property security. To strengthen the warning ability for urban waterlogging and improve the accuracy of forecasting for urban waterlogging as well as spatial resolution of urban waterlogging risk products, it is imperative to develop high-accuracy and high spatiotemporal resolution precipitation surveillance product. In this paper, we introduce the Shenzhen quantitative precipitation estimation (QPE) mosaicking system with the observations of one S-band polarimetric radar and two X-band polarimetric phase-array radars in Shenzhen. This system comprises 4 modules: (1) non-meteorological echo identi-fication and removal; (2) calculation of hybrid tilt; (3) estimation of rain rate with single radar observations; and (4) mosaicking of rain rate for multi radars. Using the system described in this paper, new QPE products with temporal resolution of 1 min and spatial resolution of 30 m can be generated. The quality of the new QPE product is evaluated against observations of rain gauges and compared with operational QPE product. Results suggest the new QPE product is better than the operational QPE product. It provides more accurate and stable precipitation estimation result.* 资助课题：国家重点研发计划项目（2022YFC3002904、2018YFC1507505、 2017YFC1501904）、中国科学院A类战略性先导科技专项（XDA2006040101） 、中国科学院百人计划项目、广东省对接国家重大科技项目（广东省重点领域研发计划项目）（2020B1111200001-09）、河南省级科技研发计划联合基金（应用攻关类）项目（222103810094）。

双偏振雷达工作原理双偏振雷达是一种新型的雷达技术，它采用两个方向不同的线极化波束发送和接收信号，可用于气象、海洋、电力等领域的观测和探测，具有精度高、解决距离远、抗干扰能力强等优点。

下面就来介绍一下双偏振雷达的工作原理。

一、双偏振雷达概述双偏振雷达是一种利用偏振特性进行目标测量的雷达系统。

它采用双线极化天线，向目标发送两个正交方向的偏振波束，即一垂直于水平方向，一垂直于垂直方向，接收反射回来的信号，测量出其极化特性及散射强度等信息，实现对目标的识别、定位、跟踪等功能。

二、双偏振雷达信号产生原理1、波束形成原理双偏振雷达发射端采用多个天线阵列，通过多径信号处理技术，对发射波束进行形成。

波束形成是指将多个独立的天线组合成一个可调方向和宽度的独立波束，可以提高雷达系统的距离精度和方向精度。

2、偏振发射波产生原理双偏振雷达发射端采用正交线极化方式，同时向目标发射两个正交方向的电磁波。

例如，采用水平方向极化波H和垂直方向极化波V。

将二者合成，形成左旋圆极化波和右旋圆极化波。

双线极化雷达通常采用基于波导耦合器的方式，将两路信号耦合到天线中，实现正交偏振发射。

3、偏振接收信号产生原理双偏振雷达接收端采用同样的正交线极化方式，接收目标散射回来的电磁波。

对接收波进行相位、幅度、频率处理，然后通过多径信号处理技术进行波束合成，提高信噪比和解决距离远的问题。

三、双偏振雷达工作原理1、信号发射与接收双偏振雷达工作时，发射端分别向目标发射两个正交方向的波束，接收端采用同样的正交线极化方式，接收目标散射回来的电磁波。

接收端将接收到的信号分别进行相位、幅度、频率处理，然后再次合成成一部分信息。

2、目标散射双偏振雷达发射的电磁波束击中目标时，会被目标反射，并散射到各个方向。

由于目标的物理特性不同，反射的电磁波的偏振状态也不同，因此每个目标反射回来的电磁波的极化状态也不同。

3、散射回波分析双偏振雷达接收到目标反射回来的信号后，可分析回波的偏振状态来判断目标物理特性。