radar

1、天氣雷達簡介天氣雷達簡介一、概一、概一、概一、概述述天氣雷達是探測大氣中氣象變化的千里眼、順風耳。天氣雷達通過間歇性地向空中發(fā)射電磁波（脈沖），然后接收被氣象目標散射回來的電磁波（回波），探測400多千米半徑范圍內(nèi)氣象目標的空間位置和特性，在災害性天氣，尤其是突發(fā)性的中小尺度災害性天氣的監(jiān)測預警中發(fā)揮著重要的作用。天氣雷達主要由天線、饋線、伺服、發(fā)射機、接收機、信號處理、產(chǎn)品生成、顯示終端等組成。天線：發(fā)射接收電磁波饋線：傳導電磁波伺服

2、：天線等的運轉(zhuǎn)發(fā)射機：產(chǎn)生電磁波接收機：接收處理電磁波信號處理：處理回波信息產(chǎn)品生成：根據(jù)算法，生成應用產(chǎn)品控制雷達顯示終端：顯示產(chǎn)品、控制雷達目標距離的測定：由電磁波的傳播速度(近似v=c)和探測脈沖與回波信號之間的時間間隔Δt來確定。r=cΔt2(1.1)通常，時間間隔以μs為單位，故上式可寫成：r=0.15Δt(km)或r=150Δt(m)(1.2)目標方位角和仰角的測定:目標的方位角和仰角的測定是依靠天線的方向性來實現(xiàn)的。天氣雷

3、達的天線具有很強的方向性，它能將探測脈沖的能量集中地向某一方向發(fā)射。同樣，它也只能接收沿同一方向來的回波信號。所以，只有當天線對準目標時，才能接收到目標的回波信號。根據(jù)這一原理，當發(fā)現(xiàn)目標時，天線所在的方位角和仰角就是目標相對于雷達的方位角和仰角。目標特性的測定:氣象目標對雷達電磁波的散射是雷達探測大氣的基礎。降水回波：云、降水粒子的散射。隨相態(tài)、幾何形狀不同而異，雷達回波功率是由有效照射體積內(nèi)所有氣象目標產(chǎn)生的。晴空回波：在大氣中的無

4、云區(qū)或很小粒子所組成的云區(qū)探測到回波。氣象條件兩種：一是大氣中存在折射指數(shù)不均勻的區(qū)域，即湍流大氣造成了對雷達波的散射；二是分層大氣中存在折射指數(shù)垂直梯度很大的區(qū)域，即大氣對雷達波造成了鏡式反射。多普勒速度探測：多普勒雷達發(fā)射出的電磁波，遇到運動的目標物后，返回信號產(chǎn)生頻率漂移，從而可導出目標物相對于雷達運動的徑向速度。多普勒譜概述：多普勒天氣雷達除了測量回波信號的平均功率之外，還要對回波信號的場強作頻譜分析。進行頻譜分析可以得到以多普

5、勒頻率為函數(shù)的后向散射功率。這個函數(shù)稱為多普勒譜。在每個頻率間隔內(nèi)的回波功率，是運動速度相應于這個頻率間隔的降水粒子的回波功率之和。利用波長與頻率的關系式可以得到降水粒子的徑向速度譜。根據(jù)徑向速度譜可以計算目標的平均多普勒速度和速度的方差。從中可以進一步了解降水粒子的滴譜分布和降水粒子所在氣層的大氣湍流情況。多普勒天氣雷達的應用1.探測降水區(qū)中氣流的垂直速度平均值天線垂直指向天頂?shù)亩嗥绽仗鞖饫走_，可以測量降水粒子的平均多普勒速度由于多普

6、勒速度V是降水粒子降落末速度和氣流的垂直速度之和，所以，若已知降水粒子在靜止大氣中的降落速度，即可確定氣流的垂直速度。2.雨滴譜的測量不同大小的降水粒子具有不同的降落末速度，產(chǎn)生的回波功率也不同。利用垂直指向的多普勒天氣雷達可以測定回波信號的多普勒譜。若已知氣流的垂直速度，則由多普勒速度減去垂直速度，可以得到回波隨降水粒子末速度的分布。3.湍流的估計多普勒譜的寬度是由下列四個因素決定的：降水粒子的末速度、空氣的湍流譜、波束截面上風速的垂

7、直切變、波束寬度的影響?？偟淖V寬方差是上述四個因素產(chǎn)生的方差之和。因此，當多普勒雷達的波束寬度小于1，并進行垂直指向探測時，總的方差就由降水粒子末速度的散布和被測體積中小尺度的空氣湍流的垂直分量所引起。若確定了第一個因子，則測定了總的方差，就可以推出空氣的湍流情況。四、雙偏振天氣雷達四、雙偏振天氣雷達四、雙偏振天氣雷達偏振又叫極化，它是指電磁波的電場或磁場的方向。雙偏振天氣雷達利用不同降水粒子的形狀、尺寸、軸長、入射電場與粒子指向的夾角

8、、材料的介電常數(shù)等對極化回波的影響不同來估算降水粒子的形狀、尺寸、指向角等特征，來實現(xiàn)對降水進行分類與識別的。雙偏振天氣雷達測量反射率因子ZH、反射率因子差ZDR、傳播常數(shù)差KDP、零延時的相關系數(shù)?HV(0)和線性退極化比LDR等參數(shù)來識別降水粒子類型的。反射率因子ZH，不僅取決于粒子的尺寸和形狀，而且與單位體積的粒子數(shù)和介電常數(shù)有關，由于形狀因子的作用遠不及于粒子的幾何尺寸D，因此在進行粒子的識別和降雨率的測量時，主要通過反射率的大

9、小進行判別和反演。常規(guī)天氣雷達就是利用反射率因子來判別降水大小和類型的。水平、垂直極化下的反射率因子差ZDR與兩種極化下的后向散射截面有關，取決于粒子的形狀和介電常數(shù)有關，對于不同的粒子，ZDR則不同。對于球形粒子，反射率差ZDR為0，偏心率e越大，ZDR越偏離0dB。傳播常數(shù)差KDP不僅取決于粒子的形狀、尺寸，而且與入射角有密切的關系，因此可以通過KDP對粒子進行識別。對球形粒子，傾角可看作α=0，KDP=0。對其它形狀粒子，KDP?