氣象雷達(dá)在監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)性天氣中分析應(yīng)用研究2

1、2.4激光天氣雷達(dá)激光天氣雷達(dá)激光雷達(dá)對(duì)大氣的探測(cè)，主要是通過(guò)分析由激光器發(fā)射的激光與大氣中的折射率不均勻?qū)右约坝龅綒馊苣z等大氣粒子后，產(chǎn)生的后向散射(回波信號(hào))而得到的大氣一些物理參數(shù)，如風(fēng)速、大氣溫度、大氣密度等。根據(jù)激光與大氣作用方式和探測(cè)目的的不同，演變出多種不同類型的激光雷達(dá)。米(Mie)散射激光雷達(dá)可連續(xù)地探測(cè)大氣邊界層中氣溶膠粒子的光學(xué)特性以及氣溶膠粒子和大氣邊界層高度的時(shí)空分布。差分吸收(DIAL)激光雷達(dá)可探測(cè)大氣邊界

2、層中污染氣體，如NO2、SO2、O3等含量的時(shí)空分布。拉曼(Raman)激光雷達(dá)根據(jù)同時(shí)接收到的水汽和氮?dú)夥肿訉?duì)激光后向散射信號(hào)的比值，就可以計(jì)算出水汽混合比，探測(cè)邊界層中水汽含量的時(shí)空分布。多普勒激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)根據(jù)接收的回波信號(hào)載頻相對(duì)于發(fā)射回波載頻產(chǎn)生的頻移，通過(guò)邊緣檢測(cè)方法進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量。即將激光主頻f0鎖定在碘吸收光譜響應(yīng)曲線中的某一段斜率較大的線段的中間處，當(dāng)大氣運(yùn)動(dòng)速度在掃描方向上的徑向分量Vr使照射到大氣上的激光主頻f0產(chǎn)生多

3、普勒頻移Δf，由于邊緣斜率很大，故很小的頻率變化(即多普勒頻移)Δf將使原f0變到了(f0Δf)處，這時(shí)碘分子濾波器的透射率會(huì)產(chǎn)生很大變化。只要能精確測(cè)量這種透射率的變化，就能獲取Δf值，再根據(jù)徑向速度與多普勒頻移的關(guān)系就可以求出大氣運(yùn)動(dòng)的徑向速度分量Vr。由于激光雷達(dá)與微波雷達(dá)相比工作波長(zhǎng)短，多普勒雷達(dá)頻率靈敏度高，故具有極高的速度分辨率。但同時(shí)衰減也大，尤其是對(duì)降水衰減更大，因此多普勒激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)一般探測(cè)范圍為10~20km，適用于

4、探測(cè)晴空或弱降水情況下水平風(fēng)向風(fēng)速的變化。香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)的激光雷達(dá)系統(tǒng)是世界上第一臺(tái)用于機(jī)場(chǎng)天氣預(yù)警的激光雷達(dá)，與機(jī)場(chǎng)多普勒天氣雷達(dá)相結(jié)合，共同探測(cè)影響機(jī)場(chǎng)附近的風(fēng)切變。機(jī)場(chǎng)多普勒天氣雷達(dá)主要是運(yùn)用微波探測(cè)大氣中降水粒子的移動(dòng)速度，從而計(jì)算出風(fēng)向風(fēng)速，在有降水發(fā)生的情況下能有效地探測(cè)風(fēng)切變。激光雷達(dá)則利用波長(zhǎng)為2μm的紅外光束探測(cè)大氣中塵粒和微細(xì)粒子的移動(dòng)，在無(wú)降水的情況下也能測(cè)量大氣中風(fēng)向風(fēng)速及其變化。二者結(jié)合使用，在任何天氣情況下都能

5、探測(cè)到機(jī)場(chǎng)附近的風(fēng)切變及湍流。安裝在衛(wèi)星上。目前TRMM衛(wèi)星上的測(cè)雨雷達(dá)(PR)由日本NASDA(NationalSpaceDevelopmentAgency)公司制造。發(fā)射頻率13.796GHz，采用相控陣天線，波長(zhǎng)約2cm，觀測(cè)范圍從地表到15km。TRMMPR雷達(dá)可以提供三維降水結(jié)構(gòu)，定量測(cè)量陸地與洋面降水量，通過(guò)所提供的降水分布的測(cè)量資料，提高TRMM中微波圖象的精度等。TRMM衛(wèi)星上還載有閃電成像傳感器何被動(dòng)微波圖像儀等，應(yīng)用

6、這些儀器得到的資料，可對(duì)各種天氣現(xiàn)象，尤其是對(duì)發(fā)生在資料稀少的熱帶海洋等熱帶地區(qū)的天氣進(jìn)行更為深入的研究。2.7機(jī)載雷達(dá)機(jī)載雷達(dá)從1980年代開(kāi)始，陸續(xù)有多種載有不同波長(zhǎng)何探測(cè)能力的機(jī)載多普勒雷達(dá)系統(tǒng)投入使用，近年來(lái)機(jī)載雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，大大提高了獲取風(fēng)和微物理學(xué)信息的能力。如機(jī)載雙波束多普勒雷達(dá)，即在一部雷達(dá)上有兩個(gè)天線，分別裝在飛機(jī)的前部與后部，產(chǎn)生前向與后向兩個(gè)波束，同一粒子運(yùn)動(dòng)速度V可以得到兩個(gè)徑向速度Vr1、Vr2，這樣可以

7、反演出雷暴云中的二維流場(chǎng)。另一個(gè)進(jìn)步是與地面雷達(dá)相結(jié)合的雙站接收天氣技術(shù)，與多部雷達(dá)相比，前者易使用更易于布署和運(yùn)轉(zhuǎn)，且高效。機(jī)載天氣雷達(dá)優(yōu)點(diǎn)的是探測(cè)范圍機(jī)動(dòng)靈活，可以近距離靠近降水目標(biāo)，提高空間分辨率，不存在地物阻擋降水目標(biāo)及遠(yuǎn)處地曲造成盲區(qū)，主要用于研究地面雷達(dá)網(wǎng)不能覆蓋或海洋上的中尺度天氣現(xiàn)象。如ChenKuYu等利用機(jī)載多普勒雷達(dá)在臺(tái)灣東南沿海對(duì)一發(fā)展種的中尺度對(duì)流系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，捕捉到一個(gè)長(zhǎng)生命期中尺度氣旋發(fā)展初期特征，氣旋的

8、水平直徑由地表約40km，擴(kuò)大到對(duì)流層中層的70km，形成一個(gè)明顯的斜槽，并一直與對(duì)流性降水緊密相聯(lián)。2.8移動(dòng)雷達(dá)移動(dòng)雷達(dá)在國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的大型大氣科學(xué)外場(chǎng)試驗(yàn)中，各種移動(dòng)觀測(cè)設(shè)備的使用，除了使常規(guī)觀測(cè)網(wǎng)的密度加大而獲得更好的加密資料外，通過(guò)對(duì)特定的天氣系統(tǒng)，特別是影響巨大但空間尺度小且變化迅速系統(tǒng)的預(yù)測(cè)，移動(dòng)設(shè)備能夠很快布設(shè)在預(yù)定區(qū)域，增加了獲得象登陸臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)探測(cè)的機(jī)會(huì)。其中移動(dòng)雷達(dá)是最為常用的移動(dòng)設(shè)備之