Radar绪论.

雷达气象学绪论魏鸣201408317：00FY2云图-暴雨云团201408317:15短时暴雨回波2015年8月12日夜天津塘沽爆炸回波空警500预警机2015年9月3日参加抗战胜利70周年阅兵美X-47B无人机，隐形-形状、材料CbandDualpolarizationDopplerradarC波段双偏振雷达-南信大2014.7.27NUIST17:17:44雷达探测的各参量分布图仰角为3.4°(a)反射率因子、(b)相关系数、(c)差分反射率因子、(d)差分传播相位常数图像从四幅图中可以看到四个极化雷达参数都具有明显的零度层亮带。亮带强度在30到45dBZ，高度在3.9到4.8km，厚度约为900米。Therearethreebands(X,C,S)radarincampusofNUISTforteachingandresearchRainstormechowithDopplerradarofNUISTJuly9,1991MeiyurainstorminJuly91991,NUISTReflectivityVelocityThisistheSbandradar，hasworkedsince2003..NowwesharethisradardatawiththeMeteorologicalBureauofJiangsuProvinceforresearchandteachingNanjingDopplerradar(nearbycampus,lessthan2km)ThisisthefirstechoimagefromNanjingDopplerradar雷达气象学的内容定义作用历史沿革课程内容未来发展雷达气象学的定义Radar-Radiodetectionandranging无线电探测和测距雷达气象学的定义：利用雷达进行气象、大气物理探测和研究的一门交叉学科气象雷达的分类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lidar测温——声雷达测晴空湍流——UHF（超高频），VHF（甚高频）雷达雷达气象学的研究对象：以测雨雷达为主现代气象雷达探测进展1）天气雷达(weatherradar)2）多普勒天气雷达(Dopplerweatherradar)3）双线偏振雷达(dualpolarizationradar)4）相控阵雷达(phasearrayradar)5）毫米波雷达(millimeterwaveradar)6）机载雷达(air-borneradar)7）多基雷达(bi-staticradar)8）星载雷达(space-borneradar)另外，风廓线雷达(profiler)，激光雷达(lidar)，声雷达(sodar)，晴空探测雷达(VHF,UHF)，合成孔径雷达(SAR，INSAR)测雨雷达的波长分类X波段——3.2cmC波段——5.7cmS波段——10.7cm测雨雷达的特点雷达——大气主动遥感，“千里眼”，人眼的延伸，唯一可测雨云三维结构的手段，人类认识天气系统结构和演变的重要探测手段，是中尺度气象学发展的重要观测依据。雷达探测特点大气遥感-通过电磁波探测目标的技术与方法,与现场探测相对应。（直接：现场、物理量，间接：远距离、电磁波-用各种算法或反演方法转换成物理量）主动遥感-发射电磁信号并接收返回信号，如雷达探测被动遥感-不发射电磁信号，仅利用太阳辐射或目标自身辐射接收信号的遥感，如卫星探测主、被动遥感结合-雷达卫星radsat、各种星载雷达目的：通过各种遥感手段，提取更多的目标信息，促进人类对大气结构与演变的认识，提升预报水平，造福人类。进展：雷达的技术进步给大气科学研究带来了新的潜力,发现新的观测事实，格物致知。雷达气象学的作用提供高时空分辨率的降水场分布空间分辨率：10~1000m时间分辨率：分钟提供高分辨率的瞬时风场分布是临近预报(Nowcasting)的最有力工具是研究台风、暴雨、龙卷、冰雹等灾害性天气的主要手段是提高短时数值预报精度的重要途径与其他大气探测方法相比：飞机、气球、火箭探空、卫星被动遥感较强的穿透能力对目标物的探测既不依赖于目标物本身的辐射，也不依赖于太阳较大范围内实现立体扫描时空分辨率满足大多数应用需求时效高雷达气象学的历史沿革发现（无意识）发展（有意识）拓展（布点）普及（国家和地区联网）深化（技术进步）发现（无意识）HeinrichHertz19世纪末实验发现电磁波GuglielmoMarconi1922年电磁波检测原理1922接收发射的连续波反射信号1925接收脉冲式发射的反射信号1930-32从无意到有意接受飞机反射的信号1938年雷达诞生(RAdioDetectionAndRanging)-防空系统气象回波：军事应用中无意发现作为干扰极力消除发展（有意识）1941年诞生气象雷达用于研究自然界回波的性质，以及如何消除这些回波，二战后加快发展气象雷达1950年代初，雷达气象学成为一门学科WSR57-美第一代天气雷达布网1960年脉冲多普勒雷达进入实验室研究1970年初多普勒雷达定量测量阶段1970年代，VHF,UHF晴空雷达-风廓线雷达1980年代，极化雷达；1988-1996：WSR88D布网1990年代，多基地雷达、星载雷达普及（国家和地区联网）英国常规雷达在1980年代布网美国在1990年代初天气多普勒雷达布网（160部）我国在2000年代初天气多普勒雷达+常规雷达布网（206部），我国在机载雷达、相控阵雷达、毫米波雷达...上的进展美国在2013年4月底完成了149部雷达的改装，将WSR-88D升级为双线偏振雷达。另，CASA小雷达网CASA-组网小雷达深化（技术进步）雷达技术的进步依靠电子和计算机技术进步雷达从模拟到数字，从电子管到晶体管，从模拟视频积分到数字信号处理器。雷达探测的信息从振幅到相位、形状雷达产品的应用随着雷达技术进步日益深入从定性判断到定量分析，从点到面。从测雨到测风，从监测到预报。雷达气象学的课程内容理论降水粒子的散射、吸收、衰减电磁波在大气中的传播雷达气象方程雷达信号处理雷达气象学的课程内容技术雷达原理雷达测距测速原理雷达测量降水原理风场反演模式识别、图像处理雷达资料处理1信号处理信号提取、噪声消除、地物消除、退折叠、雷达标定2数据处理任意剖面,等高平面,回波顶,回波底,立体,组网3风场处理单多普勒雷达风场反演：VAD,VVP,VAP等双多普勒、多基地雷达联合反演风场4模式识别、图像处理台风、冰雹、龙卷、飑线、下击暴流、超折射、零度层、降水类型雷达资料应用1监测强天气2定量估测降水雷达测雨原理雷达估测降水方法3临近（即时）预报4人工影响天气增雨、消雹5数值预报模式（资料同化）雷达监测强天气台风(结构、精确定位)强风暴(监测、洪水警报、预报)冰雹(识别、预报)龙卷风(识别、警报、预报)飑线(监测)下击暴流(识别、航空警报、预报)降水(降水估测、洪水警报)双线偏振雷达目的：为了识别非球形雨滴（冰晶，大雨滴，冰雹等的形状和分布）的形状和分布，改进雷达定量测量降水的能力。特点：雷达发射和接收相互正交的水平与垂直的线偏振波,进展：下一代雷达的功能（美，中）信息：常规多普勒雷达信息+粒子变形率(差分反射率，差分相位等)。(50%，40%，10%）水平偏振波（电场水平，磁场垂直）垂直偏振波（电场垂直，磁场水平）雷达波的偏振（极化)波：移动天气雷达相控阵雷达DOWPhasearrayweatherradarNSSL相控阵天气雷达风廓线雷达室外部分February12,2001.Time-heightobservationsoftheverticalvelocityfieldinsideafairweathercumuluswith94GHzmillimeterwavelengthradar.Toppanel:verticalvelocityfield,velocityscaleisinms-1positivesignisupwardmotion毫米波雷达（测云雷达）机载雷达雷达气象学的未来发展理论非球形粒子的散射、吸收技术极化雷达，星载雷达，多基地雷达，相控阵雷达应用单站应用：临近预报（气象、民航、人影），城市水文预报联网应用：流域暴雨洪水监测SWAN系统-临近预报系统SevereWeatherAutomaticNowcastSystem星载雷达(350KM高度)PR参数：天线：相控阵，电扫描波束宽度：0.71ºx0.71º波长：13.8GHz(2.1Cm)水平分辨率：4.3~5Km垂直分辨率：250m水平跨度：220Km垂直采样：-5~15Km(星下点)最小可测Z：20.8dbZ晴空回波--多普勒雷达捕捉的哥伦比亚航天飞机解体图,2003.2.1.参考文献张培昌等主编,雷达气象学，气象出版社DopplerRadarandWeatherObservation,Doviak,R.J.,Zrnic,D.C.，AcademicPressRadarMeteorology,Sauvageot,H.,ArtechHouse,BostonM．J．巴德等，卫星与雷达图像在天气预报中的应用，科学出版社，1998多普勒天气雷达资料分析与应用，总参气象局，解放军出版社，2000年寿绍文等，中尺度气象学，气象出版社，2003年