气象雷达

制作人员：——主讲人：气象雷达•气象雷达是专门用于大气探测的雷达。属于主动式微波大气遥感设备。气象雷达是用于警戒和预报中、小尺度天气系统（如台风和暴雨云系）的主要探测工具之一。•常规雷达装置大体上由定向天线、发射机、接收机、天线控制器、显示器和照相装置、电子计算机和图象传输等部分组成。一些常见的气象雷达结构原理功能参数等气象雷达的结构与组成中国新一代天气雷达是采用相干体制的脉冲多普勒天气雷达，不仅具有常规天气雷达测定降水粒子反射率因子Z的功能，它还能测定降水粒子的径向速度V。整个雷达系统由以下三部分组成：（1）雷达数据采集子系统（RDA）（2）雷达产品生成子系统（RPG）（3）主用户处理器子系统（PUP）其结构框图见下图基本结构框图各子系统的介绍：（一）雷达数据采集子系统（RDA）雷达数据采集子系统是雷达的硬件实体部分组成：天线与伺服定时器与信号源发射机接收机雷达信号处理器（RSP）监控及标定（二）雷达产品生产子系统（RPG）任务：对雷达探测所得到的原始数据进行质量控制和预处理，形成原始数据文件生成二次产品，对原始数据和产品数据进行存档。功能：设置参数控制雷达工作状态，扫描方式等气象产品：基本数据产品物理量产品自动识别产品风场反演产品（三）主用户处理器子系统（PUP）功能：对来自RPG的气象产品进行显示有选择监视强天气地域能力，并作出报警在背景地图上显示天气状况从PRG接收并显示消息。气象雷达的工作原理气象雷达通过方向性很强的天线向空间发射脉冲无线电波，它在传播过程中和大气发生各种相互作用。如大气中水汽凝结物（云、雾和降水）对雷达发射波的散射和吸收，以及散射体积内散射目标的运动对入射波产生的多普勒效应等。气象雷达回波不仅可以确定探测目标的空间位置、形状、尺度、移动和发展变化等宏观特性，还可以根据回波信号的振幅、相位、频率和偏振度等确定目标物的各种物理特性，例如云中含水量、降水强度、风场、铅直气流速度、大气湍流、降水粒子谱、云和降水粒子相态以及闪电等。还可利用对流层大气温度和湿度随高度的变化而引起的折射率随高度变化的规律，由探测得到的对流层中温度和湿度的铅直分布求出折射率的铅直梯度，并通过分析无线电波传播的条件，预报雷达的探测距离，也可根据雷达探测距离的异常现象（如超折射现象）推断大气温度和湿度的层结。工作原理的简易原理图常见雷达的主要技术参数测云雷达测雨雷达测风雷达圆极化雷达调频连续波雷达气象多普勒雷达甚高频和超高频多普勒雷达测云雷达作用：探测云滴直径较小，尚未形成降水的低云和中云，测量其顶部和底部高度及内部物理特征用途：为天气预报，火箭、导弹和航天器的发射与飞行提供必要的气象资料毫米波双极化测云雷达返回测雨雷达原理：利用云雾、雨、雪等降水粒子对电磁波的散射和吸收，为探测降水的空间分布和铅直结构，并以此为警戒跟踪降水系统的雷达常用：国产713雷达（5.6cm）、714雷达（10cm）和711雷达（3.2cm）又称作天气雷达返回测风雷达原理：气球携带回答器（或反射靶）升空，当雷达天线对准气球时，发出询问脉冲，能立即接收到回答脉冲特点：探测高度可达30km，且不受天气条件限制，但测角精度低于光学经纬仪，设备庞大中国气象部门使用的是国产701测风雷达返回气象多普勒雷达多普勒效应测量云和降水粒子等相对于雷达的径向运动速度（叫作多普勒速度）的雷达1、应用较为广泛的天气预报2、交通，能源，航空航天，国防，旅游，医疗，地质等领域的专业气象服务3、对严重影响民航安全的风切变，湍流和鸟类危险目标的有效探测和预警天气预报制作天气预报的关键是雷达回波分析，根据回波特征判断影响本区域的天气系统和回波未来的发展趋势。右图所示为一台风的气象云图返回专业气象服务返回空中交通管制返回地质勘测返回民航中的应用。风切变探测，风切变是指小尺度风向或风速突然改变的航空气象，其中风速的突变会给飞机的举升力带来异常变化，进而导致机体受损甚至飞机失事返回湍流湍流是指微粒速度偏差较大的气象目标，速度偏差越大，湍流越大，对飞机的安全威胁越大。飞机在较大湍流作业下急速下坠返回鸟击探测鸟击是指航空器起降或飞行过程中与鸟类，蝙蝠等飞行物相撞，ICAO（国际民航组织）将鸟击灾害定义为A类航空灾害我国气象雷达的发展与建设早期703、711型电子管体制的天气雷达早期713、714、716A型半导体化天气雷达第一代714CD型脉间相参多普勒天气雷达大量使用集成电路、固态电路、可编程信号处理的具有全相参多普勒功能的现代化的新一代天气雷达我国研制生产的第一部703测台风雷达西沙714雷达台天线及雷达塔楼外景图合肥新一代天气雷达（CINRAD/SA）塔楼784厂LLX06CDR型车载移动一维相扫平面裂缝阵天线相控阵天气雷达新一代多普勒天气雷达新一代天气雷达采用全相参技术体制，即雷达系统的发射信号、本振信号、相参信号和定时器的触发脉冲具有确定的相位关系，这样可以通过测量接收回波相位变化得知回波的移动速度和移动方向，相比常规天气雷达，在测定云和降水回波强度的同时，应用多普勒技术还可获取大气风场和湍流信息。考虑到不同波长的雷达对不同降水探测能力的不同，以及建设成本等因素，中国气象局计划在全国建设由S波段和C波段共同组成的新一代多普勒天气雷达网，由120多部雷达组成。北京市气象局C波段多普勒天气雷达塔全貌北京市气象局的C波段多普勒天气雷达可以对台风、暴雨等大范围强降水天气的监测距离大于400并能获取150公里半径范围内的降水区降水及风场信息，可对150公里半径范围内的降雨进行较准确估测。北京市气象局C波段多普勒天气雷达产品图（回波强度）北京新一代S波段多普勒天气雷达可以监视半径为400公里范围的地区内台风、暴雨、飑线、冰雹、龙卷等大范围强降水天气，实现降水预报的定点、定量、定时化。南郊S波段天气雷达塔全貌南郊S波段多普勒天气雷达产品图（回波强度）南郊S波段多普勒天气雷达产品图（回波径向速度）352006年8月10日温州新一代天气雷达对“桑美”台风成功进行了无缝隙监测和预警服务。上图是桑美台风速度场的监测图2007年7月3日16时42分江苏省高邮市天山镇发生了龙卷风，南京新一代天气雷达从16时18分已监测到龙卷风可能发生的信息，并提前半小时左右发出预警服务。高邮市天山镇龙卷的监测预警图气象雷达发展动向与趋势多普勒天气雷达是天气雷达发展的方向和趋势快速扫描技术将应用于天气雷达加强对多普勒风场反演技术的研究