radar

1、天氣雷達(dá)簡(jiǎn)介天氣雷達(dá)簡(jiǎn)介一、概一、概一、概一、概述述天氣雷達(dá)是探測(cè)大氣中氣象變化的千里眼、順風(fēng)耳。天氣雷達(dá)通過(guò)間歇性地向空中發(fā)射電磁波（脈沖），然后接收被氣象目標(biāo)散射回來(lái)的電磁波（回波），探測(cè)400多千米半徑范圍內(nèi)氣象目標(biāo)的空間位置和特性，在災(zāi)害性天氣，尤其是突發(fā)性的中小尺度災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)警中發(fā)揮著重要的作用。天氣雷達(dá)主要由天線、饋線、伺服、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)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(dǎo)電磁波伺服

2、：天線等的運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)射機(jī)：產(chǎn)生電磁波接收機(jī)：接收處理電磁波信號(hào)處理：處理回波信息產(chǎn)品生成：根據(jù)算法，生成應(yīng)用產(chǎn)品控制雷達(dá)顯示終端：顯示產(chǎn)品、控制雷達(dá)目標(biāo)距離的測(cè)定：由電磁波的傳播速度(近似v=c)和探測(cè)脈沖與回波信號(hào)之間的時(shí)間間隔Δt來(lái)確定。r=cΔt2(1.1)通常，時(shí)間間隔以μs為單位，故上式可寫(xiě)成：r=0.15Δt(km)或r=150Δt(m)(1.2)目標(biāo)方位角和仰角的測(cè)定:目標(biāo)的方位角和仰角的測(cè)定是依靠天線的方向性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。天氣雷

3、達(dá)的天線具有很強(qiáng)的方向性，它能將探測(cè)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(lái)的回波信號(hào)。所以，只有當(dāng)天線對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，才能接收到目標(biāo)的回波信號(hào)。根據(jù)這一原理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)，天線所在的方位角和仰角就是目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的方位角和仰角。目標(biāo)特性的測(cè)定:氣象目標(biāo)對(duì)雷達(dá)電磁波的散射是雷達(dá)探測(cè)大氣的基礎(chǔ)。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(dá)回波功率是由有效照射體積內(nèi)所有氣象目標(biāo)產(chǎn)生的。晴空回波：在大氣中的無(wú)

4、云區(qū)或很小粒子所組成的云區(qū)探測(cè)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(duì)雷達(dá)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(duì)雷達(dá)波造成了鏡式反射。多普勒速度探測(cè)：多普勒雷達(dá)發(fā)射出的電磁波，遇到運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)物后，返回信號(hào)產(chǎn)生頻率漂移，從而可導(dǎo)出目標(biāo)物相對(duì)于雷達(dá)運(yùn)動(dòng)的徑向速度。多普勒譜概述：多普勒天氣雷達(dá)除了測(cè)量回波信號(hào)的平均功率之外，還要對(duì)回波信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)作頻譜分析。進(jìn)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(gè)函數(shù)稱(chēng)為多普勒譜。在每個(gè)頻率間隔內(nèi)的回波功率，是運(yùn)動(dòng)速度相應(yīng)于這個(gè)頻率間隔的降水粒子的回波功率之和。利用波長(zhǎng)與頻率的關(guān)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(jì)算目標(biāo)的平均多普勒速度和速度的方差。從中可以進(jìn)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(dá)的應(yīng)用1.探測(cè)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_(dá)，可以測(cè)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(cè)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(dá)可以測(cè)定回波信號(hào)的多普勒譜。若已知?dú)饬鞯拇怪彼俣?，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(jì)多普勒譜的寬度是由下列四個(gè)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(fēng)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(gè)因素產(chǎn)生的方差之和。因此，當(dāng)多普勒雷達(dá)的波束寬度小于1，并進(jìn)行垂直指向探測(cè)時(shí)，總的方差就由降水粒子末速度的散布和被測(cè)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(gè)因子，則測(cè)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(dá)四、雙偏振天氣雷達(dá)四、雙偏振天氣雷達(dá)偏振又叫極化，它是指電磁波的電場(chǎng)或磁場(chǎng)的方向。雙偏振天氣雷達(dá)利用不同降水粒子的形狀、尺寸、軸長(zhǎng)、入射電場(chǎng)與粒子指向的夾角

8、、材料的介電常數(shù)等對(duì)極化回波的影響不同來(lái)估算降水粒子的形狀、尺寸、指向角等特征，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)降水進(jìn)行分類(lèi)與識(shí)別的。雙偏振天氣雷達(dá)測(cè)量反射率因子ZH、反射率因子差ZDR、傳播常數(shù)差KDP、零延時(shí)的相關(guān)系數(shù)?HV(0)和線性退極化比LDR等參數(shù)來(lái)識(shí)別降水粒子類(lèi)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(guān)，由于形狀因子的作用遠(yuǎn)不及于粒子的幾何尺寸D，因此在進(jìn)行粒子的識(shí)別和降雨率的測(cè)量時(shí)，主要通過(guò)反射率的大

9、小進(jìn)行判別和反演。常規(guī)天氣雷達(dá)就是利用反射率因子來(lái)判別降水大小和類(lèi)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(guān)，取決于粒子的形狀和介電常數(shù)有關(guān)，對(duì)于不同的粒子，ZDR則不同。對(duì)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(guān)系，因此可以通過(guò)KDP對(duì)粒子進(jìn)行識(shí)別。對(duì)球形粒子，傾角可看作α=0，KDP=0。對(duì)其它形狀粒子，KDP?