氣象雷達(dá)之演講稿

1、氣象雷達(dá)之演講稿老師好，同學(xué)們好，我們小組的課題是氣象雷達(dá)的現(xiàn)狀。下面我們將從四個(gè)方面闡述我們小組對(duì)氣象雷達(dá)現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)。在這之前要說(shuō)一說(shuō)氣象雷達(dá)的概況。氣象雷達(dá)是專門用于大氣探測(cè)的雷達(dá)，屬于主動(dòng)式微波大氣遙感設(shè)備，氣象雷達(dá)主要用來(lái)探測(cè)氣象狀況以及變化趨勢(shì)，如風(fēng)、雨、云等，是用于警戒和預(yù)報(bào)中、小尺度天氣系統(tǒng)（如臺(tái)風(fēng)和暴雨云系）的主要探測(cè)工具之一。下面進(jìn)入第一個(gè)模塊，氣象雷達(dá)的分類及作用。測(cè)云雷達(dá)是用來(lái)探測(cè)未形成降水的云層高度、厚度以及云內(nèi)物理特性的雷達(dá)。其常用的波長(zhǎng)為1.25厘米或0.86厘米。主要用來(lái)探測(cè)云頂、云底的高度。如空中出現(xiàn)多層云時(shí)，還能測(cè)出各層的高度。毫米波測(cè)云雷達(dá)就是其中的一種，它

2、通常用于識(shí)別云的相態(tài)，主要用于機(jī)場(chǎng)、港口、氣象、大氣物理研究等部門進(jìn)行的非降水云和弱降水云探測(cè)，可以提供云底高度、云頂高度及云厚等信息，判別云的屬性、暈的相態(tài)及云滴譜分布等。然而測(cè)云雷達(dá)只能探測(cè)云比較少的高層云和中層云。對(duì)于含水量較大的低層云,如積雨云、冰雹等,測(cè)云雷達(dá)的波束難以穿透，因而只能用測(cè)雨雷達(dá)探測(cè)。測(cè)雨雷達(dá)又稱天氣雷達(dá)，是利用雨滴、云狀滴、冰晶、雪花等對(duì)電磁波的散射作用來(lái)探測(cè)大氣中的降水或云中大滴的濃度、分布、移動(dòng)和演變，了解天氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特征。測(cè)雨雷達(dá)能探測(cè)臺(tái)風(fēng)、局部地區(qū)強(qiáng)風(fēng)暴、冰雹、暴雨和強(qiáng)對(duì)流云體等，并能監(jiān)視天氣的變化。據(jù)不完全的資料分析世界上的測(cè)雨雷達(dá)發(fā)展至今，已有上千部之

3、多。而其中以美國(guó) 英國(guó)、日本、法國(guó)的發(fā)展最為迅速，不僅裝備本國(guó)，而且出口到世界上的許多國(guó)家。多普勒天氣雷達(dá)是現(xiàn)如今應(yīng)用最廣泛的測(cè)雨雷達(dá)。多普勒天氣雷達(dá)是以多普勒效應(yīng)為原理測(cè)量云和降水粒子等相對(duì)于雷達(dá)的徑向運(yùn)動(dòng)速度（叫作多普勒速度）的雷達(dá)。它為大氣探測(cè)；水平風(fēng)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)；垂直氣流的結(jié)構(gòu)；某些降水云中粒子直徑的分布；特別是比較準(zhǔn)確地 辨認(rèn)與龍卷、冰雹、地面危險(xiǎn)風(fēng)等現(xiàn)象相一致的 “中氣旋 ”的存在,研究湍流的基本特性和大范圍的平均流初提供了前所未有的機(jī)會(huì)。多普勒天氣雷達(dá)包括脈沖多普勒天氣雷達(dá)和雙線偏振多普勒天氣雷達(dá)。為了識(shí)別降水目標(biāo)、區(qū)分不同的降水類型,人們采用多參數(shù)雷達(dá)進(jìn)行天氣研究 ,其中雙偏振雷達(dá)

4、是人們常采用的技術(shù)之一 , 它是根據(jù)不同的降水粒子對(duì)入射 電 磁波極化散射特性不同對(duì)降水類型進(jìn)行識(shí)別和分類的。雙線偏振天氣雷達(dá)對(duì) 云雨時(shí)空變化的連續(xù)觀測(cè),可明顯提高對(duì)水成物形成的微物理過(guò)程的理解,提高 降水強(qiáng)度的估測(cè)精度, 改善雷達(dá)測(cè)量單點(diǎn)和流域的降水強(qiáng)度和降水總量的效果。脈沖多普勒天氣雷達(dá)是大氣探測(cè)和天氣預(yù)報(bào)的有力工具，它不僅能夠探測(cè)云高、云厚、云底高、云內(nèi)含水量、云中流場(chǎng)徑向分量及風(fēng)暴中的氣流和湍流的活動(dòng)區(qū)，而且對(duì)300KM的中尺度風(fēng)暴、強(qiáng)的風(fēng)切變、冰雹、龍卷、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警能力?？梢詮V泛應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、部隊(duì)、油田、林場(chǎng)、鹽場(chǎng)、農(nóng)場(chǎng)、海洋等專業(yè)氣象臺(tái)及地區(qū)、縣、市氣象臺(tái)站并

5、能夠在災(zāi)害天氣預(yù)報(bào)、氣象導(dǎo)航、防災(zāi)減災(zāi)，農(nóng)業(yè)增產(chǎn)以及輔助軍事作業(yè)等方面發(fā)揮重要作用。脈沖雷達(dá)原理：以一特定頻率發(fā)射高頻能量脈沖時(shí)，在同一距離門內(nèi)接收的不同徑向速度目標(biāo)回波有不同的多普勒頻移測(cè)風(fēng)雷達(dá)用來(lái)探測(cè)高空不同大氣層的水平風(fēng)向、風(fēng)速以及氣壓、溫度、濕度等氣象要素。測(cè)風(fēng)雷達(dá)的探測(cè)方式一般都是利用跟蹤掛在氣球上的反射靶或應(yīng)答器，不斷對(duì)氣球進(jìn)行定位。根據(jù)氣球單位時(shí)間內(nèi)的位移，就能定出不同大氣層水平風(fēng)向和風(fēng)速。在氣球上同時(shí)掛有探空儀，遙測(cè)高空的氣壓、溫度和濕度。風(fēng)廓線雷達(dá)是典型的例子大氣中存在著各種不同尺度隨時(shí)間變化的湍流 , 它們能引起折射指數(shù)的不規(guī) 則變化,對(duì)無(wú)線電波產(chǎn)生散射作用。風(fēng)廓線雷達(dá)向天

6、空發(fā)射無(wú)線電波 , 接收到的回波是由于大氣湍流對(duì)電磁波的散射而產(chǎn)生的 。通過(guò)對(duì)回波的處理和分析就可以獲得湍流大氣的多普勒系數(shù)和強(qiáng)度系數(shù) , 從而反演出湍流強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)方向和 運(yùn)動(dòng)速度隨高度的分布。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)是一種探測(cè)邊界層大氣的雷達(dá)。有極高的距離分辨率和靈敏度，主要用來(lái)測(cè)定邊界層晴空大氣的波動(dòng)、風(fēng)和湍流（見大氣邊界層）。在邊界層外，流體的速度接近定值，不隨位置而變化。在邊界層內(nèi)，在固定表面上流速為0，距固定表面越遠(yuǎn)，速度會(huì)趨近一定值。圓極化雷達(dá)。一般的氣象雷達(dá)發(fā)射的是水平極化波或垂直極化波，而圓極化雷達(dá)發(fā)射的是圓極化波。雷達(dá)發(fā)射圓極化波時(shí)，球形雨滴的回波將是向相反方向旋轉(zhuǎn)的圓極化波，而非球形

7、大粒子（如冰雹）對(duì)圓極化波會(huì)引起退極化作用，利用非球形冰雹的退極化性質(zhì)的回波特征，圓極化雷達(dá)可用來(lái)識(shí)別風(fēng)暴中有無(wú)冰雹存在。氣象雷達(dá)對(duì)大氣探測(cè)起到了很大的幫助，然而雷達(dá)在氣象觀測(cè)中的應(yīng)用尚存在一些局限性 。例如, 目前的氣象雷達(dá)技術(shù)尚不能完全滿足氣象科學(xué)與業(yè)務(wù)的實(shí)際需要, 用雷達(dá)探測(cè)降水尚受到地物 ( 低仰 角觀測(cè)時(shí) ) 等因素 的影響 ; 還不能將氣象雷達(dá)裝載在氣象衛(wèi)星上使用等 。關(guān)于氣象雷達(dá)的組成其實(shí)很簡(jiǎn)單，控制面板、顯示器、天線和收發(fā)機(jī)構(gòu)成了氣象雷達(dá)主要部件。機(jī)載氣象雷達(dá)還需由垂 直陀 螺 提 供傾 斜和 俯 仰 穩(wěn) 定信號(hào)，傾 斜和俯仰信號(hào)可以由單獨(dú)的垂直陀螺組 建提供，也可由慣性基準(zhǔn)系

8、統(tǒng)提供。在控制面板上可以選擇雷達(dá)的工作方式，顯示距離范圍，掃描區(qū)域，設(shè)置增益等各項(xiàng)功能?，F(xiàn) 在飛 機(jī)的氣象雷達(dá)信息一 般 都顯 示在EFIS而不再用單獨(dú)的雷達(dá)顯示器。除可顯示目標(biāo)的強(qiáng)度及位置信息外，還可以顯示各種文字信息、輔助信息及系統(tǒng)狀態(tài)等。用不同的顏色直觀的表示出氣象信息的強(qiáng)弱，以極 坐標(biāo)的 方 式表 示出探測(cè)的目標(biāo)的距離及方位，通過(guò)距離標(biāo)志圈可讀出其數(shù)值。天 線 主 要 作用 是 輻 射 和 接 收回波，同時(shí) 還 要進(jìn)行方位 掃 略與 俯 仰、傾 斜 穩(wěn) 定，氣象雷達(dá)天 線組安裝于飛機(jī)前 端的雷達(dá)罩內(nèi)，天 線的方向性 越強(qiáng)，雷達(dá)的作用距離越遠(yuǎn)，測(cè)向精度和分辨率也越高。收發(fā)機(jī)是該系統(tǒng)的核心

9、部件，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生具有足夠功率的周期性的矩 形脈沖射 頻信號(hào)，而接收機(jī)則是提取所需的回波信號(hào)并將其 轉(zhuǎn)換 為數(shù) 據(jù) 傳 輸 給顯 示器。雷達(dá)收 發(fā)組 總是 安 裝在 靠 近天 線的位 置，以 盡可能 減 少 連 接 波導(dǎo)的長(zhǎng)度。三、那么氣象雷達(dá)的發(fā)展現(xiàn)狀是什么樣的呢。首先來(lái)看看國(guó)外的情況。歐 洲 國(guó) 家 由 于 國(guó) 土 緊 密 相 連 , 采 取 聯(lián)合 方 式 建 立 雷 達(dá) 網(wǎng) , 使 雷 達(dá) 探 測(cè) 資 料 在 天氣預(yù)報(bào)中得到充分利用 。歐洲天氣雷達(dá)仍然以發(fā)展C 波段多普勒雷達(dá)為主,雙PRF 技術(shù)可能用脈沖壓縮技術(shù)來(lái)代替。日本開發(fā)了一種直徑僅1 米的小型雷達(dá),其性能與機(jī)場(chǎng)等使用的大型氣象雷達(dá)

10、相當(dāng)。觀測(cè)幾乎是實(shí)時(shí)的,時(shí)間僅需約1 分鐘。由于體積小,能安裝在汽車和小型船舶上,可預(yù)測(cè)1 平方公里小范圍內(nèi)的天氣現(xiàn)象，非常方便。美國(guó)在 20 世紀(jì) 80 年代初開始研制全相干脈沖多原普勒天氣雷達(dá) ,1988 年開始批量 生 產(chǎn) , 并 由 此 組 成 的 美 國(guó) 下 一 代 天 氣 雷達(dá) 網(wǎng) (NEXRAD) 作為美國(guó)氣象現(xiàn)代化的重要組成部分開始實(shí)施 。美國(guó)聯(lián)邦航空局在紐約已成功地研制成一部風(fēng)切變告警雷達(dá)。該雷達(dá)是一部多普勒C波段雷達(dá),可以全自動(dòng)探測(cè)和告警顯示機(jī)場(chǎng)周圍的惡劣天氣,防止風(fēng)切變?cè)斐傻奈：臀⒈F(xiàn)象。加 拿 大 自 1998 起的 6 年 時(shí) 間 內(nèi) 完 成 了“國(guó)家多普勒雷達(dá)計(jì)劃

11、”, 主要沿人口密集、災(zāi)害性天氣頻發(fā)并造成巨大災(zāi)害的海岸線布設(shè)了 30 部多普勒雷達(dá) , 其中 11 部多普勒雷 達(dá) 是 完 全 新 建 的 , 其余 19 部則是原有的常 規(guī) 雷 達(dá) 翻 建 成 具 有 多 普 勒 雷 達(dá) 功 能 的 。目 前 加 拿 大 正 在 進(jìn) 行 將 多普勒模式下的作用距離加大到 240km的技術(shù) 開 發(fā) 。雷 達(dá) 網(wǎng) 的 建 成 , 使 得 對(duì) 龍 卷 的 預(yù)報(bào)從幾乎不可能到提前 15min 20min, 對(duì)風(fēng) 暴 位 置 和 雨 雪 量 級(jí) 做 出 了 比 以 前 更 為準(zhǔn) 確 的 預(yù) 報(bào) 。那么國(guó)內(nèi)的水平目前是再來(lái)看中國(guó)。氣象雷達(dá)隨著國(guó)家氣象局以及各地方政府關(guān)

12、于氣象防災(zāi)減災(zāi)工作的日益重視，在“十二五”計(jì)劃中得到體現(xiàn)，如未來(lái)5年，新一代天氣雷達(dá)將在現(xiàn)有158部的基礎(chǔ)上繼續(xù)增補(bǔ)60部左右；風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)將建設(shè)對(duì)流層風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)站120個(gè)，邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)探測(cè)站180個(gè)；添置10部左右的機(jī)動(dòng)式多普勒測(cè)雨雷達(dá)的需求等。我國(guó)于20世紀(jì)90年代開始了多普勒天氣雷達(dá)階段。隨著國(guó)際天氣雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)和國(guó)家需求的增長(zhǎng)，我國(guó)確定了發(fā)展新一代多普勒天氣雷達(dá)的思路，并相應(yīng)制定了新一代多普勒天氣雷達(dá)功能規(guī)格需求。此階段，我國(guó)多普勒天氣雷達(dá)的顏值和應(yīng)用水平得到了極大提高，與發(fā)達(dá)國(guó)家在技術(shù)和應(yīng)用上的差距已在10年以內(nèi)。我們?cè)诓痪们斑M(jìn)行了【實(shí)地參觀】l 海洋局站經(jīng)國(guó)家

13、海洋局北海分局的張主任介紹，海洋方面運(yùn)用氣象雷達(dá)不多，主要是運(yùn)用了多普勒雷達(dá)探測(cè)海面上云層含水率從而預(yù)測(cè)天氣變化。在其他方面：X波端雷達(dá)：測(cè)波浪，安放在山頭站點(diǎn)或車上 SAR雷達(dá)：衛(wèi)星雷達(dá)，主要觀測(cè)海洋環(huán)境，用于預(yù)報(bào)災(zāi)害性海洋環(huán)境污染，如溢油，虎苔事件。 地波雷達(dá)：測(cè)兩個(gè)站點(diǎn)間的海流，測(cè)一個(gè)剖面，使用不頻繁。只有在對(duì)海流有特別精細(xì)要求時(shí)使用，如奧帆賽期間。大洋海流數(shù)據(jù)主要來(lái)自浮標(biāo)，站點(diǎn)和船舶。l 氣象局站我們?cè)邴湇u的氣象觀測(cè)點(diǎn)了解到，海洋要素的觀測(cè)一般通過(guò)海上小浮標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要測(cè)量波高及波的周期，對(duì)海嘯、地震的監(jiān)測(cè)會(huì)與海洋局內(nèi)網(wǎng)建立聯(lián)系，還有對(duì)氣溫、氣壓、能見度、潮位的監(jiān)測(cè)。在驗(yàn)潮室，有對(duì)稱的

14、卷尺測(cè)量潮高，驗(yàn)潮室與海面之間建有溫鹽傳感器，這些數(shù)據(jù)均可在專門的儀器上顯示出。麥島的氣象觀測(cè)場(chǎng)是25*25m的標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)場(chǎng)，由于多普勒氣象雷達(dá)剛剛建起還沒有投入使用，我們觀看了氣象觀測(cè)場(chǎng)的其他儀器。我們親眼看到了干濕球溫度器、自動(dòng)測(cè)溫傳感器、人工及自動(dòng)的雨量器，其中有翻斗式雨量傳感器、還有海嘯預(yù)警觀測(cè)臺(tái)和GNSS測(cè)量地殼的儀器。在雷達(dá)周圍還有避雷針和測(cè)風(fēng)的儀器。現(xiàn)如今氣象雷達(dá)還有許多新型技術(shù)。雙( 多) 基地雷達(dá)雙 ( 多 ) 基地雷達(dá)主要針對(duì)常見的單基地 雷 達(dá) 而 言 的 。 單 基 地 雷 達(dá) 一 般 是 收 發(fā) 同址, 即接收站和發(fā)射站位于同一個(gè)地方, 而雙(多 ) 基地雷達(dá)則是收發(fā)異

15、址, 具有一(多 )個(gè)發(fā)射站和一(多 ) 個(gè)接收站, 以離散的形式配 置 。 從 布 置 的 位 置 方 面 來(lái) 看 , 可 分 為 地發(fā) / 地收 , 空發(fā) / 地收 , 地發(fā) / 空收等幾種形式, 多基地雷達(dá)還具有一發(fā)多收 , 多發(fā)多收等形式。 而雙(多 ) 基地天氣雷達(dá)系統(tǒng)一般采用地發(fā) / 地收 , 由一部常規(guī)的多普勒天氣雷達(dá)與一個(gè)或多個(gè)沒有發(fā)射系統(tǒng)和天線伺服系統(tǒng) 、 布置在遠(yuǎn)處的雙基地接收站組成。它可以從不同的角度對(duì)同 一 個(gè) 天 氣 目 標(biāo) 進(jìn) 行 觀 測(cè) , 還 可 直 接 測(cè) 量 得 到 反 射率 、 垂直風(fēng) 、 渦 流 等 , 利用這些參數(shù)應(yīng)用大氣熱力學(xué)原理可進(jìn)一步反演出相關(guān)的

16、氣壓與溫度。相控陣天氣雷達(dá)相控陣多普勒天氣雷達(dá) ,主要優(yōu)勢(shì)是可以提高獲取資料的時(shí)間分辨率、進(jìn)一步提 高探測(cè)能力，它能夠快速而精確地轉(zhuǎn)換波束的能力使該雷達(dá)能夠在 1min內(nèi)完成全空域的掃描 , 同時(shí)獲取大量的氣象信息 。所采用的陣列天線是由大量相同的輻射單元組成的孔徑 , 每 個(gè) 單 元 在 相 位 和 幅 度 上 是 獨(dú)立控制的 , 能 得 到 精 確 可 預(yù) 測(cè) 的 輻 射 方 向圖 和 波 束 指 向 。激光天氣雷達(dá)激光雷達(dá)是一種擁有可以精確 地、快速地獲取地面或大氣三維空間信息的主動(dòng)探測(cè)技術(shù)的雷達(dá)，應(yīng)用范圍和發(fā)展前景十分廣闊。它主要是通過(guò)分析由激光器發(fā)射的激光與大氣中的折射率 不 均 勻

17、 層 以 及 遇 到 氣 溶 膠 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 層 中 污 染 氣 體 , 如 NO2、 SO 2、 O 3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。雙波長(zhǎng)雷達(dá)雙波長(zhǎng)雷達(dá)是通過(guò)比較不同波長(zhǎng)的回波強(qiáng)度, 給出定量結(jié)果,它使強(qiáng)對(duì)流天氣的分析取得了一定的進(jìn)展 ,當(dāng)今蘇聯(lián)已在全境設(shè)置了雙波長(zhǎng)天氣雷達(dá)網(wǎng)。雙極化雷達(dá)又叫偏振分集雷達(dá) , 這種雷達(dá)主要用于考察散射粒子 的變形 特性 , 從而研究風(fēng)暴中不同粒子 的 空 間 分 布 , 研究非球形降水粒子對(duì) 電磁波散射特性 的影 響以及雨區(qū)中識(shí)別冰雹。我國(guó)蘭高所在雙極化雷達(dá)的研究上已經(jīng)做了大量工作 , 取得了有效的進(jìn)展 , 為雙極化雷達(dá)的研制打下了基礎(chǔ) 。氣象雷達(dá)組網(wǎng)氣象雷達(dá)是災(zāi)害天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)