多普勒天氣雷達原理與業(yè)務應用思考題(DOC)

1、1多普勒天氣雷達主要由幾個局部構(gòu)成？每個局部的主要功能是什么？答：主要由雷達數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng) RDA，雷達產(chǎn)品生成子系統(tǒng)RPG，主用戶終端子系統(tǒng)PUP三局部構(gòu)成。RDA的主要功能是：產(chǎn)生和發(fā)射射頻脈沖，接收目標物對這些脈沖的散射能量，并通過數(shù)字化形成根本數(shù)據(jù)。RPG的主要功能是：由寬帶通訊線路從RDA接收數(shù)字化的根本數(shù)據(jù)，對其進行處理和生成各種產(chǎn)品，并將產(chǎn)品通過窄帶通訊線路傳給用戶，是控制整個雷達系統(tǒng)的指令中心。PUP的主要功能是：獲取、存儲和顯示產(chǎn)品，預報員主要通過這一界面獲取所需要的雷達產(chǎn)品，并將它們以適當?shù)男问斤@示在監(jiān)視器上。2多普勒天氣雷達的應用領(lǐng)域主要有哪些？答：一、對龍卷、冰雹、雷雨

2、大風、暴洪等多種強對流天氣進行監(jiān)測和預警；二、利用單部或多部雷達實現(xiàn)對某個 區(qū)域或者全國的降水監(jiān)測；三、進行較大范圍的降水定量估測；四、獲取降水和降水云體的風場信息，得到垂直風 廓線；五、改善高分辨率數(shù)值預報模式的初值場。3我國新一代天氣雷達主要采用的體掃模式有哪些？答：主要有以下三個體掃模式：VCP11規(guī)定5分鐘內(nèi)對14個具體仰角的掃描，主要對強對流天氣進行監(jiān)測；VCP21 規(guī)定6分鐘內(nèi)對9個具體仰角的掃描， 主要對降水天氣進行監(jiān)測；VCP31/VCP32 規(guī)定10分鐘內(nèi)對5個具體仰角的掃描使用長脈沖，主要對無降水的天氣進行監(jiān)測。4天氣雷達有哪些固有的局限性？答：一、波束中心的高度隨距離的增

3、加而增加；二、波束寬度隨距離的增加而展寬；三、靜錐區(qū)的存在。答：PrPt3G 2h2 m11024In 2 2r22 m25給出雷達氣象方程的表達式，并解釋其中各項的意義。R2Pt為雷達發(fā)射功率峰值功率；G為天線增益；h為脈沖長度；、：天線在水平方向和垂直方向的波束寬度；r為降水目標到雷達的距離；:波長；m :復折射指數(shù)；Z雷達反射率因子。6給出反射率因子在瑞利散射條件下的理論表達式，并說明其意義。6答：zDi，反射率因子指在單位體積內(nèi)所有粒子的直徑的六次方的總和，與波長無關(guān)。單位體積7給出后向散射截面的定義式及其物理意義。答：SS4 R2 定義：設(shè)有一個理想的散射體，其截面面積為？，它能全部

4、接收射到其s 上的電磁波能量，并全部均勻的向四周散射，假設(shè)該理想散射體返回雷達天線處的電磁波能流密度，恰好等于同距離上實際散射體返回雷達天線的電磁波能流密度，那么該理想散射體的截面面積 ？就稱為實際散射體的后向散射截面。物理意義：定量表示粒子后向散射能力的強弱，后向散射截面越大， 粒子的后向散射能力越強，在同等條件下，它所產(chǎn)生的回波信號也越強。8什么是天氣雷達工作頻率？什么是天氣雷達脈沖重復頻率? 答：工作頻率一一天氣雷達發(fā)射的探測脈沖的震蕩頻率 脈沖重復頻率每秒產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖的數(shù)目T在空間的電磁波列就有一定的長度h= 在雷9什么是波束的有效照射深度和有效照射體積？答：有效照射深度一一雷達發(fā)出

5、的探測脈沖具有一定的持續(xù)時間達波束徑向方向上，粒子的回波信號能夠同時返回雷達天線的空間長度為h/2，稱為雷達的有效照射深度。有效照射體積一一在波束寬度 B和？范圍內(nèi)，粒子所產(chǎn)生的回波能同時到達天線的空間體積，稱為有效照射體積。10 0 dBZ 代表多少反射率因子單位？ 10dBZ 、 30dBZ 和 40dBZ 分別代表多少反射率因子單位？ 答： 0 代表 1， -10 代表 0.1， 30 代表 1000， 40 代表 1000011 何謂多普勒效應？多普勒雷達測量回波徑向速度的主要技術(shù)是什么？ 答：多普勒效應當接收者或接收器與能量源處于相對運動狀態(tài)時，能量到達接收者器時頻率的變化。多普勒雷

6、達測量回波徑向速度的主要技術(shù)是 “脈沖對處理 ，也就是利用相繼返回的兩個脈沖對之間的位相變化 確定目標的徑向速度。12 什么叫距離折疊？什么叫速度模糊？最大不模糊距離和最大不模糊速度的表達式是什么？多普勒兩難指的是什 么？答：距離折疊雷達對于產(chǎn)生雷達回波的目標物位置的判斷有最大不模糊距離，最大不模糊距離就是當雷達發(fā)出的一個脈沖遇到該距離的目標物產(chǎn)生的后向散射波返回到雷達時，下一個雷達脈沖剛好發(fā)出。 而當目標物的距離超出最大不模糊距離時， 雷達對產(chǎn)生雷達回波的目標物位置就會產(chǎn)生識別錯誤，雷達所顯示的回波位置的方位角是正確的，但距離是錯誤的但是可預計它的正確位置 ，當目標位于最大不模糊距離 Rma

7、x 以外時，雷達卻把目標物 顯示在 Rmax 以內(nèi)的某個位置，這種現(xiàn)象稱為距離折疊。速度模糊因為多普勒雷達測速的主要技術(shù)是 “脈沖對處理 ，能夠測量的一個脈沖到下一個脈沖的最大相 移的上限是 180°，與 180°脈沖對相移所對應的目標物徑向速度值稱為最大不模糊速度。如果目標運動的真實脈沖 對相移小于 180°，那么雷達對速度的第一猜值是正確的，或者叫做不模糊的， 但如果一個目標在兩個脈沖的時間間隔期間移動的太遠了，它的真實相移超過180°，那么將賦給它一個小于 180°的相移值，那么速度的第一猜值是不正確的，或者說速度是模糊的。最大不模糊距離

8、的表達式： Rmax=C/(2*PRF) 最大不模糊速度的表達式： Vmax= FPRF/4多普勒兩難由于最大不模糊距離和脈沖重復頻率成反比，而最大不模糊速度與脈沖重復頻率成正比， 因此不存在一個單一的脈沖重復頻率能夠使最大不模糊距離和最大不模糊速度都比擬大，這通常稱為多普勒兩難。13 0.5度仰角， Rmax=460km 和 7.5仰角， Rmax=115 km 時為什么不大可能產(chǎn)生距離折疊？ 答：前者由于最大不模糊距離比擬大， 460KM 以外的回波才會產(chǎn)生距離折疊，而 460KM 以外即使是較低仰角， 波束中心的位置也已經(jīng)比擬高約 17KM ，一般的對流風暴較難到達，而且距離遠也造成回波

9、能夠回到雷達天線 的能量已十分小，根本上不會對 460KM 以內(nèi)的回波造成影響。后者由于仰角比擬高，在 115KM 以外，雷達波束 也已經(jīng)到了很高的高度， 一般的對流風暴很難到達此高度， 所以也不大可能有大量降水粒子回波返回雷達天線造成 距離折疊。14 地物雜波有哪幾種？抑制地物雜波的主要思路是什么？答：地物雜波包括固定地物雜波和異常地物雜波， 固定地物雜波是指高塔和山脈等地物在雷達波束正常傳播情況下 造成的雜波， 異常地物雜波是指由雷達波束的超折射造成的地物回波。抑制地物雜波的主要思路是地物為靜止不動的，因而其沿著雷達徑向的速度必然是零， 因此抑制地物雜波的做法是將一個距離庫內(nèi)徑向速度在零值

10、附近的那部 分功率濾掉。15 指出超折射在雷達回波圖上的特點。出現(xiàn)超折射說明當時的大氣狀況怎樣？ 答：超折射在反射率因子產(chǎn)品上的形態(tài)：造成反射率因子數(shù)據(jù)出現(xiàn)雜斑點，斑點值的變化范圍很寬，并且可以擴展 到很大的范圍； 超折射造成的地面回波的不均勻性相當明顯，通常反射率因子值相當高，并且會發(fā)生突然從低值到 高值的變化，其反射率因子梯度不如氣象回波的反射率因子梯度光滑。超折射在平均徑向速度產(chǎn)品上的形態(tài)：一個 接近零的速度場中孤立的鑲嵌著非零值。出現(xiàn)超折射說明當時的大氣狀況：溫度隨高度升高而增加逆溫和/或濕度隨高度增加而迅速減少。16 速度退模糊算法的主要思路是什么？ CINRAR-SA 雷達速度退模

11、糊算法的主要步驟是哪幾步？ 答：速度退模糊算法的主要思路是根據(jù)連續(xù)性原那么將每個速度初猜值與它的周圍的相鄰速度值相比擬， 如果一個速 度初猜值與它的周圍值顯著不同，那么該算法試圖用另一個可能的值替換那個速度初猜值。速度退模糊算法的主要步驟是：一、徑向連續(xù)性檢查；二、九點平均；三、擴展搜索；四、環(huán)境風表17 Rmax 300km，雷達波長5厘米，Vrmax應是多少？假設(shè)雷達波長 10厘米，Vax是多少？答：PRF=C/ 2*300000=5004*Vr max / 入=500 所以當入米時，Vr max =6.25m/s ;當入米時，Vr max18 如果一個模糊的徑向速度值是 45 節(jié)，它的鄰

12、近值是 -55 節(jié)，最大徑向速度是 60 節(jié)，那么這個徑向速度的最可能 值是什么？答： 45-2*60=-75 節(jié)19 對流風暴分為哪幾種類型？答：對流風暴分為： 1、普通單體風暴; 2、多單體風暴; 3、線風暴颮線 ; 4、超級單體風暴20 雷暴產(chǎn)生的環(huán)境條件主要有哪些？答：產(chǎn)生對流風暴的環(huán)境條件主要有： 1 、大氣熱力層結(jié)不穩(wěn)定;2 、垂直風切變; 3、水汽分布; 4、觸發(fā)機制21 垂直風切變對雷爆開展的主要作用是什么？答：在一定的熱力不穩(wěn)定條件下，垂直風切變的增強將導致風暴進一步加強和開展，主要原因在于1 、在切變環(huán)境下能夠使上升氣流傾斜， 這就使得上升氣流中形成的降水質(zhì)點能夠脫離上升氣

13、流， 而不會因拖曳作用減弱上升 氣流的浮力; 2、可以增強中層干冷空氣的吸入，加強風暴中的下沉氣流和低層冷空氣外流，再通過強迫抬升使得 流入的暖濕氣流更強烈地上升，從而加強對流;3、通過環(huán)境垂直風切變和上升氣流的相互作用提供一附加向上的擾動氣壓梯度力，從而使氣塊獲得除浮力以外的向上加速度。如果風切變較弱， 相對風暴氣流就不可能增強到足以攜帶降水遠離風暴的上升氣流區(qū)，降水就通過上升氣流降落，并進入風暴低層的入流區(qū)，從而導致上升氣流中水負載的明顯增加，最終使得風暴核消失。而中等到強的垂直 風切變有利于相對風暴氣流的開展，此時，氣塊攜帶著降水遠離風暴的入流區(qū)或上升區(qū)，中等到強的垂直風切變能 夠產(chǎn)生與

14、陣風鋒相匹配的風暴運動， 從而使得暖濕氣流源源不斷地輸送到開展中的上升氣流中去， 垂直風切變的增 強有利于上升氣流和下沉氣流在相當長的時間內(nèi)共存，新單體將在前期單體的有利一側(cè)有規(guī)那么地形成， 如果足夠強的垂直風切變伸展到風暴的中層， 那么產(chǎn)生于上升氣流和垂直風切變環(huán)境相互作用的動力過程能強烈影響風暴的結(jié)構(gòu) 和開展，在這種風切變環(huán)境下，有利于組織完好的對流風暴如強烈多單體風暴和超級單體風暴的開展。22 雷暴單體生命史分為哪幾個階段？每個階段的主要特征是什么？ 答：分為三個階段：1 、塔狀積云階段：由上升氣流所控制，上升速度一般隨高度增加，這種上升氣流主要由局地暖空氣的正浮力或者由低層輻合引起。初

15、始雷達回波的水平尺度為 1KM左右，垂直尺度略大于水平尺度， 初始回波頂通常在-4-16 C 之間的高度上，回波底在0C高度附近，初始回波形成后，隨著水滴和冰晶等水成物的不斷生成和增長，回波向上、向下同時增長，但是回波不接地，此時最強回波強度一般在云體的中上部。2、成熟階段： 上升氣流和下沉氣流共存的階段， 開始于雨最初從云底降落之時， 表現(xiàn)為雷達回波接地。 此時，云中上升氣流到達最大，隨著降水過程的開始，由于降水粒子所產(chǎn)生的拖曳作用，形成了下沉氣流，這種下沉氣流 在近地面的低層向外擴散，與單體運動前方的低層暖濕空氣交匯形成颮鋒。成熟階段的對流單體的中上部，仍為上升氣流和過冷水滴及冰晶等水成物

16、，當云頂伸展到對流層頂附近時，不再向上開展，而向該處的環(huán)境風下風方向擴 展，出現(xiàn)水平伸展的云飐，云飐回波可伸展到幾十千米至上百千米。3、消亡階段：下沉氣流所控制，降水開展到整個對流云體，從雷達回波上看，回波強中心由較高高度迅速下 降到地面附近，回波垂直高度迅速降低，回波強度減弱，并且分裂消失。23 給出中氣旋的定義 答：中氣旋是與強對流風暴的上升氣流和后側(cè)下沉氣流緊密相聯(lián)的小尺度渦旋，該渦旋滿足一定的切變、垂直伸展和持續(xù)性判據(jù)。這個渦旋可以用一個蘭金組合渦旋來模擬：中氣旋核作為一個固體旋轉(zhuǎn)，切向速度與半徑成正比， 在中氣旋核以外，切向速度與半徑成反比，隨著半徑的增加而減少。中氣旋的水平尺度一般

17、不超過 10KM ，垂直厚 度超過相應對流風暴厚度的三分之一，垂直渦度的量級為10-2s-1 ，持續(xù)時間為兩個體掃以上24 給出超級單體風暴的定義。經(jīng)典超級單體風暴反射率因子回波的主要特征是什么？ 答：超級單體風暴是伴隨著一個持久深厚的中氣旋，具有強烈而且持續(xù)旋轉(zhuǎn)特性的對流單體，將出現(xiàn)強烈的災害性 天氣。經(jīng)典超級單體風暴的反射率因子回波的特征是： 回波頂移過低層反射率因子的高梯度區(qū)而位于一個持續(xù)的有界 弱回波區(qū)之上， 在生命期的某些階段， 經(jīng)典的超級單體經(jīng)常展現(xiàn)一個位于其右前方的低層鉤狀回波和低空的入流缺 口，簡而言之就是低層的鉤狀回波與入流缺口、 中層的有界弱回波區(qū)和中高層的懸垂回波結(jié)構(gòu)即經(jīng)

18、典超級單體反射 率因子的主要特征。25 給出以下小尺度流場特征的雷達徑向速度示意圖：1輻合氣旋式旋轉(zhuǎn)； 2輻散氣旋式旋轉(zhuǎn)。答：略26 強對流天氣指的是哪些天氣？ 答：包括冰雹、龍卷、災害性大風、短時強降水等天氣。27 強冰雹的主要雷達識別判據(jù)有哪些？答：主要雷達識別判據(jù)有：1、回波強度最大值及所在高度，強回波區(qū)50DBZ丨必須擴展到 0C等溫線以上才能對強降雹的潛勢有所奉獻，當強回波區(qū)擴展到-20 C等溫線高度之上時，對強降雹的潛勢奉獻最大；2、具有寬闊的弱回波區(qū)或者有界弱回波區(qū)， 特別是當它們的上方存在強反射率因子核的風暴最有利于大冰雹或強降雹的發(fā)生；3、風暴頂強輻散； 4、雷達回波的三體散

19、射現(xiàn)象；5、零度層高度不能太高。28 雷暴大風的主要雷達回波特征有哪些？答、一、反射率因子核心的持續(xù)下降伴隨中層的徑向輻合；二、弓形回波29 龍卷預警的主要思路是什么？ 答：一般來說，中層中氣旋越強，出現(xiàn)龍卷的概率就越大，與強龍卷相聯(lián)系的中氣旋特征有可能在龍卷發(fā)生前 20-30min 出現(xiàn)。越強的中氣旋，離地越近越危險；低空有強烈的風切變；抬升凝結(jié)高度越低越好。30 給出你認為比擬重要的 8 個雷達導出產(chǎn)品 .答： 1、中氣旋 M； 2、龍卷渦旋特征 TVS； 3、垂直積分液態(tài)水含量 VIL ； 4、回波頂高 ET； 5、冰雹指數(shù) HI； 6、 風廓線 VWP ； 7、反射率因子剖面 RCS；

20、 8、三小時累計降水； 9、風暴追蹤信息31 何謂脈沖風暴，其演變的主要特征是什么？可產(chǎn)生哪幾種強對流天氣？ 答：脈沖風暴是產(chǎn)生于弱的垂直風切變環(huán)境中的一種開展迅速的強風暴。其回波結(jié)構(gòu)的主要特征在于：一、初始回波出現(xiàn)的高度一般在 6-9KM之間，之后向上下開展；二、強回波中心值一般大于50Dbz ;三、強中心所在的高度也較高，一般在-10 C厘米以及弱的龍卷，然而，強烈的微下?lián)舯┝骱痛蟊⑴紶栆矔霈F(xiàn)。32 有利于雷暴大風產(chǎn)生的環(huán)境條件是什么？ 答：產(chǎn)生雷暴大風需要有強烈的下沉氣流，環(huán)境條件是：一、對流層中層有相對干層存在；二、對流層中下層溫度 直減率較大33 有利于強冰雹產(chǎn)生的環(huán)境條件是什么

21、？答：一、-10-30 C之間對流有效位能 CAPE值較大；二、深層較大的垂直風切變；三、融化層的高度不太高也不 太低。34龍卷的級別是如何劃分的？F0到F5六級答：龍卷的級別按照建筑物和地表植被的損害狀況分為35多普勒天氣雷達能為短時強降水預報提供哪些線索？答：一、雨強估計：根據(jù)反射率因子判斷雨強首先必須判斷大的反射率因子主要是由液態(tài)雨滴產(chǎn)生的，而不是冰 雹和亮帶的奉獻；二、低空急流的識別：從多普勒天氣雷達徑向速度圖上可以監(jiān)視低空急流的變化，與其他條件 相結(jié)合，可以判斷降雨是否持續(xù)；三、降水持續(xù)時間的估計：根據(jù)降水系統(tǒng)的大小、移動速度、系統(tǒng)的走向與移動 方向的夾角估計降水持續(xù)時間。36 CI

22、NRAD-SA雷達降水算法主要分哪幾個步驟？答：一、反射率因子預處理；二、計算降水率；三、進行降水累計；四、利用雨量計進行訂正；五、生成雷達降水 產(chǎn)品37雷達降水估計誤差主要來自哪些方面？答：主要來自不適當?shù)腪-R關(guān)系、雷達硬件定標誤差、濕的天線罩、亮帶、遠距離處雷達波束從降水系統(tǒng)上面穿過、超折射地物雜波、冰雹的影響等。38以下列圖中是否有速度模糊出現(xiàn)？估計圖中向著雷達的徑向速度大約是多少?Vdocrty(V級230 km1.00 km 、Date; 20日 06 1UTime： 1139:53PDA. zhuuhdn (B8O Height: 438.3 in I at： 30/ 4 0 N

23、 Wg mt BD2 r Modo PfociphsiionEle< - 1 Jbdeg i Mun. -27ni/s 27 hiAjVCP 21V Crdi:1161mi答：有速著雷達的39以下其中與雷的“V'形 “ V'形缺 流天氣？IBaco PoAoctiwlyRangs: 200 km RasnlulitMi- 0 5(X1 kmatR TflDE n? 77Time: 07:27:25RDA: EEDS (477 Height: 15fi/.b mLai： 3y/<y/1 HI ong: 11U/JJ0 L Mods PretipitBlioiiVCP 21Cntn Odoq OkmLlev = U.idegM羽辭MH,度模糊存在。速度模糊處向 徑向速度大約在Pohr Whm 30d«g-27 -34m/s。圖中為C波段雷達的圖像, 達東北偏東方向強回波對應 缺口是由什么造成的？該 口的出現(xiàn)可以指示哪種強對Elev= 2.4di>g Mjk J2mri; 30-西北TVS右以下列圖