新一代天氣雷達(dá)引論張深壽

1、新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)龍巖市氣象局 張深壽2013.03新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座第一章第一章 引論引論新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座雷達(dá) Radio Detection And Ranging 無線電探測和測距新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座中國新一代天氣雷達(dá)布網(wǎng)計劃新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座雷達(dá)氣象發(fā)展史 常規(guī)天氣雷達(dá)常規(guī)天氣雷達(dá) 數(shù)字化天氣雷達(dá)數(shù)字化天氣雷達(dá) 多普勒天氣雷達(dá)多普勒天氣雷達(dá) 未來未來 雙偏振、相控陣、多基地、多波長、激光、雙偏振、相控陣、多基地、多波長、激光、毫米波毫米波新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座我國雷達(dá)氣

2、象發(fā)展歷史1.常規(guī)天氣雷達(dá)常規(guī)天氣雷達(dá)50年代開始使用軍事雷達(dá)58年引進(jìn)第一部天氣雷達(dá)60年代末711X波段2.數(shù)字化天氣雷達(dá)數(shù)字化天氣雷達(dá)70年代自行生產(chǎn)711、712、71380年代具有數(shù)字處理系統(tǒng)的714S波段，并引進(jìn)多普勒雷達(dá)3.多普勒天氣雷達(dá)多普勒天氣雷達(dá)90年代已生產(chǎn)出714CD、714SD型脈間相干99年對WSR-88D進(jìn)行改造新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座天氣雷達(dá)的發(fā)展天氣雷達(dá)的發(fā)展 云雨雷達(dá) 脈沖多普勒天氣雷達(dá)脈沖多普勒天氣雷達(dá) 雙偏振天氣雷達(dá) 實現(xiàn)對降水進(jìn)行分類與識別 雙波長天氣雷達(dá)推測被測粒子的大小 多參數(shù)天氣雷達(dá) 提供云及降水物的尺寸、相態(tài)和類型等信息 雙/多基地

3、天氣雷達(dá) 能測出諸如風(fēng)場的三維矢量、降雨粒子的垂直速 度等信息 機(jī)載天氣雷達(dá) 雷達(dá)分辨力、精度和靈敏度好 相控陣天氣雷達(dá) 優(yōu)點很多，是天氣雷達(dá)的發(fā)展方向 新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座采用跳躍式電掃描波束和天線方向圖形狀的自適應(yīng)控制，使掃描和資料收集時間由6分鐘降至1分鐘以內(nèi)；多波束可同時追蹤多目標(biāo)，大大提高獲取資料的時間分辨率，使探測能力顯著提高 。價格昂貴！新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)性能要求 對災(zāi)害性天氣有強(qiáng)的監(jiān)測和預(yù)警能力 良好的定量測量回波強(qiáng)度的性能 良好的多普勒測速能力 智能型探測系統(tǒng)，豐富的軟件和產(chǎn)品 和其他天氣預(yù)報

4、支持系統(tǒng)的銜接新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座 新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座強(qiáng)對流的監(jiān)測新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座20012001年年4 4月月2929日長汀一次冰雹日長汀一次冰雹過程的垂直剖面圖和反射率因子圖過程的垂直剖面圖和反射率因子圖新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座對天氣尺度和次天氣尺度降水系統(tǒng)的監(jiān)測對天氣尺度和次天氣尺度降水系統(tǒng)的監(jiān)測20052005年年5 5月月1 1日福建省中北部地區(qū)強(qiáng)對流天氣過程。日福建省中北部地區(qū)強(qiáng)對流天氣過程。新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座 2005年年3月月22日強(qiáng)颮線日強(qiáng)颮線新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座百合新一代天氣

5、雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座估測降水新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座風(fēng)場信息新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座CpolKurnell新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座我國新一代多普勒天氣雷達(dá)我國新一代多普勒天氣雷達(dá)CINRAD命名規(guī)定命名規(guī)定國內(nèi)獨立研制國內(nèi)獨立研制SC ( 714SDN ) SC ( 714SDN ) CC ( 3830CD ) CC ( 3830CD ) CD ( 714CDN )CD ( 714CDN )CC J( 3830CD J) CC J( 3830CD J) C C波段移動型波段移動型 兩大類八種型號兩大類八種型號中美合資生產(chǎn)中美合資生產(chǎn) SA S S波段增

6、強(qiáng)型波段增強(qiáng)型 SB S S波段標(biāo)準(zhǔn)型波段標(biāo)準(zhǔn)型 CA C C波段波段增強(qiáng)型增強(qiáng)型( (未生產(chǎn)未生產(chǎn)) ) CB C C波段標(biāo)準(zhǔn)型波段標(biāo)準(zhǔn)型新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座全相干全相干發(fā)射機(jī)、接收機(jī)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座雷達(dá)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（RDARDA）采用脈沖多普勒體制的全相干系統(tǒng)采用脈沖多普勒體制的全相干系統(tǒng) 速調(diào)管放大、高功率全相干發(fā)射機(jī) 窄波束低旁瓣的天線 低噪

7、聲寬動態(tài)范圍的相干接收機(jī) 多參數(shù)的信號處理器 主要參數(shù)的自動檢測新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座發(fā)發(fā) 射射 機(jī)機(jī) 發(fā)射射頻（發(fā)射射頻（rf rf）信號。信號。 速調(diào)管放大器峰值功率速調(diào)管放大器峰值功率750750kwkw 非常穩(wěn)定的非常穩(wěn)定的1010厘米的射頻（厘米的射頻（rf rf）脈沖脈沖 穩(wěn)定穩(wěn)定 每個脈沖必須具有相同的初位相，以便提取多每個脈沖必須具有相同的初位相，以便提取多普勒信息普勒信息新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座天線天線 將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的rf信號以波束的形式發(fā)射到大氣信號以波束的形式發(fā)射到大氣 接受返回的能量（粒子的后向散射能量）。接受返回的能量（粒子的后

8、向散射能量）。 仰角變化范圍是從仰角變化范圍是從0.5度到度到19.5度。度。 天線仰角的設(shè)置天線仰角的設(shè)置 掃描方式（掃描方式（scan strategy共有三種）共有三種） 體掃模式（體掃模式（volume coverage pattern ：VCP） 工作模式工作模式（operational mode 晴空和降水兩種模式）晴空和降水兩種模式） 新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座天線掃描方式天線掃描方式（scan strategy）掃描方式告訴雷達(dá)在一次體積掃描（掃描方式告訴雷達(dá)在一次體積掃描（volume scan）中使用多少仰角和時間。中使用多少仰角和時間。WSR-88D 和和 CI

9、NRAD WSR-98D 使用三種掃描方式：使用三種掃描方式： 掃描方式掃描方式#1：5分鐘完成分鐘完成14個不同仰角上的掃描個不同仰角上的掃描（14/5） 掃描方式掃描方式#2：6分鐘完成分鐘完成9個不同仰角上的掃描個不同仰角上的掃描（9/6） 掃描方式掃描方式#3：10分鐘完成分鐘完成5個不同仰角上的掃描個不同仰角上的掃描（5/10）新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座體掃模式體掃模式 (VCP:Volume Cover Pattern）掃描方式確定一次體積掃中使用多少個仰角，而具體掃描方式確定一次體積掃中使用多少個仰角，而具體是哪些仰角則由體掃模式來規(guī)定是哪些仰角則由體掃模式來規(guī)定。WS

10、R-88D WSR-88D 可有可有2020個不同個不同的的VCPVCP，目前只定義了其中的目前只定義了其中的4 4個：個： VCP11VCP11 - VCP11 - VCP11（scan strategy #1scan strategy #1，version 1version 1）規(guī)定規(guī)定5 5分鐘內(nèi)對分鐘內(nèi)對1414個具體仰角的掃描方式。個具體仰角的掃描方式。 VCP21 - VCP21 VCP21 - VCP21 （scan strategy #2scan strategy #2，version 1version 1）規(guī)定規(guī)定6 6分鐘內(nèi)對分鐘內(nèi)對9 9個具體仰角的掃描方個具體仰角的掃描

11、方式。式。 VCP31VCP31 - VCP31 - VCP31 （scan strategy #3scan strategy #3，version 1version 1）規(guī)定規(guī)定1010分鐘內(nèi)對分鐘內(nèi)對5 5個具體仰角的掃描方式。個具體仰角的掃描方式。 VCP32VCP32 - VCP32 - VCP32（scan strategy #3scan strategy #3，version 2version 2）確定的確定的1010分鐘完成的分鐘完成的5 5個具體仰角與個具體仰角與VCP31VCP31相同。不同之處相同。不同之處在于在于VCP31VCP31使用長雷達(dá)脈沖而使用長雷達(dá)脈沖而VCP3

12、2VCP32使用短脈沖。使用短脈沖。 新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座 值得注意的是： 雷達(dá)在0.5度和1.45度仰角上分別作兩次掃描，在其他仰角上只作一次掃描。在兩次掃描中：第一次發(fā)射低脈沖重復(fù)頻率，觀測范圍大（460km），為了避免速度模糊。第二次發(fā)射高脈沖重復(fù)頻率，觀測的范圍?。?30km），為了避免距離模糊。新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座工作模式工作模式（Operational Mode）WSR-88DWSR-88D使用兩種工作模式，即使用兩種工作模式，即降水模式降水模式和和晴空模式晴空模式。雷達(dá)的工作模

13、式?jīng)Q定了使用哪種。雷達(dá)的工作模式?jīng)Q定了使用哪種VCPVCP，而而VCPVCP又確定了具體的掃描方式。又確定了具體的掃描方式。工作模式工作模式A A：降水模式使用降水模式使用VCP11VCP11或或VCP21VCP21，相應(yīng)的掃描方式分別為相應(yīng)的掃描方式分別為14/5 14/5 和和9/69/6。工作模式工作模式B B：晴空模式使用晴空模式使用VCP31VCP31或或VCP32VCP32，兩者都使用掃描方式兩者都使用掃描方式5/105/10。新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座雷達(dá)雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPGRPG） 具有雷達(dá)產(chǎn)品生成具有雷達(dá)產(chǎn)品生成、產(chǎn)品分發(fā)、運行、產(chǎn)品分發(fā)、運行監(jiān)控監(jiān)控、系統(tǒng)、系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)通信、數(shù)據(jù)存檔等通信、數(shù)據(jù)存檔等多種多種功能功能新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座3 3、主用戶處理器子系統(tǒng)（主用戶處理器子系統(tǒng)（PUPPUP） 產(chǎn)品請求 產(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲和管理 產(chǎn)品顯示 狀態(tài)監(jiān)視 產(chǎn)品編輯注釋新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座天氣雷達(dá)的局限性1.波束中