多普勒天氣雷達課件

1、雷達氣象學電子版（第二版）第1頁，共32頁。第2頁，共32頁。 目 錄第一章 緒論第二章 雷達探測大氣的基礎(chǔ)知識第三章 雷達氣象方程第四章 多普勒天氣雷達第五章 天氣雷達產(chǎn)品與算法第六章 天氣雷達回波的識別技術(shù)第七章 中小尺度天氣系統(tǒng)的回波特征第八章 大尺度天氣系統(tǒng)的回波特征第3頁，共32頁。第一章 緒論 1.1 概述1.2 天氣雷達發(fā)展歷史1.3 天氣雷達工作原理第4頁，共32頁。第一節(jié) 概述第5頁，共32頁。 名字：“雷達”是Radio Detection And Ranging縮寫Radar的音譯,字面上含義是無線電探測和測距。 雷達：是用無線電方法發(fā)現(xiàn)并測定空間目標的位置。 用途：從二

2、次世界大戰(zhàn)后雷達技術(shù)引用到氣象部門至今已有50多年歷史。用于探測云、雨、降水、監(jiān)測強對流天氣的天氣雷達已成為雷達技術(shù)中的一個分支，天氣雷達是大氣監(jiān)測的重要手段之一，在突發(fā)性、災害性的監(jiān)測、預報和警報中具有極為重要的作用。目前約有1000部以上的天氣雷達布設(shè)在世界各地，為人類造福。1、雷達及其作用第6頁，共32頁。雷達氣象學 利用天氣雷達，進行大氣探測和研究雷達波與大氣相互作用的學科，它是大氣物理學、大氣探測和天氣學共同研究的一個分支。 2、雷達氣象學研究的主要內(nèi)容第7頁，共32頁。2、雷達氣象學研究的主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論、分析應用、探測方法與技術(shù)三部分?；A(chǔ)理論方面包括云和降水粒子對雷達波的散

3、射；微波經(jīng)過大氣、云和降水粒子時的衰減；氣象條件對雷達波傳播的影響，如大氣折射、大氣不均勻結(jié)構(gòu)的散射等。 分析應用方面包括雷達測量降水和云中的含水量；天氣系統(tǒng)(特別是中小尺度系統(tǒng))的雷達回波在天氣分析預報上的應用，在云和降水物理探測研究上的應用；多普勒雷達和各種波長的新型雷達在風的水平結(jié)構(gòu)和鉛直結(jié)構(gòu)、鉛直氣流速度、降水粒子譜、晴空回波、大氣湍流等的探測研究中的應用。探測方法與技術(shù)方面包括各種天氣雷達資料的處理和傳輸?shù)?。?頁，共32頁。第二節(jié) 天氣雷達發(fā)展歷史第9頁，共32頁。常規(guī)天氣雷達：是一種模擬信號雷達、將云雨降水質(zhì)點散射回的信號在模擬顯示器上顯示,給出降水及其云體的空間位置和范圍。數(shù)字

4、化天氣雷達：,雷達不僅觀測降水的空間分布,進一步定量估測降水強度和雨量的分布,同時還提供給用戶多種圖像圖形產(chǎn)品。獲得的探測信息少、技術(shù)性能偏低、可靠性和穩(wěn)定差、組網(wǎng)能力弱等。多普勒天氣雷達：作為新一代天氣雷達在氣象業(yè)務(wù)探測中得到更多的應用,它不僅提供降水分布和定量估測,還提供了降水區(qū)內(nèi)風場信息,增添了預示天氣未來變化的信息。目前世界各國氣象業(yè)務(wù)使用 50多年來,天氣雷達的發(fā)展大致經(jīng)歷了3個階段,常規(guī)天氣雷達、數(shù)字化天氣雷達和多普勒天氣雷達。1、雷達氣象發(fā)展史 第10頁，共32頁。 二十世紀40年代，雷達開始用于降水天氣過程的探測，這一時期主要是建立雷達氣象學的理論基礎(chǔ)的階段；50年代是從定性研

5、究轉(zhuǎn)入定量研究的階段，其中包括定量測雨和定量顯示反射率，以及對雷達信號脈動、偏振等現(xiàn)象的研究。50年代后期和60年代初期，許多國家建立了天氣雷達站網(wǎng)，促進了雷達氣象學的進一步發(fā)展。 二十世紀60年代及其以后，雷達氣象學在多方面得到了新的發(fā)展：天氣雷達方程精度的改進；晴空回波在理論研究和探測技術(shù)上得到新的進展；由湍流不均勻介質(zhì)散射理論，給出了散射強度和湍流結(jié)構(gòu)的關(guān)系，為大氣結(jié)構(gòu)、晴空湍流、大氣波動、熱對流、大氣風場、鉛直氣流速度等的探測和研究開辟了新的途徑。同時，天氣雷達在資料的實時處理和觀測結(jié)果的傳輸方面也取得了很大進展，并出現(xiàn)了定量探測的數(shù)字天氣雷達網(wǎng)。 近二十年來最突出的發(fā)展是，多普勒雷達

6、在大氣遙感探測和研究工作中的應用，如探測降水云內(nèi)和晴空大氣中水平風場和鉛直風場、降水滴譜和大氣湍流等。多普勒雷達還為龍卷的探測和短時間預報提供了有效的工具。在完成多部雷達聯(lián)合組網(wǎng)實時定量探測的基礎(chǔ)上，可利用雷達測雨的觀測資料，結(jié)合衛(wèi)星觀測，進行更大范圍的降水預報。1、雷達氣象發(fā)展史 第11頁，共32頁。2、我國雷達氣象發(fā)展歷史常規(guī)天氣雷達50年代開始使用軍事雷達58年引進第一部天氣雷達60年代末711X波段數(shù)字化天氣雷達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，并引進多普勒雷達多普勒天氣雷達90年代已生產(chǎn)出714CD、714SD型脈間相干99年對WSR-88

7、D進行改造，第一部先進的S波段全相干脈沖多普勒雷達CINRAD/CC 3824型第12頁，共32頁。我國新一代天氣雷達建設(shè) 中國氣象局規(guī)劃將雷達數(shù)量由原計劃的126部調(diào)整為158部，其中S波段雷達87部，C波段雷達71部；因人工影響天氣等需求，還打算開展X波段雷達建設(shè)。 第13頁，共32頁。第14頁，共32頁。 到2008年，完成158部S波段和C波段新一代天氣雷達系統(tǒng)的布點建設(shè)，形成基本覆蓋全國的天氣雷達監(jiān)測網(wǎng)。到2015年，根據(jù)國家經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展需求，在服務(wù)重點地區(qū)和經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)建設(shè)30部左右 新一代天氣雷達系統(tǒng)，再通過適當數(shù)量小型雷達實現(xiàn)對低層風、近地表降水和山區(qū)天氣現(xiàn)象的地理覆蓋，形成精

8、細網(wǎng)格的雷達布局；形成完備的新一代天氣雷達綜合業(yè)務(wù)應用系統(tǒng)和支持保障體系，達到對中小尺度天氣及暴雨雨量、雨區(qū)的定點、定量的預警功能；開展雙偏振、相控陣、多基地、多波長、激光、毫米波等先進技術(shù)試驗，對已建雷達完成雙線偏振功能升級改造，新建雷達應采用雙線偏振技術(shù)。天氣雷達發(fā)展規(guī)劃（20012015年）第15頁，共32頁。 一般，在沿海地區(qū)安裝 S波段雷達，內(nèi)陸地區(qū)安裝 C波段雷達，這樣可以減少衰減，成本也較小。 S波段雷達與 C波段雷達價格相差1倍。天氣雷達發(fā)展歷史 第16頁，共32頁。中國氣象局頒發(fā)了新一代多普勒天氣雷達統(tǒng)一型號命名規(guī)定：國內(nèi)獨立研制SC ( 714SDN ) CC ( 3830

9、CD ) CD ( 714CDN )CC J( 3830CD J) C波段移動型 CINRAD產(chǎn)品型號，分為兩類八種型號中美合資生產(chǎn) SA S波段增強型 SB S波段標準型 CA C波段增強型 CB C波段標準型第17頁，共32頁。合肥雷達樓 1999年安裝的第一部多普勒雷達。第18頁，共32頁。天氣雷達 云雨雷達 脈沖多普勒天氣雷達 雙偏振天氣雷達 實現(xiàn)對降水進行分類與識別雙波長天氣雷達 推測被測粒子的大小 多參數(shù)天氣雷達 提供云及降水物的尺寸、相態(tài)和類型等信息 雙/多基地天氣雷達 能測出諸如風場的三維矢量、降雨粒子的垂直速 度等信息 機載天氣雷達 雷達分辨力、精度和靈敏度好 相控陣天氣雷達 優(yōu)點很多，是天氣雷達的發(fā)展方向 第19頁，共32頁。波長3.2cm直徑1.5m增益38dB功率75kW波長3.2cm直徑5.5m,1.1m功率180kW波長5.6cm直徑3.7m增益38dB功率250kW第20頁，共32頁。波長10.7cm直徑4m增益36dB功率600kW波長11.3cm直徑5.7m,2.2m增益38dB功率1MW第21頁，共32頁。中國新一代天氣雷達 第22頁，共32頁。 一是降水粒子的后向散射形成的。 二是由于晴空大氣折射指數(shù)不均勻產(chǎn)生的后向“散射”