三.3+雷達(dá)強(qiáng)度場(chǎng)的非降水類回波分析

三、3非降水回波的圖像分析

（ζ10.4）大氣科學(xué)學(xué)院白愛(ài)娟識(shí)別雷達(dá)回波信號(hào)

氣象雷達(dá)探測(cè)最終目的是將探測(cè)獲取的回波信號(hào)應(yīng)用于實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)和天氣學(xué)研究中，但由于接收到的目標(biāo)千差萬(wàn)別，產(chǎn)生的回波在形態(tài)上也各不相同。正確識(shí)別雷達(dá)回波對(duì)應(yīng)的目標(biāo)物性質(zhì)和類型，不僅是分析和運(yùn)用氣象雷達(dá)回波資料的基礎(chǔ)，也是雷達(dá)探測(cè)業(yè)務(wù)的重點(diǎn)。雷達(dá)回波分類一、降水類回波：降水粒子直接形成的回波。二、非降水回波：指沒(méi)有產(chǎn)生降水的云、霧、晴空大氣、地物等目標(biāo)物對(duì)電磁波的散射所產(chǎn)生的雷達(dá)回波。分類：根據(jù)目標(biāo)物的類型，將非降水類回波分為：①地物回波、海浪回波、同波長(zhǎng)干擾回波等，與氣象無(wú)關(guān)的干擾回波。②晴空回波、超折射回波、三體散射和旁瓣回波等。這些回波可能與特殊的天氣類型有關(guān)。雷達(dá)探測(cè)到的非降水回波

雷達(dá)探測(cè)的非降水回波包括：①非氣象類回波：雷達(dá)探測(cè)到除云和降水等氣象目標(biāo)物散射電磁波能量外，一些非氣象目標(biāo)物：山地，建筑物，飛機(jī)，飛鳥，昆蟲，船舶，海浪等，也能散射電磁波能量，形成回波信息。②氣象類回波：由于晴空大氣的特殊折射，以及雷達(dá)本身性能的原因，探測(cè)到一些與氣象因素有關(guān)的虛假回波：三體散射、旁瓣回波、窄帶回波、超折射回波、二次回波等。雷達(dá)回波的分類三體散射、旁瓣回波、二次回波非氣象回波氣象回波1、地物回波由山地及各種建筑物等對(duì)電磁波的散射而產(chǎn)生的回波。地物回波的目標(biāo)物有兩類：(1)地表：山脈，丘陵，島嶼，海岸線等。(2)地表上的人工建筑物。地物回波的PPI識(shí)別1、PPI：回波形狀與地形一致，邊緣清晰，位置固定，不隨時(shí)間變化。正常折射情況下，相同仰角下地物回波的范圍、數(shù)量一般不會(huì)變化。熟記地形，或抬高仰角地物回波就會(huì)消失。相同仰角下地物回波的多少和強(qiáng)弱，取決于：①雷達(dá)技術(shù)參數(shù)，工作狀態(tài)和地形條件；②大氣折射狀況。對(duì)雷達(dá)站正常大氣情況下，地物回波的數(shù)量和范圍是固定的。但是當(dāng)出現(xiàn)負(fù)折射（向上彎曲）時(shí)，地物回波明顯減少。出現(xiàn)超折射時(shí)，地物回波將增多。地物回波的識(shí)別2、RHI識(shí)別：地物回波的高度比氣象目標(biāo)物的高度低很多，RHI呈矮小的柱狀，兩頭尖。回波高度可作為識(shí)別地物回波的依據(jù)。反射率因子值很低，通常在20dBz以下，呈點(diǎn)狀分布，離雷達(dá)站較近。降水云回波：>15dBz。地物回波的特征當(dāng)大氣出現(xiàn)超折射現(xiàn)象時(shí)，地物回波明顯增多。地物回波的特征雷達(dá)探測(cè)的地物回波地物回波圖像

強(qiáng)度R速度V回波分類地物回波強(qiáng)度：10-15dBz，徑向速度：0m/s左右地物回波的小結(jié)識(shí)別：PPI-離散的點(diǎn)狀，邊緣清晰，位置固定，強(qiáng)度少變。RHI-呈小柱狀，高度低。特點(diǎn)：1、和地形有關(guān)，位置固定，強(qiáng)度變化不大；2、徑向速度為零或很小；4、回波強(qiáng)度弱，20dBz以下，梯度大。1）阻擋作用：當(dāng)雷達(dá)仰角較低時(shí)出現(xiàn)地物回波，將無(wú)法探測(cè)到地物遠(yuǎn)離雷達(dá)一側(cè)的目標(biāo)，形成探測(cè)盲區(qū)。一定仰角下，當(dāng)氣象回波從遠(yuǎn)處向測(cè)站移來(lái)，越過(guò)地物后，回波范圍將增大，強(qiáng)度將增強(qiáng)，形成虛假的回波增強(qiáng)現(xiàn)象。2）若地物回波離測(cè)站較近時(shí)，有可能降水回波和地物回波連成一片，影響降水回波的強(qiáng)度，且不易確定氣象回波的邊界。為了減少地物對(duì)雷達(dá)探測(cè)的影響，盡量將雷達(dá)架設(shè)在較高地形上。

地物回波對(duì)雷達(dá)探測(cè)的影響1、抬高仰角：抬高仰角地物回波的范圍迅速減小。當(dāng)天線抬高到一定仰角后（仰角>=地物的最大擋角），地物回波將消失。

2、根據(jù)晴天接收到的回波制成地物回波，在雨天觀測(cè)時(shí)可以去掉雜波區(qū)的測(cè)值，利用周圍區(qū)域的資料內(nèi)插。使用雷達(dá)可以從移動(dòng)的雨區(qū)中剔除靜物雜波(通常稱為抑制)，產(chǎn)生抑制和無(wú)抑制回波。

消除地物回波的方法無(wú)抑制圖形抑制后的圖形2、云的回波云的回波是位于地面上空的那些回波，而降水回波是回波與地面相接的回波。云滴尺度較小，對(duì)電磁波的散射能力弱，最好用波長(zhǎng)較短的雷達(dá)（0.86cm或1.25cm）才能探測(cè)到。當(dāng)云中含有較大的降水粒子時(shí)天氣雷達(dá)在較近的距離上，有時(shí)也能觀測(cè)到云的回波。回波特征：強(qiáng)度弱，回波范圍較小，在RHI上回波底部不及地。不同類型的云，回波又有差別。2、云的回波-非降水特征：1、RHI:不接地；2、PPI:回波強(qiáng)度弱，幾個(gè)dBz，成片；云的回波非降水云的回波降水云和非降水云回波對(duì)比海浪回波：指海水及其浪花對(duì)電磁波的散射而產(chǎn)生的回波，是沿海雷達(dá)探測(cè)到的特殊回波。PPI：由許多分散的針狀回波組成，呈扇形向外輻散，強(qiáng)度較弱且均勻。海浪回波高度較低，通常只有在天線仰角為0o或0o以下時(shí)才能探測(cè)到。海浪的高低取決于海上的風(fēng)力，海浪回波的范圍可以反映海浪的高低或海上風(fēng)力的大小。一般隨著風(fēng)力的增大，引起海浪增高，海浪回波范圍也相應(yīng)增大，回波的強(qiáng)度增強(qiáng)。3、海浪回波東山1963年7月0度仰角，距離圈4km4、晴空回波晴空回波：云體稀薄或沒(méi)有云的晴空大氣，或在不可能被探測(cè)到的小粒子所組成的云區(qū)內(nèi)探測(cè)到的回波。雨后天晴時(shí)由于地表水汽蒸發(fā)，空氣濕度增加，懸浮于近地面層的大量水滴對(duì)電磁波產(chǎn)生散射形成的。表現(xiàn)為弱的回波帶。形成原因：由晴空大氣中折射指數(shù)不連續(xù)而形成的。由多種原因形成，產(chǎn)生回波也各不相同。意義：晴空回波中的信息對(duì)某些天氣，特別是強(qiáng)對(duì)流大風(fēng)、雷暴的警報(bào)有著至關(guān)重要的作用。晴空回波的分類①熱對(duì)流運(yùn)動(dòng)：對(duì)流天氣內(nèi)部與周圍大氣之間的氣象要素有較大的差異，形成折射指數(shù)的不連續(xù)?！话阍赑PI上為細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)。②當(dāng)大氣層結(jié)具有強(qiáng)逆溫層時(shí)，阻擋了水汽向上的輸送，使逆溫層上、下方的濕度條件有一定差異，從而形成比較強(qiáng)的折射指數(shù)垂直梯度。③有較強(qiáng)的雷暴天氣時(shí)，下沉冷出流與前方暖空氣之間的颮鋒兩側(cè)，溫度和濕度梯度非常大，折射指數(shù)梯度明顯。多位于雷暴回波前方約20～30km的地方。—陣風(fēng)鋒的窄帶回波（1）熱對(duì)流產(chǎn)生的晴空回波2003/07/25成都地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)熱對(duì)流天氣。上午成都大部分地區(qū)天氣晴好，少云，但在成都南面出現(xiàn)晴空回波。雷達(dá)站在188o的南部出現(xiàn)了晴空回波，強(qiáng)度低于8dBz。（3）晴空窄帶回波形成：由雷雨云前進(jìn)方向上傾斜上升的輻合氣流與雷雨云的下沉氣流造成的不連續(xù)面形成的。形狀：細(xì)長(zhǎng)的帶狀或圓弧狀，寬：1～2km，高度：1km。一般距雷雨帶30～40km。在單體雷雨或雷暴群周圍的窄帶回波通常緊貼雷雨回波的周圍。特征：窄帶回波與降水回波的關(guān)系非常密切，一般多出現(xiàn)在雷雨回波移動(dòng)方向的前方。颮線前的晴空回波-陣風(fēng)鋒窄帶回波：20dBz左右，呈明顯的帶狀，位于強(qiáng)降水回波的前部。超級(jí)單體的陣風(fēng)鋒和窄帶回波（3）晴空回波-邊界層輻合線晴空窄帶回波-大風(fēng)天氣線對(duì)流前方的晴空回波晴空回波的意義形成原因：由晴空大氣中折射指數(shù)不連續(xù)而形成的。由多種原因形成，產(chǎn)生回波也各不相同。晴空回波中的特殊信息對(duì)某些強(qiáng)對(duì)流天氣，尤其是近地面的大風(fēng)、雷暴和颮線等的警報(bào)有著至關(guān)重要的作用。5、同波長(zhǎng)干擾回波

當(dāng)近距離上有多部波長(zhǎng)相同的雷達(dá)同時(shí)工作時(shí)，相互之間會(huì)產(chǎn)生干擾。出現(xiàn)同波長(zhǎng)干擾時(shí)，不論雷達(dá)發(fā)射機(jī)是否工作，只要接收機(jī)工作，熒光屏上就會(huì)出現(xiàn)干擾回波。同波長(zhǎng)干擾回波通常呈單條或多條線狀，從中心以相等的間隔呈螺旋狀向四周放射出來(lái)，易于識(shí)別，并且也不影響雷達(dá)對(duì)其它目標(biāo)體的探測(cè)。干擾回波的PPI同波長(zhǎng)干擾的RHI顯示6、超折射回波超折射回波：當(dāng)大氣呈超折射時(shí)，在雷達(dá)回波上出現(xiàn)平常探測(cè)不到的遠(yuǎn)距離地物回波。超折射回波與降水回波的區(qū)別：PPI：回波呈輻輳狀排列的短線。當(dāng)超折射回波較強(qiáng)時(shí)，這些短線的回波彌合成片狀。有時(shí)超折射回波與地形地物十分一致，顯示出平時(shí)看不到的山脈和河流。超折射回波易出現(xiàn)在某些方位和距離上，是由于在同樣的天氣背景下，那里的局地更有利于形成超折射的緣故。RHI：與通常的地物回波相似，呈短而窄的柱狀，兩頭尖，高度較低，只是數(shù)量更多些，排列更緊密些。超折射形成的氣象條件

逆溫顯著；水汽壓隨高度迅速減少，大氣折射指數(shù)m隨高度迅速減小。－“暖干蓋”的大氣層結(jié)。①大陸上晴朗夜晚，地面輻射降溫強(qiáng)烈而形成輻射逆溫。尤其是地面潮濕，逆溫使水汽不能向上輸送，形成水汽壓隨高度急劇減少－輻射超折射②當(dāng)暖而干的較干空氣移到冷水面時(shí)使低層空氣冷卻，溫度有所增加。－－平流超折射③雷暴消散期，其底部下沉氣流造成近地面層幾百米高度處逆溫，形成超折射－－雷暴超折射當(dāng)大氣出現(xiàn)超折射現(xiàn)象時(shí)，地物回波明顯增多。超折射的回波圖像7、旁瓣假回波

雷達(dá)沿主波瓣傳輸能量，主波瓣的波束寬度為1o。但有很少的能量沿偏離主波瓣中心線的旁瓣傳輸。一般情況下，旁瓣產(chǎn)生的回波太弱，以至于分辨不出來(lái)。但是當(dāng)遇上散射能力極高的目標(biāo)物，如積雨云中柱狀的冰雹和暴雨時(shí)，就能夠出現(xiàn)旁瓣回波。旁瓣回波可以作為強(qiáng)對(duì)流的冰雹天氣的判別依據(jù)。旁瓣回波的PPI和RHI旁瓣回波的特征：回波強(qiáng)度弱：10dBZ左右。PPI：對(duì)流單體的旁邊。RHI：對(duì)流單體的頂部。旁瓣回波PPI：強(qiáng)回波區(qū)側(cè)面旁瓣回波PPI旁瓣回波旁瓣回波RHI：強(qiáng)回波頂上旁瓣回波RHI顯示8、三體散射

三體散射：雷達(dá)發(fā)射的電磁波在強(qiáng)降水中心和地面之間經(jīng)過(guò)多次散射后，返回雷達(dá)。雷達(dá)在強(qiáng)回波區(qū)的半徑延長(zhǎng)線上定出一個(gè)弱回波區(qū)。可作為冰雹和強(qiáng)天氣的標(biāo)志三體散射三體散射PPI：半徑延長(zhǎng)線三體散射（耀斑）：對(duì)流單體的半徑延長(zhǎng)線上。