湛江-氣象-多普勒天氣雷達(dá)應(yīng)用基礎(chǔ)知識（教員手冊）

民航湛江空管站氣象臺

《多普勒天氣雷達(dá)應(yīng)用基礎(chǔ)知識》

教員手冊

目錄

1.課程背景.........................................................2

2.教學(xué)大綱...........................................................3

3.教學(xué)方案...........................................................7

4.教學(xué)活動...........................................................9

4.1內(nèi)容概述.......................................................9

4.2主要內(nèi)容.......................................................9

4.3單元內(nèi)容.......................................................9

第一單元多普勒天氣雷達(dá)的基本構(gòu)成和基本原理.........................9

第二單元多普勒雷達(dá)的回波識別和分析................................25

第三單元運(yùn)用多普勒雷達(dá)對各類天氣現(xiàn)象的探測和預(yù)警..................41

4.4專業(yè)術(shù)語.....................................................52

5.課程評估指標(biāo)........................................................53

5.1學(xué)習(xí)層評估命題細(xì)目表.........................................53

5.2實(shí)操行為評估表...............................................53

5.3課前測驗(yàn)題...................................................54

5.4課程測驗(yàn)題...................................................54

6.教學(xué)材料清單.......................................................57

1.課程背景

課程名稱多普勒天氣雷達(dá)應(yīng)用基砧知識

開發(fā)人更新記錄審定人日期

課程開發(fā)及

黃克鑫課程開發(fā)張永華2015.03.29

更新記錄

黃克鑫修訂初稿張永華2015.08.18

課程應(yīng)用的情境雷達(dá)產(chǎn)品的釋用

由于教材編寫人員缺乏各個地區(qū)的新一代天氣雷達(dá)的圖，

培訓(xùn)需求

分析的地區(qū)僅限于湛江一處，筆者有慮，是否由于地區(qū)差

調(diào)研記錄使用困惑及所需支持

異，是否使得雷達(dá)回波特征也存在著類似的差異。望有關(guān)

單位能提供本地區(qū)的新一代天氣雷達(dá)圖列入教材的編寫。

關(guān)于培訓(xùn)的其他建議培訓(xùn)內(nèi)容貼近工作實(shí)際，培訓(xùn)方式靈活多樣

1.使新員工了解天氣雷達(dá)的基本原理。

學(xué)員部門負(fù)責(zé)人的

2.使新員工掌握天氣雷達(dá)各類產(chǎn)品的釋用。

意圖與培訓(xùn)建議

3.使新員工能夠獨(dú)立的分析各類天氣雷達(dá)回波。

1.反應(yīng)評估：通過問卷調(diào)查、座談訪談等評價(jià)學(xué)員滿意度。

效果評估

2.學(xué)習(xí)評估：通過課堂練習(xí)、問題回答和案例分析情況評價(jià)學(xué)員使用能力。

1.筆試：閉卷考試；

考核測評

2.操作：現(xiàn)場多普勒天氣雷達(dá)回波案例分析。

1.反應(yīng)評估：問卷調(diào)查、學(xué)員座談；

效果評估

2.學(xué)習(xí)評估：通過筆試和操作評價(jià)學(xué)員學(xué)習(xí)成果；

附件1課程內(nèi)容及教學(xué)要求分解表模板

總學(xué)時：6學(xué)時

課程內(nèi)容主要知識內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)學(xué)時

分配

T熟掌

解悉握

多普勒雷達(dá)天氣雷達(dá)發(fā)展簡史7

的基本構(gòu)成

天氣雷達(dá)的種類及區(qū)別V

多普勒雷達(dá)和主要運(yùn)用25m

的基本構(gòu)成領(lǐng)域新一代天氣雷達(dá)的系統(tǒng)

V

和基本原理簡介

多普勒天氣氣象目標(biāo)的散射、多普

V

雷達(dá)的作勒雷達(dá)探測原理

原理最大不模糊距離與距離

折疊、最大不模糊速度45m

V

與速度模糊、多普勒兩

難

雷達(dá)的取樣技術(shù)V

單元測試單元測試V5m

單元小結(jié)單元小結(jié)V5m

雷達(dá)圖像的顯示方式的介紹V

40m

顯示方式

雷達(dá)回波的雷達(dá)回波的分類V

35m

分類和特點(diǎn)各類雷達(dá)回波圖的特點(diǎn)V

多普勒天氣

識別徑向速徑向速度圖的基本知識V

雷達(dá)的回波

度圖分析經(jīng)驗(yàn)V35m

分析及對各

運(yùn)用實(shí)例V

類天氣現(xiàn)象

單元測試單元測試V5m

的探測和預(yù)

單元小結(jié)單元小結(jié)5m

警V

多普勒雷達(dá)多普勒雷達(dá)探測對流云25m

V

探測對流云

多普勒雷達(dá)多普勒雷達(dá)探測風(fēng)暴25m

V

探測風(fēng)暴

多普勒雷達(dá)多普勒雷達(dá)探測暴雨35m

V

運(yùn)用多普勒探測暴雨

雷達(dá)對各類多普勒雷達(dá)多普勒雷達(dá)探測臺風(fēng)25m

V

天氣現(xiàn)象的探測臺風(fēng)

探測和預(yù)警多普勒雷達(dá)多普勒雷達(dá)探測鋒面系25m

探測鋒面系統(tǒng)V

統(tǒng)

單元測試單元測試V10m

單元小結(jié)單元小結(jié)V5ID

3.教學(xué)方案

教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法教學(xué)思路時間

0.課程開場10m

0.1教員介紹和學(xué)習(xí)約定

0.2內(nèi)容概覽簡要介紹本課程的內(nèi)容以及重要性

0.3學(xué)習(xí)目標(biāo)講授學(xué)習(xí)大綱和學(xué)習(xí)目標(biāo)

第1單元導(dǎo)入頁課程講授天氣雷達(dá)的發(fā)展簡史10m

1.多普勒雷達(dá)的基本構(gòu)成和基本原理講解單元重難點(diǎn)

1.1多普勒雷達(dá)的基本構(gòu)成和主要運(yùn)講解天氣雷達(dá)發(fā)展簡史、天氣雷達(dá)的種類及

25m

用領(lǐng)域區(qū)別、新一代天氣雷達(dá)的系統(tǒng)簡介

氣象目標(biāo)的散射、多普勒雷達(dá)探測原理、最

1.2多普勒天氣雷達(dá)的工作原理大不模糊距離與距離折疊、最大不模糊速度45m

與速度模糊、多普勒詼難、雷達(dá)的取樣技術(shù)

帶領(lǐng)學(xué)員參觀東海島新一代天氣雷達(dá)的使

1.3單元測試5m

用步驟，由學(xué)員自己總結(jié)并繕寫操作步驟。

1.4單元小結(jié)掌握各類名詞解釋，并能運(yùn)用與實(shí)際中5m

雷達(dá)回波的種類有哪些？其中又可細(xì)分為

第2單元導(dǎo)入頁

多少種？

2.多普勒雷達(dá)的回波識別和分析

2.1雷達(dá)圖像的顯示方式顯示方式的介紹；40m

2.2雷達(dá)回波的分類和特點(diǎn)雷達(dá)回波的分類；各類雷達(dá)回波圖的特點(diǎn)；35m

徑向速度圖的基本知識；分析經(jīng)驗(yàn)；運(yùn)用實(shí)

2.3識別徑向速度圖35m

例等等

2.4單元測試5m

掌握各類氣象回波的分析技巧和理論知識，

2.5單元小結(jié)5m

并能運(yùn)用與實(shí)際中

第3單元導(dǎo)入頁

3.運(yùn)用多普勒雷達(dá)對各類天氣現(xiàn)象的

探測和預(yù)警

多普勒雷達(dá)探測普通單體風(fēng)暴：多單體風(fēng)

3.1多普勒雷達(dá)探測對流云25m

暴；超級單體風(fēng)暴；颼線

多普勒雷達(dá)探測冰雹云；多普勒雷達(dá)探測龍

3.2多普勒雷達(dá)探測風(fēng)暴25m

卷；

從雷達(dá)圖判斷有無形成暴雨的條件；低空急

3.3多普勒雷達(dá)探測暴雨35m

流的識別等等

3.4多普勒雷達(dá)探測臺風(fēng)臺風(fēng)的雷達(dá)回波特征25m

從大尺度和中尺度介紹鋒面系統(tǒng)的多普勒

3.5多普勒雷達(dá)探測鋒面系統(tǒng)25m

雷達(dá)回波特征

3.6單元測試10m

3.7單元小結(jié)通過運(yùn)用能對實(shí)際工作帶來幫助5m

學(xué)員提問和解答

通過本教材的學(xué)習(xí)，使學(xué)員基本能夠運(yùn)用各

類雷達(dá)產(chǎn)品圖，掌握各類產(chǎn)品圖說提供的災(zāi)

課程總結(jié)頁10m

害天氣信息，從而達(dá)到提前預(yù)報(bào)天氣的效

果。

學(xué)習(xí)資源頁

致謝頁

4.教學(xué)活動

4.1內(nèi)容概述

本課程通過三部分闡述了雷達(dá)氣象學(xué)的基礎(chǔ)知識，第一部分通過對多普勒天氣

雷達(dá)的基本構(gòu)成和基本原理做了初步探討，給學(xué)員一個基本的概念。緊接著第二

部分，介紹了多普勒天氣雷達(dá)的回波分析及對各類天氣現(xiàn)象的探測和預(yù)警，把基

礎(chǔ)知識運(yùn)用到了實(shí)際的分析中來，對學(xué)員的進(jìn)一步理解有了更大的幫助，最后一

部分通過三個特殊案例，讓學(xué)員身臨其境的去分析雷達(dá)圖，使學(xué)到的知識得到運(yùn)

用與升華，并具備一定的分析能力。本課程通俗易懂，適合剛?cè)肼毴藛T，也適合

知識陳舊的老氣象人員，是對雷達(dá)氣象知識的提煉，值得學(xué)員好好學(xué)習(xí)。

4.2主要內(nèi)容

1、多普勒天氣雷達(dá)的基本構(gòu)成和基本原理

2、多普勒天氣雷達(dá)的同波分析及對各類天氣現(xiàn)象的探測和預(yù)警

3、多普勒天氣雷達(dá)案例分析

4.3單元內(nèi)容

第一單元多普勒天氣雷達(dá)的基本構(gòu)成和基本原理

Mbi.i導(dǎo)入問題的設(shè)計(jì)

可采用提問的方式提問學(xué)員天氣雷達(dá)的發(fā)展簡史。

設(shè)計(jì)問題：本課程講述的主要對象是天氣雷達(dá)的基礎(chǔ)知識，自然而然，天氣雷

達(dá)的發(fā)展史是學(xué)員第一個會考慮也是最最基礎(chǔ)的問題，故在此提出了天氣雷達(dá)的

發(fā)展簡史，讓學(xué)員有點(diǎn)似懂又非特別懂其中的具體歷史，從而使學(xué)員對該門課程

產(chǎn)生濃厚的興趣，從而有接下來聽講的欲望。

金1.2單元重難點(diǎn)

一、我國新一代天氣雷達(dá)的種類及其區(qū)別

天氣雷達(dá)的型號比較多，廠家也不一，學(xué)員要記住并非容易，學(xué)員只需掌握其中的

型號對應(yīng)的波段就可以了。

一、我國新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)簡介

我國新一代天氣雷達(dá)主要由三部分子系統(tǒng)和其中的通訊線路組成，各個子系統(tǒng)中又

包括了各類的子單元，而且功能不一，掌握起來有點(diǎn)吃力。

廿,1.3專業(yè)知識概述

一、多普勒雷達(dá)的基本構(gòu)成和主要應(yīng)用領(lǐng)域

（一）引論

天氣雷達(dá)是探測降水系統(tǒng)的主要手段，是對強(qiáng)對流天氣進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警的主要工具

之一。如今應(yīng)用最為廣泛的是多普勒天氣雷達(dá)，它除了測量雷達(dá)的強(qiáng)度（反射率因子強(qiáng)

度）以外，還能測量降水目標(biāo)物沿雷達(dá)波段徑向的運(yùn)動速度（徑向速度）和速度譜寬。

（二）天氣雷達(dá)發(fā)展簡史

天氣雷達(dá)的應(yīng)用最早使用于二戰(zhàn)時期，主要用于軍事用途，后來被引進(jìn)于氣象。大

致的發(fā)展主要有以下四個階段：

（1）20世紀(jì)50年代以前，用于氣象部門的天氣雷達(dá)主要是由軍用的警戒雷達(dá)進(jìn)行適當(dāng)

的改裝，代表型號有美國的WSR-1、和WSR-3,應(yīng)該的Decca41和Decca43等。

（2）20世紀(jì)50年代中期根據(jù)氣象探測的需求，開始設(shè)計(jì)專門用于檢測強(qiáng)天氣和估測降

水的雷達(dá)，并由此命名為天氣雷達(dá)。代表型號有美國的WSR-57s波段天氣雷達(dá)，日本

的JMA-1-9C波段雷達(dá)。國內(nèi)生產(chǎn)的有713雷達(dá)（目前湛江空管站使用的型號）、714

雷達(dá)等等。

（3）20世紀(jì)70年代中期以后，隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字技術(shù)的廣泛使用和對天氣雷達(dá)定量估

計(jì)降水的觀測資料做進(jìn)一步處理的需求，天氣雷達(dá)采用了數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)處理。并且

通過計(jì)算機(jī)連接形成了天氣雷達(dá)系統(tǒng)。代表作有美國的WSR-81S天氣雷達(dá)系統(tǒng)。

（4）步入20世紀(jì)80年代，美國開始研究多普勒天氣雷達(dá)，并開始大批量生產(chǎn)布站。

WSR-88D就是這個時期的代表型號，在功能上相比前三期有了相當(dāng)大的提高。

（三）、我國新一代天氣雷達(dá)的種類及其區(qū)別

目前，我國新一代天氣雷達(dá)（CINRAD）主要有7種型號，其中S波段的由三種型

號，為SA、SB和SC。C波段有4種型號：CB、CC、CCJ和CD。

其中，SA、SB和CB是中美合資企業(yè)敏視公司按照美國WSR-88D的規(guī)格生產(chǎn)的。

SC和CD是國營七八四廠研制的。CC和CCJ是電子工業(yè)部合肥38所研制的。

我國新一代天氣雷達(dá)布局原則：（1）＞沿海多降水地區(qū)和四川盆地布設(shè)S頻段雷達(dá);

（2）、中部地區(qū)（第二地形臺階）布設(shè)C頻段雷達(dá)；（3）、其它地區(qū)（第一地形臺階）暫不布

設(shè)；（4）、組網(wǎng)雷達(dá)站密度應(yīng)能有效覆蓋布網(wǎng)區(qū)域；（5）、全國布網(wǎng)158部新一代天氣雷

達(dá)；（6）、廣東雷達(dá)站:廣州、韶關(guān)、梅州、汕頭、陽江、湛江、汕尾。下面附一張我國

新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)點(diǎn)分布圖。

圖1.1新一代天氣雷達(dá)站點(diǎn)分布圖（非最新）

（四人我國新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)簡介

新一代天氣雷達(dá)（CINRAD）由若干子系統(tǒng)構(gòu)成，每個子系統(tǒng)都是由計(jì)算機(jī)控制,

主要有：雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA）,雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPG）和主用戶終端子

系統(tǒng)（PUP）和通訊線路組成。

圖1.2新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)組成圖

RDA（雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)）：RDA是用戶所使用的雷達(dá)數(shù)據(jù)采集單元。它的主要

功能是產(chǎn)生和發(fā)射頻脈沖，接收目標(biāo)物對這些脈沖的散射能量，并通過數(shù)字化形成基本

數(shù)據(jù)。主要構(gòu)成部分如下：

（1）天線系統(tǒng)：由饋源和反射體組成，發(fā)射與接收電磁波

（2）發(fā)射機(jī)：產(chǎn)生電磁波

（3）伺服系統(tǒng)：使波束能對準(zhǔn)空間任意位置上的降水目標(biāo)

（4）定時器與信號源

（5）接收機(jī)：高頻、中頻和視頻

（6）雷達(dá)信號處理器：由可編程數(shù)字信號處理芯片及可編程邏輯器件組成

RPG（雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)）：雷達(dá)產(chǎn)品生產(chǎn)子系統(tǒng)是一個多功能的單元。它由寬帶

通訊線路從RDA接收數(shù)字化的基本數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行處理和生產(chǎn)各種產(chǎn)品，并將產(chǎn)品通

過窄帶通訊線路傳給用戶。RPG是控制整個雷達(dá)系統(tǒng)的指令中心。

（1）寬帶通訊線路從RDA接收原始基本數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行質(zhì)量控制和預(yù)處理，形成原

始數(shù)據(jù)文件。

（2）生成二次產(chǎn)品：由dBG,V,W數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成氣象物理量，并制成圖象和圖形產(chǎn)品。

（3）對原始數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔。并將產(chǎn)品通過窄帶通訊線路傳給用戶。

PUP（主用戶處理器子系統(tǒng)）：住用戶處理子系統(tǒng)的主要功能是獲取、存儲和顯示產(chǎn)

品。

（1）PUP組成：由單元控制臺、主用戶工作站及輔助用戶工作站三部分組成。

（2）PUP主要功能：對來自RPG的氣象產(chǎn)品進(jìn)行各種方式的顯示，監(jiān)視天氣并作警報(bào)。

預(yù)報(bào)員主要通過這一界面獲取所需要的雷達(dá)產(chǎn)品。

RDARPGPUP

基數(shù)據(jù)算法產(chǎn)品

圖1.3CINRAD-SA型雷達(dá)數(shù)據(jù)流。由RDA的數(shù)字化基本數(shù)據(jù)經(jīng)

過RPG中的各種算法生成了一系列的產(chǎn)品，并通過PUP終端顯示產(chǎn)品

二、多普勒雷達(dá)的工作原理

（一）、氣象目標(biāo)對雷達(dá)電磁波的散射

粒子對電磁波作用的兩種基本形式是散射和吸收。氣象目標(biāo)對雷達(dá)電磁波的散射是

雷達(dá)探測大氣的基礎(chǔ)。當(dāng)電磁波束在大氣中傳播，遇到空氣分子、大氣氣溶膠、云滴和

雨滴等懸浮粒子時，入射電磁波會從這些粒子上向四面八方傳播開來，這種現(xiàn)象稱為散

射，圖1.4演示電磁波到達(dá)氣象目標(biāo)后向四面八方的散射。

圖1.4粒子的散射

散射可分為單個粒子的散射和粒子群的散射。

單個粒子的散射根據(jù)粒子的大小可以分為瑞利散射和米散射。對于入射波長入遠(yuǎn)遠(yuǎn)

大于粒子直徑2i?的散射稱為瑞利散射。當(dāng)球形粒子的Q=2nr/入＞0.13的散射稱為米散

射。

（二）、多普勒天氣雷達(dá)探測原理

在學(xué)習(xí)天氣雷達(dá)探測原理之前，我們先來學(xué)習(xí)幾個比較重要的概念。

多普勒效應(yīng)：物體輻射的波長因?yàn)椴ㄔ春陀^測者的相對運(yùn)動而產(chǎn)生變化。在運(yùn)動的

波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高；當(dāng)運(yùn)動在波源后面時，會產(chǎn)生相

反的效應(yīng)。波長變得較長，頻率變得較低。波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。根據(jù)

頻率變化的程度，可以計(jì)算出波源沿著觀測方向運(yùn)動的速度。

波長沒有變化,因此頻率不變

圖1.5一個靜止目標(biāo)沒有頻移

圖1.6一個運(yùn)動目標(biāo)產(chǎn)生頻移

多普勒頻移：由于相對運(yùn)動造成的頻率變化。

多普勒頻率：f=2v/X

波長(cm)1.83.25.510.0

徑向速度(m/s)

0.111642

1.0111623620

10.0mi625364200

100.0mu625036362000

表1.1波長和徑向速度對多普勒頻率的影響

由表1.1可見，多普勒頻率和徑向速度稱正比，和波長成反比。

下面區(qū)分一下兩組概念便可以正確的學(xué)習(xí)多普勒雷達(dá)的工作原理。

1、常規(guī)雷達(dá)和多普勒雷達(dá)：常規(guī)雷達(dá)沒有保持工作頻率和相位不變的技術(shù)，不能

提取多普勒頻率信息多普勒雷達(dá)能檢測到回波信號中微小的頻率變化，即降水粒子徑向

速度引起的多普勒頻率。

2、相干和非相干

相干：波的相位是固定的，或按一定的方式變化。

非相干：波的位相是隨機(jī)的，它在2冗間隔內(nèi)均勻分布

多普勒雷達(dá)工作原理簡介：通常所用的氣象雷達(dá)都是屬于非相干雷達(dá)，它們只能用

來確定回波的位置及強(qiáng)度等。脈沖多普勒雷達(dá)是一種新型的相干雷達(dá)。它以多普勒效應(yīng)

為基礎(chǔ)，當(dāng)降水粒子相對雷達(dá)發(fā)射波束有相對運(yùn)動時；可以測定接收信號與發(fā)射信號高

頻頻率之間存在的差異（頻移）得出所需的信息。用它可以測定散射體相對于雷達(dá)的速

度，在一定的條件下反演出大氣風(fēng)場、氣流垂直速度的分布以及湍流情況等。這對于研

究降水的形成，分析中小尺度天氣系統(tǒng)，警戒強(qiáng)對流天氣有著重要的意義。

另外，由于降水粒子的運(yùn)動速度較低，故雷達(dá)還必須具有較高的頻率穩(wěn)定性和較高

的回波頻率鑒別能力，這樣才能測出很小的多普勒頻移。

（三人最大不模糊距離和距離折疊

最大不模糊距離：一個雷達(dá)脈沖在下一個脈沖發(fā)射之前遇到目標(biāo)物并且其回波能夠

返回雷達(dá)的最距離。

我們該如何理解呢？最大不模糊距離是這樣一個距離，當(dāng)雷達(dá)發(fā)出的一個脈沖遇到

該距離處的目標(biāo)物所產(chǎn)生的后向散射波返回到雷達(dá)時，下一個雷達(dá)脈沖剛好發(fā)出。也就

是說，雷達(dá)波傳播到位于最大不模糊距離處的目標(biāo)物，然后其回波再返回到雷達(dá)所用的

時間剛好是兩個脈沖之間的時間間隔。

距離折疊（模糊）：超過最大不模糊距離的探測回波在屏幕上會產(chǎn)生距離模糊。當(dāng)

目標(biāo)物位于Rmax之外時，雷達(dá)卻把目標(biāo)物顯示在Rmax以內(nèi)的某個位置，目標(biāo)物方位

是正確的，但距離是錯誤的。

實(shí)例演示（圖1.7）：

圖1-7描述了一個雷達(dá)，它的最大不模糊距離是250海里。這就意味著一個脈沖在

下一個脈沖發(fā)射之前，可以走500海里（如果途中沒有目標(biāo)物，就一直走500海里，或

在250海里處碰到目標(biāo)后返回雷達(dá)）。有一個目標(biāo)物位于200海里處。當(dāng)一個脈沖在200

海里處碰到目標(biāo)物時，脈沖的大部分能量繼續(xù)向前走，小部分返回雷達(dá)。當(dāng)目標(biāo)物的后

向散射波到達(dá)雷達(dá)時，脈沖的大部分剩余能量走到離開雷達(dá)400海里處。這時由于第二

個脈沖還沒有發(fā)射，雷達(dá)準(zhǔn)確的把目標(biāo)物定位在200海里處。目標(biāo)物的定位不存在模糊

問題。

圖1.7目標(biāo)物位于最大不模糊距離內(nèi)的回波

實(shí)例演示（圖1.8）：

圖1.8描述了一個雷達(dá),它的最大不模糊距離是250海里。目標(biāo)物位于300海里處，

比最大模糊距離大50海里。脈沖1在300海里處碰到目標(biāo)物，一些能量返回雷達(dá)，同

時，脈沖能量大部分繼續(xù)前進(jìn)。后向散射波到距離雷達(dá)100海里的時候，脈沖2已經(jīng)發(fā)

出，當(dāng)脈沖1的后向波到底雷達(dá)時，雷達(dá)會認(rèn)為這部分后向散射波是脈沖2在50海里

處遇到的目標(biāo)物，故不能正確的定位處300海里處的目標(biāo)物，而錯誤的定義為50海里

處的目標(biāo)物。

300nailo

■沖1

圖1.8目標(biāo)物位于最大不模糊距離外的回波

（四）、最大不模糊速度和速度模糊

最大不模糊速度：多普勒雷達(dá)能夠測量的一個脈沖到下一個脈沖的最大相移是180c

（?；《龋Ｅc180°相移對應(yīng)的目標(biāo)物的徑向速度稱為最大不模糊速度

速度模糊：如果脈沖真實(shí)的相移等于或大于180°,則雷達(dá)的速度的測量是不正確

的，即速度是模糊的。

速度模糊的識別：

1、注意最大和最小速度等級的色標(biāo)。

2、在速度圖上找零速度區(qū)。某點(diǎn)的徑向速度為零，說明該點(diǎn)的真實(shí)風(fēng)風(fēng)向與該點(diǎn)

的相對雷達(dá)的徑向垂直，或者該點(diǎn)的真實(shí)風(fēng)風(fēng)速為零，肯定是不模糊的。

3、由零速度區(qū)向鄰近區(qū)域擴(kuò)展，按風(fēng)速連續(xù)性原則，當(dāng)風(fēng)速增加或減少超過最大

不模糊速度范圍時，徑向速度由正最大值突變?yōu)樨?fù)最大值，突變邊界就是模糊區(qū)邊界。

圖1.9速度模糊的識別圖

速度退模糊算法：

速度退模糊既可以通過軟件也可以通過硬件的方法實(shí)現(xiàn)，這里只介紹方法不深入介

經(jīng)內(nèi)容。

硬件方法

雙脈沖方法(Tang等，1984；Hildebrand,1996)

軟件方法

一維方法(Ray和Ziegler,1977；Bargen和Brown,1980)

二維方法(Merritt,1984；Eilts和Smith,1990)

三維方法(Bergen和Albers,1988)

四維方法(James和Houze,2001；FriedrichfDCaumont,1996)

退速度模糊個例，仰角二L5度

退模糊前退模糊后

圖1.10退模糊前后的回波對比分析圖

速度退模糊算法的優(yōu)點(diǎn)和局限性：

優(yōu)點(diǎn)

（1）速度退模糊算法為基本和導(dǎo)出產(chǎn)品算法提供盡可能好的基速度數(shù)據(jù)。

（2）沒有速度退模糊算法就不能識別大于Vmax的速度。

（3）該算法特別設(shè)計(jì)成能保存諸如陣風(fēng)鋒、風(fēng)暴頂輻射、中氣旋等重要特征。

局限性

（1）不適當(dāng)?shù)耐四：袝r會模糊或掩蓋重要的氣象特征。造成對產(chǎn)品解釋困難，

并在某些情況下導(dǎo)致錯誤的產(chǎn)品解釋。

（2）算法性能有時會下降。雜波抑制、高譜寬和低信噪比SNR會降低算法性能。

（3）有時對位于下游的算法造成不利影響。不適當(dāng)?shù)耐四：乃俣葘ζ渌惴?/p>

造成不利影響，導(dǎo)致虛假的中氣旋被鑒別為真。

（五）、多普勒兩難

多普勒兩難：根據(jù)最大不模糊距離和不模糊速度的表達(dá)式知：

對特定雷達(dá)而言，在確定的頻率下，探測的最大距離和最大速度不能同時兼顧，其

積為一固定值。當(dāng)PRF增大時：Rmax減小,Vmax增大當(dāng)PRF減小時：Rmax增大,Vmax

減小沒有一個唯一的PRF能夠使它們同時達(dá)到最大值.這就是多普勒兩難。

其中：脈沖重復(fù)頻率(PRF):每秒產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖的數(shù)目

多普勒天氣雷達(dá)使用不同的脈沖重復(fù)頻率測量反射率因子和速度數(shù)據(jù)。用低PRF

測反射率因子，用高PRF測速度。

序號PRF「maxL

1322467km(252nmile)8m/s(16kn)

2446335km(181nmile)11m/s(22kn)

3644233km(126nmile)16m/s(32kn)

4857176km(95nmile)21m/s(43kn)

51014148km(80nmile)25m/s(51kn)

61095137km(74nmile)27m/s(55kn)

71181128km(69nmile)29m/s(59kn)

81282117km(63nmile)32m/s(64kn)

圖1-11不同的PRF值和相應(yīng)的最大不模糊距離和最大不模糊速度的對照圖

(六)、雷達(dá)的取樣技術(shù)

1、兩種基本取樣模態(tài)

(1)連續(xù)監(jiān)測(CS)模態(tài)：

使用一個低PRF(長Rmax和低Vmax),可以確定準(zhǔn)確的目標(biāo)物位置及強(qiáng)度，所以不

需要使用距離去折疊算法。

(2)連續(xù)多普勒(CD)模態(tài)：

使用高PRF(短Rmax和高Vmax),可以測量準(zhǔn)確的速度和譜寬，但是由于相應(yīng)的最

大不模糊距離較短，所以必須使用距離去折疊算法。

2、三種取樣方式

(1)分離掃描(CS/CD)方式：

雷達(dá)在某個仰角分別用CS/CD模態(tài)進(jìn)行重復(fù)掃描.

⑵交替掃描方式B:

在某個仰角交替使用高PRF,低PRF掃描

⑶不考慮距離折疊的連續(xù)多普勒方式CDX

在較高仰角只使用高PRF獲取反射率因子和速度數(shù)據(jù)的技術(shù)。

3、體積掃描模式VCP

(l)VCPll：

該模式5分鐘完成對14個仰角的掃描，最低兩個采用CS/CD模式，中間5個采用B,

上面7個采用CDX

(2)VCP21:

該模式6分鐘完成9個仰角掃描，最低2個采用CS/CD,中間4個采用B,上面3個采

用CDX

(3)VCP3I和VCP32

該模式10分鐘完成5個仰角掃描。對于長脈沖的VCP31,最低三個采用CS/CD,

剩下2個采用CDX。對于使用短脈沖的VCP32,最低2個仰角使用分離取樣方式CS/CD,

剩下的使用Bo

圖1.12體積掃描模式VCPH,VCP21,VCP3I和VCP32

1.4技能練習(xí)活動

I.帶領(lǐng)學(xué)員參觀位于東海島的湛江新一代天氣雷達(dá)，由工作人員進(jìn)行操作詳解，并

由講解操作要點(diǎn)。

2.學(xué)員總結(jié)并繕寫天氣雷達(dá)的操作步驟。

（參考答案如下：

步驟一：雷達(dá)接通電源前，檢查電源電壓、天線位置、收發(fā)機(jī)機(jī)柜門、伺服系統(tǒng)

及各個保險(xiǎn)開關(guān)是否處于正常工作狀態(tài)，注意天線附近是否有人，防止天線轉(zhuǎn)動

和微波輻射對人體的傷害。

步驟二：啟動雷達(dá)，按照雷達(dá)說明書的要求對雷達(dá)進(jìn)行預(yù)熱。啟動計(jì)算機(jī)，檢查

系統(tǒng)中各項(xiàng)設(shè)置是否符合觀測要求。檢查雷達(dá)各分機(jī)是否處在正常工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)

動天線，使天線處于低仰角位置上。

步驟三：雷達(dá)加高壓后，先進(jìn)行0°仰角（或最佳仰角）的PPI觀測。根據(jù)地物回

波或晴空下的速度回波檢查雷達(dá)工作是否正常，重點(diǎn)判斷發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號

處理器以及計(jì)算機(jī)工作狀態(tài)是否正常。發(fā)現(xiàn)異常情況，及時調(diào)整、檢查。然后選

擇觀測模式進(jìn)行觀測。

步驟四：關(guān)機(jī)時，先關(guān)高壓，然后把天線調(diào)整到規(guī)定位置，再依次關(guān)閉計(jì)算機(jī)及

雷達(dá)各種電源。）

需要時長：60分鐘。

注意事項(xiàng)：參觀時不可隨意亂動儀器，保持安靜。

Ml1.5單元小結(jié)

介紹多譜勒天氣雷達(dá)的基本構(gòu)成和主要運(yùn)用領(lǐng)域，重點(diǎn)介紹了多普勒天氣雷達(dá)的各

個子系統(tǒng)組成和功能。同時對天氣雷達(dá)的工作原理進(jìn)行了講解，讓學(xué)員目睹新一代天氣

雷達(dá)的使用步驟及應(yīng)該注意的事項(xiàng)。多普勒兩難問題、最大不模糊距離和距離折疊、最

大不模糊速度和速度模糊是本章節(jié)的三大重難點(diǎn)，需引導(dǎo)學(xué)員做好深入理解。

1.6測試題（TEST）與參考答案

1、天氣雷達(dá)的發(fā)展主要經(jīng)過下面四個階段：；20世紀(jì)50年代中期;

20世紀(jì)70年代中期以后；四個階段。

2、我國新一代天氣雷達(dá)（CINRAD）主要有7種型號，其中S波段的由三種型號，

為、和oC波段有4種型號：、、和o

3、我國沿海多降水地區(qū)和四川盆地布設(shè)；中部地區(qū)（第二地形臺階）布設(shè)

4、新一代天氣雷達(dá)（CINRAD）由若干子系統(tǒng)構(gòu)成，每個子系統(tǒng)都是由計(jì)算機(jī)控

制,，主要有：、、和通訊線

路組成。

5、散射可分為和

6、談?wù)勈裁词蔷嚯x折疊（模糊）和速度模糊？

7、什么是多普勒兩難？

參考答案：

1、20世紀(jì)50年代以前；20世紀(jì)80年代以后

2、SA；SB；SC；CB；CC；CCJ；CD

3、S頻段雷達(dá)；C頻段雷達(dá)

4、雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA）；雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPG）；主用戶終端子系

統(tǒng)（PUP）

5、單個粒子的散射；粒子群的散射

6、答：超過最大不模糊距離的探測回波在屏幕上會產(chǎn)生距離模糊。當(dāng)目標(biāo)物位于

Rmax之外時，雷達(dá)卻把目標(biāo)物顯示在Rmax以內(nèi)的某個位置，目標(biāo)物方位是正確的，

但距離是錯誤的。

如果脈沖真實(shí)的相移等于或大于18（r,則雷達(dá)的速度的測量是不正確的，即速度

是模糊的。

7、答：對特定雷達(dá)而言，在確定的頻率下，探測的最大距離和最大速度不能同時

兼顧，其積為一固定值。當(dāng)PRF增大時：Rmax減小,Vmax增大當(dāng)PRF減小時：Rmax增

大,Vmax減小沒有一個唯一的PRF能夠使它們同時達(dá)到最大值.這就是多普勒兩難.

1.7備課資源及參考資料的知識鏈接

1、素材清單01—《雷達(dá)氣象學(xué)》教科書含電子書

2、素材清單02…《多普勒天氣雷達(dá)原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用》教科書含電子書

3、素材清單03--《雷達(dá)氣象》課件

回

1.8教學(xué)注意事項(xiàng)

本章在授課過程中宜多注意與學(xué)員的溝通、互動，幫助其從比較熟悉的角度和視野

理解多普勒天氣雷達(dá)的基本構(gòu)成、原理及應(yīng)用領(lǐng)域，有利于激發(fā)其繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。

由于第一單元理論性比較強(qiáng)，不凡用第一單元的實(shí)際案例，在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)員自主分析

并運(yùn)用好多普勒雷達(dá)的理論知識不凡為一種好的教學(xué)方式。

第二單元多普勒雷達(dá)的回波識別和分析

導(dǎo)入問題的設(shè)計(jì)

多普勒天氣雷達(dá)掃描方式主要有哪幾種，各有什么特點(diǎn)。在日常生活中，經(jīng)常

會用到雷達(dá)回波的平顯和高顯，讓學(xué)員知道該幾種雷達(dá)掃描方式的原理有助于對

本章進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。

比2.2單元重難點(diǎn)

1、識別徑向速度圖的基礎(chǔ)知識

徑向速度圖的識別是本章的重點(diǎn)難點(diǎn)。

2、多普勒雷達(dá)探測各類天氣

多普勒天氣雷達(dá)探測各類天氣如對流云、風(fēng)暴、暴雨、臺風(fēng)、鋒面系統(tǒng)是本章的重

點(diǎn)也是難點(diǎn)。

02.3專業(yè)知識概述

由第一部分我們已經(jīng)了解了多普勒雷達(dá)的基本構(gòu)成和結(jié)構(gòu)原理，接下來這一章重點(diǎn)

講訴各類回波的識別和各類天氣的探測與預(yù)警，將學(xué)與用結(jié)合起來。

一、多普勒雷達(dá)雷達(dá)圖識別基礎(chǔ)和各類回波分析：

(一)、雷達(dá)圖像的顯示方式

雷達(dá)掃描方式主要分為三種：

(l)PPI掃描：固定仰角，雷達(dá)在360。方位上做圓錐面的掃描，簡稱平顯。

(2)PHI掃描：固定方位角，雷達(dá)在垂直面上做上下掃描，簡稱高顯。

(3)VOL體積掃描：多仰角的PPI掃描。

另外,CAPPI：等高面位置顯示。實(shí)際工作中需要等高面的回波顯示，用體積掃描

資料經(jīng)過計(jì)算機(jī)插值處理而合成。

(二)、雷達(dá)圖像的分類及特點(diǎn)

雷達(dá)回波可分為氣象回波和非氣象回波。而氣象回波又分為降水回波和非降水回波。

降水的反射率因子回波大致可分為三種類型：積云降水回波、層狀云降水回波、積云層

狀云混合降水回波。積狀云降水回波具有密實(shí)的結(jié)構(gòu)，多呈塊狀分布，而層狀云降水回

波具有均勻的紋理結(jié)構(gòu)，多呈片狀分布。積狀和層狀混合云降水回波具有柳絮狀結(jié)構(gòu)。

2、雷達(dá)回波的分類及特點(diǎn)

雷達(dá)回波可分為氣象回波和非氣象回波。而氣象回波又分為降水回波和非降水回波。

降水的反射率因子回波大致可分為三種類型：積云降水回波、層狀云降水回波、積云層

狀云混合降水回波。積狀云降水回波具有密實(shí)的結(jié)構(gòu)，多呈塊狀分布，而層狀云降水回

波具有均勻的紋理結(jié)構(gòu)，多呈片狀分布。積狀和層狀混合云降水回波具有柳絮狀結(jié)構(gòu)。

圖2.1雷達(dá)回波的分類

歸狀結(jié)構(gòu)塊狀結(jié)構(gòu)攀狀結(jié)構(gòu)

圖2.2氣象回波的分類

圖2.3非氣象回波的分類

下面舉出各種回波的氣象雷達(dá)圖:

圖2.4塊狀的積云降水回波

圖2.5片狀為主的層狀云降水回波

圖2-6絮狀為主的混合性降水回波

B?seRefledivitY

(K19)

Range230km

Kesakitton100km

Date20020701

IMW171207

WDA(8)

HeMjhit69,de

lol到N

long.117/43/1f

MiMl*?Prec^MtolKMi

Polw50tm3O<leq

圖2.7地物回波

左側(cè)為地物回波，會隨著角度的抬高而明顯的減弱，而右側(cè)為降水回波，不會隨著

角度的抬高而有明顯變化。

圖2.8海浪回波

東南側(cè)的回波屬于海浪回波，出現(xiàn)在0.5。角，隨著角度抬升到1.5。，海浪回波會迅

速消失。左側(cè)的2條帶狀回波屬于颶線回波。

—猱

e.5DEC

8/32

6DECOHM

33D&Z

12

16

20

24

HCC(28

NAG*IXFL*8COH-1

UHF1213

PRODRCUD=SFMRPS

?rut】＜±319

88/1214DELTASYS

CAL--025OBZ

依建絆238T

圖2.9鳥的回波

層狀云連續(xù)性降水——片狀回波

層狀云降水又稱為穩(wěn)定性降水或連續(xù)性降水，通常是由于大范圍空氣緩慢上升而成

云致雨的。這種降水的特點(diǎn)是降水區(qū)的水平尺度較大、持續(xù)時間較長、強(qiáng)度比較均勻和

隨時間變化比較緩慢。

回波特征：PPI回波特征：分布成片，面積較大，邊緣模糊，結(jié)構(gòu)均勻，相對較弱

（一般在20-30dBZ）；

RHI回波特征：結(jié)構(gòu)均勻，頂部平整，相對起伏較?。ㄏ鄬τ趯α髟平邓?，垂直

厚度不大（一般5-6km,因地區(qū)、季節(jié)而不同），水平尺度要比垂直尺度大得多。

天氣背景：低壓、靜止鋒、地面暖鋒、高空低渦、切變線等

對流云陣性降水一^塊狀回波

對流云降水是對流云發(fā)展到一定程度時，云中的降水粒子己不能被上升氣流所托住

而降落形成的。特點(diǎn)是水平范圍小、垂直尺度高、強(qiáng)度大、分布不均勻、持續(xù)時間短、

隨時間變化迅速。實(shí)為積云降水（對流是積云的特征），包括：陣雨、雷雨、冰雹等。

回波特征

PPI回波特征：分散的單體，圓形或橢圓形，結(jié)構(gòu)密實(shí)，內(nèi)部有強(qiáng)中心，邊界清晰，

回波強(qiáng)度和強(qiáng)度梯度較大，小的直徑只有幾公里，高度只有幾公里，屬小尺度系統(tǒng)：最

大的超級單體，直徑可達(dá)30-40km,頂高可以穿過對流層頂，屬中尺度系統(tǒng)；

RHI回波特征：柱狀，頂部常為云砧狀或花菜狀，結(jié)構(gòu)中有強(qiáng)中心，高度6-7km,

夏天可大于10km,最高可達(dá)20km左右。

天氣背景：鋒面上，冷鋒前暖區(qū)，氣團(tuán)內(nèi)部，副高邊緣，臺風(fēng)外圍

積層混合云降水一絮狀回