多普勒天气雷达原理与业务应用

第六部分 多普勒天气雷达原理与应用（周长青）

我国新一代天气雷达原理；天气雷达图像识别；对流风暴的雷达回波特征；新一代天气雷达产品

第一章 我国新一代天气雷达原理

一、了解新一代天气雷达的三个组成部分和功能

新一代天气雷达系统由三个主要部分构成：雷达数据采集子系统（RDA）、雷达产品生成子系统（RPG）、主用户处理器（PUP）。 二、了解电磁波的散射、衰减、折射

散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气分子、大气气溶胶、云滴和雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射。 衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象称为衰减，造成衰减的物理原因是当电磁波投射到气体分子或云雨粒子时，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而转变为热能或其他形式的能量。

折射：电磁波在真空中是沿直线传播的，而在大气中由于折射率分布的不均匀性

（密度不同、介质不同），使电磁波传播路径发生弯曲的现象，称为折射。

N?0.776P/T?3730e/T2dN?0dzdN?0dzdN?0dz波束向下弯曲波束向上弯曲波束直线传播

三、了解雷达气象方程

在瑞利散射条件下，雷达气象方程为： ?3PtG2??h2c?

练习题2

1．业务运行的多普勒天气雷达通常采用体积扫描的方式观测。我国业务运行多普勒雷达通常采用的体描模式（VCP11、VCP21、VCP31） 2．多普勒天气雷达与常规天气雷达的主要区别在于：前者可以测量目标物（沿雷达径向速度），从而大大加强了天气雷达对各种天气系统特别是（强对流天气系统）的识别和预警能力。

3．新一代雷达系统对灾害天气有强的监测和预警能力。对台风、暴雨等大范围降水天气的监测距离应不小于（400km）。

4．新一代雷达系统对灾害天气有强的监测和预警能力。对雹云、中气旋等小尺度强对流现象的有效监测和识别距离应大于（150km）。 5．新一代雷达观测的实时的图像中，提供了丰富的有关（强对流天气）信息。

6．新一代雷达速度埸中，辐合（或辐散）在径向风场图像中表现为一个最大和最小的径向速度对，两个极值中心连线和雷达射线（一致）。 7．新一代雷达速度埸中，气流中的小尺度气旋（或反气旋），在径向风场图像中表现为一个最大和最小的径向速度对，但中心连线走向则与雷达射线相（垂直）。

8．新一代天气雷达观测采用的是北京时。计时方法采用24小时制，计时精度为秒。

9．速度场（零等值线）的走向不仅表示风向随高度的变化，同时表示雷达有效探测范围内的（

新一代多普勒天气雷达产品 及其在短时天气预报中的应用

杨引明

上海中心气象台 二零零二.二

目 录

第一讲：新一代多普勒雷达基本构成及雷达产品生成数据流简介……………………..(4) 1．1 基本构成…………………………….………….……………………………………(4) 1．2 数据采集子系统 （RDA）…………….…….…………………………………….(5) 1．3 产品生成子系统 （RPG）………………………………………………………....(7) 1．4 主用户处理子系统 （PUP）………………….………………………………… …..(8)

第二讲：雷达基本产品的生成、调阅和应用…………………..………………………..(9) 2．1 基本反射率因子（R）……………………………………………………………(10) 2．2 平均径向速度（V）……………………………………………………………….(12) 2．3 速度谱宽（W）…………………………………………………………………....(14)

第三讲：由基本反射率因子导出产品的生成、调阅和应用………………………….…(16) 3．1 组合反射率因子（CR）…………………………………………………

气 象 科 技第 卷第 期 年 月 ∏ ∞×∞ ≤ ≥≤ ∞ ≤∞ ×∞≤ ≠

局地强对流暴雨的多普勒天气雷达个例分析

丁青兰 秦勇 陈明轩 谭晓光

北京 中国气象局大气探测技术中心 北京 北京城市气象研究所 北京 北京市气象台

摘要 从天气背景的分析出发 利用多普勒天气雷达的强度!速度资料以及由速度资料反演的垂直风廓线和二维

这次局地强对流暴雨是大尺度系风场对一次北京局地暴雨从开始到强降水结束时段做了详细的分析 分析发现

大尺度环流为暴雨提供了充沛的水汽 本站层结有很大的不稳定度 为强对流风统和中尺度系统共同作用的结果

低层中尺度辐合线起到了触发对流和加强对流的作用 暴的产生提供了必要条件

关键词 局地暴雨 中气旋 垂直风廓线 °风场

引言

随着中国新一代天气雷达网的建设 目前全国

已陆续布设了近百部多普勒天气

气 象 科 技第 卷第 期 年 月 ∏ ∞×∞ ≤ ≥≤ ∞ ≤∞ ×∞≤ ≠

局地强对流暴雨的多普勒天气雷达个例分析

丁青兰 秦勇 陈明轩 谭晓光

北京 中国气象局大气探测技术中心 北京 北京城市气象研究所 北京 北京市气象台

摘要 从天气背景的分析出发 利用多普勒天气雷达的强度!速度资料以及由速度资料反演的垂直风廓线和二维

这次局地强对流暴雨是大尺度系风场对一次北京局地暴雨从开始到强降水结束时段做了详细的分析 分析发现

大尺度环流为暴雨提供了充沛的水汽 本站层结有很大的不稳定度 为强对流风统和中尺度系统共同作用的结果

低层中尺度辐合线起到了触发对流和加强对流的作用 暴的产生提供了必要条件

关键词 局地暴雨 中气旋 垂直风廓线 °风场

引言

随着中国新一代天气雷达网的建设 目前全国

已陆续布设了近百部多普勒天气

首先分析了x波段双极化多普勒天气雷达降水估计的误差来源及其影响,然后分析了信比、积累阶数对降水估计精度的影响,明确雷达系统本身的测量误差所能达到的理想程度,结果表明在双通道的积累次数M=64,信噪比SNR=10dB的条件下差分反射率的σ(ZDR)=0.32dB,则相应R(Z,ZDR)的降水估计精度最好能达到44%,同样条件下差分相位的σ(φ)=0.08°,那么在降水率R=50mm／h时R(

第3 0卷

第 2期

气

象

科

学

Vo . 3 1 0. No. 2 Ap .,2 0 r 01

21 0 0年 4月

S ENTI M ET CI A EOROLOGI CA I CA S NI

史朝，何建新，艳.刘 X波段双极化多普勒天气雷达极限降水的估计能力 .象科学，0 0 3 ( ) 2 52 9 S i h o H 气 2 1,0 2:4 -4 . h Z a, eJaxn. i n Ulmae a ayi frifl et t n f m b n u l oai t cDo pe a a. ce t tooo i Snc, in i Lu Ya . t t n lsso anal si i r X—a d d a— lr i ma o o p mer

首先分析了x波段双极化多普勒天气雷达降水估计的误差来源及其影响,然后分析了信比、积累阶数对降水估计精度的影响,明确雷达系统本身的测量误差所能达到的理想程度,结果表明在双通道的积累次数M=64,信噪比SNR=10dB的条件下差分反射率的σ(ZDR)=0.32dB,则相应R(Z,ZDR)的降水估计精度最好能达到44%,同样条件下差分相位的σ(φ)=0.08°,那么在降水率R=50mm／h时R(

第3 0卷

第 2期

气

象

科

学

Vo . 3 1 0. No. 2 Ap .,2 0 r 01

21 0 0年 4月

S ENTI M ET CI A EOROLOGI CA I CA S NI

史朝，何建新，艳.刘 X波段双极化多普勒天气雷达极限降水的估计能力 .象科学，0 0 3 ( ) 2 52 9 S i h o H 气 2 1,0 2:4 -4 . h Z a, eJaxn. i n Ulmae a ayi frifl et t n f m b n u l oai t cDo pe a a. ce t tooo i Snc, in i Lu Ya . t t n lsso anal si i r X—a d d a— lr i ma o o p mer

1． 基于GPS与GSM的车辆智能防盗系统

利用GPS模块对车辆进行实时定位，基于AVR系列的 Atmega162单片机的信号处理系统对GPS信息进行实时接收和解算，包括经纬信息和速度信号的提取和判断，一旦车辆状态符合被盗情况（即车辆主人未使用车辆的时候，车辆的位置或者速度有明显的变化），立即通过GSM模块通知车主车辆处于被盗状态，车主可使用相关指令使车辆失去制动功能和车辆报警功能，防止车辆被盗。（Jupiter 31的GPS模块和型号为G100的GSM模块。）

2．手持式毫米波测速仪 多普勒体制的毫米波雷达是利用目标与雷达之间存在相对运动时电磁波的多普勒效应进行工作的。毫米波雷达输出的信号进入模拟电路之后经过混频、滤波以及放大之后输出多普勒频率信号。 TI公司的TMS320F2812型号的DSP内部自带AD采样功能，故使用2812对多普勒信号进行采样保存数据，DSP对采集的信号进行FIR滤波之后进行FFT变换得出多普勒频率，根据物体速度与多普勒频率的计算公式VR?1fd?0进行速度与频率的换算。2得出速度之后利用LCD1602进行显示，同时显示出测试过程中出现的最大值，并且在程序中设定一个阀值为报警速度，一旦速度大于这个值就进行报警（指

新一代可移式C波段多普勒天气雷达

架设阵地要求

为保障雷达工作状态的持续性及稳定性，充分发挥雷达的探测性能，按照设备工作要求选择合适的雷达阵地是雷达架设的首要条件。本要求介绍了新一代可移式C波段多普勒天气雷达（以下简称CCJ雷达）的设备组成并提出了该型雷达架设阵地的主要技术要求。本要求适用于CCJ雷达架设阵地的选择和建设。 1.设备组成

CCJ雷达主要由I号单元（雷达设备方舱）、II号单元（操作方舱）及III号单元（电站方舱）等三部分组成。其外型及质量参数如下表： 单 元 I号单元 外形尺寸：（L×W×H）mm 工作状态外形尺寸mm 5950X2240X2700 L＝5950 2240

1

2.阵地要求

1. 通往阵地的道路和桥梁允许雷达运输车通过。进入阵地的道路宽度不小于3

米，允许最小转弯直径24米的车辆通过。桥梁、涵洞的通过高度不小于4.3米，车辆通过桥梁的承重不小于20吨。

2. 阵地四周空旷，在主观测方向上天线中心的水平仰角0.5o以上无建筑物、

高大树林、山峰等阻挡。阵地附近无大功率电磁干扰源，如雷达、发射塔、发电厂等。

3. 阵地地面平整、结实，不得有大的坑洼和沟坎，不易积水。倾斜度小于1°，

建议选择一块40m×20m的开阔平坦的水

脉冲多普勒雷达抗干扰技术六0

f脉冲多普勒雷达抗干扰技术六 0七研究所关键词脉，普 多达干扰曹正林

君抗干扰 P雷达中重复频率工作模式是在副瓣 D杂波区检测目标，就要求雷达天线应有低这随着雷达技术的发展，子对抗已成为的旁瓣。低旁瓣雷达天线对抑制旁瓣侦察和电 雷达技术的一个重要问题。抗干扰能力是衡干扰雷达十分有利。

一

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概述

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量雷达性能的主要标志之一，是决定总体也

快速跳频是反侦察的一种重要手段 P D

‘

只能用帧河跳频，相非方案的重要因素。机载脉冲多普勒雷达 ( D雷达的相参工作模式， P参工作模式可用脉间跳频。 雷达 )与普通雷达有许多不同之处，考虑其在抗干扰措施时，充分利用 P应 D雷达的特点

三、干扰反二、侦察反’

对雷达的干扰可分为有源干扰和无源干

电子侦察是电子干扰的先决条件，此扰。敌方施放的有源干扰包括压制性干扰和因压 雷达抗干扰首先就要反侦察反侦察的任务欺骗干扰。制性有源干扰又可分为瞄准式、扫 就是使敌方不能或难以截获和识别雷达信堵塞式、频式干扰。欺骗干扰有距离欺骗、号，使被敌方识别了也不易 (即或需要较长时角度欺骗和速度欺骗干扰敌方施放的无源间 )制。敌方侦察接收机已截获和识别了干扰也可分为压制性和欺骗性两种干扰复若雷达面临的干扰一