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1、,雷达气象学,电子版（第二版）,目 录 第一章 绪论 第二章 雷达探测大气的基础知识 第三章 雷达气象方程 第四章 多普勒天气雷达 第五章 天气雷达产品与算法 第六章 天气雷达回波的识别技术 第七章 中小尺度天气系统的回波特征 第八章 大尺度天气系统的回波特征,第一章 绪论,1.1 概述 1.2 天气雷达发展历史 1.3 天气雷达工作原理,第一节 概述,名字：“雷达”是Radio Detection And Ranging缩写Radar的音译,字面上含义是无线电探测和测距。 雷达：是用无线电方法发现并测定空间目标的位置。 用途：从二次世界大战后雷达技术引用到气象部门至今已有50多年历史。用于探
2、测云、雨、降水、监测强对流天气的天气雷达已成为雷达技术中的一个分支，天气雷达是大气监测的重要手段之一，在突发性、灾害性的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。目前约有1000部以上的天气雷达布设在世界各地，为人类造福。,1、雷达及其作用,雷达气象学 利用天气雷达，进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科，它是大气物理学、大气探测和天气学共同研究的一个分支。,2、雷达气象学研究的主要内容,2、雷达气象学研究的主要内容,包括基础理论、分析应用、探测方法与技术三部分。,基础理论方面包括云和降水粒子对雷达波的散射；微波经过大气、云和降水粒子时的衰减；气象条件对雷达波传播的影响，如大气折射、大气不均
3、匀结构的散射等。 分析应用方面包括雷达测量降水和云中的含水量；天气系统(特别是中小尺度系统)的雷达回波在天气分析预报上的应用，在云和降水物理探测研究上的应用；多普勒雷达和各种波长的新型雷达在风的水平结构和铅直结构、铅直气流速度、降水粒子谱、晴空回波、大气湍流等的探测研究中的应用。 探测方法与技术方面包括各种天气雷达资料的处理和传输等。,第二节 天气雷达发展历史,常规天气雷达：是一种模拟信号雷达、将云雨降水质点散射回的信号在模拟显示器上显示,给出降水及其云体的空间位置和范围。 数字化天气雷达：,雷达不仅观测降水的空间分布,进一步定量估测降水强度和雨量的分布,同时还提供给用户多种图像图形产品。获得
4、的探测信息少、技术性能偏低、可靠性和稳定差、组网能力弱等。 多普勒天气雷达：作为新一代天气雷达在气象业务探测中得到更多的应用,它不仅提供降水分布和定量估测,还提供了降水区内风场信息,增添了预示天气未来变化的信息。目前世界各国气象业务使用,50多年来,天气雷达的发展大致经历了3个阶段,常规天气雷达、数字化天气雷达和多普勒天气雷达。,1、雷达气象发展史,二十世纪40年代，雷达开始用于降水天气过程的探测，这一时期主要是建立雷达气象学的理论基础的阶段；50年代是从定性研究转入定量研究的阶段，其中包括定量测雨和定量显示反射率，以及对雷达信号脉动、偏振等现象的研究。50年代后期和60年代初期，许多国家建立
5、了天气雷达站网，促进了雷达气象学的进一步发展。 二十世纪60年代及其以后，雷达气象学在多方面得到了新的发展：天气雷达方程精度的改进；晴空回波在理论研究和探测技术上得到新的进展；由湍流不均匀介质散射理论，给出了散射强度和湍流结构的关系，为大气结构、晴空湍流、大气波动、热对流、大气风场、铅直气流速度等的探测和研究开辟了新的途径。同时，天气雷达在资料的实时处理和观测结果的传输方面也取得了很大进展，并出现了定量探测的数字天气雷达网。 近二十年来最突出的发展是，多普勒雷达在大气遥感探测和研究工作中的应用，如探测降水云内和晴空大气中水平风场和铅直风场、降水滴谱和大气湍流等。多普勒雷达还为龙卷的探测和短时间
6、预报提供了有效的工具。在完成多部雷达联合组网实时定量探测的基础上，可利用雷达测雨的观测资料，结合卫星观测，进行更大范围的降水预报。,1、雷达气象发展史,2、我国雷达气象发展历史,常规天气雷达50年代开始使用军事雷达58年引进第一部天气雷达60年代末711X波段 数字化天气雷达70年代自行生产711、712、71380年代具有数字处理系统的714S波段，并引进多普勒雷达 多普勒天气雷达90年代已生产出714CD、714SD型脉间相干99年对WSR-88D进行改造，第一部先进的S波段全相干脉冲多普勒雷达CINRAD/CC 3824型,我国新一代天气雷达建设,中国气象局规划将雷达数量由原计划的126
7、部调整为158部，其中S波段雷达87部，C波段雷达71部；因人工影响天气等需求，还打算开展X波段雷达建设。,到2008年，完成158部S波段和C波段新一代天气雷达系统的布点建设，形成基本覆盖全国的天气雷达监测网。到2015年，根据国家经济建设发展需求，在服务重点地区和经济发达地区建设30部左右 新一代天气雷达系统，再通过适当数量小型雷达实现对低层风、近地表降水和山区天气现象的地理覆盖，形成精细网格的雷达布局；形成完备的新一代天气雷达综合业务应用系统和支持保障体系，达到对中小尺度天气及暴雨雨量、雨区的定点、定量的预警功能；开展双偏振、相控阵、多基地、多波长、激光、毫米波等先进技术试验，对已建雷达
8、完成双线偏振功能升级改造，新建雷达应采用双线偏振技术。,天气雷达发展规划（20012015年）,一般，在沿海地区安装 S波段雷达，内陆地区安装 C波段雷达，这样可以减少衰减，成本也较小。 S波段雷达与 C波段雷达价格相差1倍。,天气雷达发展历史,中国气象局颁发了新一代多普勒天气雷达,统一型号命名规定：,国内独立研制 SC ( 714SDN ) CC ( 3830CD ) CD ( 714CDN )CC J( 3830CD J) C波段移动型,CINRAD产品型号，分为两类八种型号,中美合资生产 SA S波段增强型 SB S波段标准型 CA C波段增强型 CB C波段标准型,合肥雷达楼,1999
9、年安装的第一部多普勒雷达。,天气雷达,云雨雷达 脉冲多普勒天气雷达 双偏振天气雷达 实现对降水进行分类与识别 双波长天气雷达 推测被测粒子的大小 多参数天气雷达 提供云及降水物的尺寸、相态和类型等信息 双/多基地天气雷达 能测出诸如风场的三维矢量、降雨粒子的垂直速 度等信息 机载天气雷达 雷达分辨力、精度和灵敏度好 相控阵天气雷达 优点很多，是天气雷达的发展方向,波长3.2cm 直径1.5m 增益38dB 功率75kW,波长3.2cm 直径5.5m,1.1m 功率180kW,波长5.6cm 直径3.7m 增益38dB 功率250kW,波长10.7cm 直径4m 增益36dB 功率600kW,波长11.3cm 直径5.7m,2.2m 增益38dB 功率1MW,中国新一代天气雷达,一是降水粒子的后向散射形成的。 二是由于晴空大气折射指数不均匀产生的后向“散射”或内反射而形成的。,3、雷达回波形成的机制,4、雷达气象方程,第三节 天气雷达工作原理,未完继续1-2,谢谢大家！,
