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1、,雷达气象学,电子版（第二版）,第二章 雷达探测大气的 基础知识,2.1 散射 2.2 衰减 2.3 折射 2.4 雷达的探测能力,衰减：就是吸收和散射两种作用的总和 衰减物：大气、云、降水粒子,2.2 衰减,关于衰减 （1）衰减：电磁波能量沿传播路径减弱的现象。 （2）造成衰减的物理原因：是因为当电磁波投射到气体分子或云、降水粒子时，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它形式的能量，从而使电磁波波能量沿传播路径减弱。 （3）考虑衰减的意义：由于衰减，使回波图像、定量测量情况与实际情况之间出现偏差，造成回波的失真。了解衰减对雷达探测的影响，对于正确使用回波资料是十分重要的。,衰
2、减的物理原因： 一是散射 二是吸收,1 概述,衰减的一般规律和衰减系数,没有考虑大气、云、降水等衰减时的平均回波功率。,考虑大气、云、降水等衰减时的平均回波功率。,衰减因子,衰减的一般规律,考虑一小段距离dR上的衰减：,接收功率的减少值,实际接收功率,衰减系数,物理意义：由于衰减作用，单位接收功率在大气中往返单位距离时所衰减掉的能量。,衰减系数定义：,衰减因子K和衰减系数kL之间的关系,总衰减系数,分贝：,衰减系数,接收功率的衰减,总衰减系数,衰减的一般规律有,雷达波的衰减概述,气体对雷达波的衰减主要是吸收作用，散射可以忽略不计 云、雨滴的衰减，则既有散射，也有吸收，大小与雷达波的波长有关,云
3、、降水粒子造成衰减的一般论述,吸收截面、散射截面和衰减截面,意义？,标准化截面：,将以上截面被粒子的几何截面去除所得的值。例如标准化衰减截面：,从电磁场理论 吸收截面 散射截面 衰减截面 可表示为：,云、降水粒子的衰减系数,电磁波传播一个距离元dR，具有相同吸收功率的粒子,电磁波传播一个距离元dR，具有不同吸收功率的粒子,电磁波传播一段距离R，具有不同吸收功率的粒子,吸收系数,散射系数,衰减系数,云或降水粒子吸收造成的单位距离上电磁波能流密度损失的分贝数,云或降水粒子散射造成的单位距离上电磁波能流密度损失的分贝数,云或降水粒子散射和吸收造成的单位距离上电磁波能流密度损失的分贝数,衰减系数,吸收
4、截面、散射截面和衰减截面计算公式,衰减后的回波功率,2 大气气体对雷达波的衰减,对2cm以上的雷达波所造成的衰减，一般可忽略 对波长在1cm附近或当探测距离较远时，这种衰减仍必须考虑。 吸收雷达波的大气气体主要是水汽和氧气。,水汽和氧气的衰减系数与波长的关系,3 云对雷达波的衰减,云滴：半径小于100m的水滴或水晶粒子,计算云滴的吸收截面、散射截面和衰减截面：,瑞利近似,瑞利近似下云的衰减系数,云滴谱,引入云中含水量,云中 含水量,云的衰减系数ktc与波长、温度以及粒子相态的关系,不同温度、波长、粒子相态情况下的 值,4 雨对雷达波的衰减,雨滴是指半径大于100m的水滴。,雨滴的衰减截面Qt的
5、计算：,用普遍关系式计算 用瑞利近似式与普遍的米式公式的关系,雨滴直径为0.1cm， 雷达波长为10cm， 0.03,雨滴直径为0.1cm， 雷达波长为3cm， 0.1,水球的 与 值的关系 (Gunn等，1954),雨的衰减系数ktr与雨强I之间的关系,计算雨的衰减系数kt：,雨滴谱,利用普遍关系或利用瑞利近似，但不能像云滴那样用含水量,实际观测发现，雨的衰减系数ktr与雨强I之间：,单位降水强度 I1mmh 时的哀减系数,的确定,关键是雨滴谱,雨滴衰减的观测与计算,中国气象局气象科学研究院大气探测研究所和北束市气象台、1975年夏,利用雷达方程对3cm和10 cm波长的雷达在考虑雨的衰减后
6、计算的回波强度分布图：,由于衰减，雷达所显示的降水回波将小于实际的降水区，尤其是在降水区远离雷达的一侧。,5 雪对雷达波的衰减,干雪的衰减 湿雪的衰减,6 冰雹对雷达波的衰减,冰雹的形状及组成情况比较复杂，因此，对冰雹衰减的理论研究比较困难，冰雹衰减的实际定量测量工作目前做得也不多。,一、大球形粒子的衰减,大球形粒子完全由液态水组成 大的球形冰球 冰水混合组成的球形粒子 外包水膜的湿冰球,海绵冰球的标准化吸收截面、散射截面和衰减截面 （Battan等，1962年）,二、冰雹的衰减系数kth,如果知道冰球的组成情况、折射指数、粒子大小分布，则可以应用：,会有误差，原因是冰雹形状与球形相差较大以及冰雹的组成情况和复折射指数容易发生变化。,冰雹衰减的观测,继续第 3 节,谢谢大家！,
