第二章 大气、云、降水粒子对雷达波的衰减广东海洋大学海洋与气象学院广东海洋大学海洋与气象学院徐徐 峰峰Tel: 0759--2396015Tel: 0759--2396015，， 1331801101713318011017E-mailE-mail：：gdouxufeng@gdouxufeng@20102010年年年年9 9月月月月-11-11月月月月 §§1 1 概述概述§§2 2 大气气体对雷达波的衰减大气气体对雷达波的衰减§§3 3 云、降水粒子造成衰减的一般论述云、降水粒子造成衰减的一般论述§§4 4 云对雷达波的衰减云对雷达波的衰减§§5 5 雨对雷达波的衰减雨对雷达波的衰减§§6 6 雪对雷达波的衰减雪对雷达波的衰减§§7 7 冰雹对雷达波的衰减冰雹对雷达波的衰减§§8 8 小旋转椭球粒子群的衰减截面与衰小旋转椭球粒子群的衰减截面与衰 减系数减系数 §1 概述一一. . 衰减的一般规律和衰减系数衰减的一般规律和衰减系数 1 1. .衰减因子：衰减因子： (1) K<1(1) K<1 (2) (2) 物理意义：平均回波功率为物理意义：平均回波功率为1 1时的衰减后时的衰减后平均回波功率平均回波功率 §1 概述一一. . 衰减的一般规律和衰减系数衰减的一般规律和衰减系数 2. 2. 衰减系数：衰减系数： 物理意义：由于衰减作用物理意义：由于衰减作用, ,单位接收功率在大气单位接收功率在大气中往返单位距离时所衰减掉的能量中往返单位距离时所衰减掉的能量. . 衰减系数的量纲衰减系数的量纲: 1/: 1/长度长度 §1 概述一一. . 衰减的一般规律和衰减系数衰减的一般规律和衰减系数 3. 3. 衰减系数与衰减因子衰减系数与衰减因子K K之间的关系：之间的关系： 物理意义：要决定衰减因子物理意义：要决定衰减因子K,K,先要决定衰减系先要决定衰减系数数k kL L。
k kL L是大气、云、降水等不同因子造成的总衰是大气、云、降水等不同因子造成的总衰减系数 §1 概述 4. 4. 衰减系数的分贝表示法：衰减系数的分贝表示法： §２ 大气气体对雷达波的衰减 一一. .气体分子对雷达波的衰减气体分子对雷达波的衰减 １１. .散射可以忽略散射可以忽略 2. 2. 以吸收为主以吸收为主, ,对对2cm2cm以上的雷达波也可忽略以上的雷达波也可忽略 3. <2cm3. <2cm时应考虑吸收时应考虑吸收 二二. . 吸收以水汽和氧气为主吸收以水汽和氧气为主 1.1.水汽衰减系数与温度、波长、水汽含量、水汽衰减系数与温度、波长、水汽含量、气压之间的关系见表气压之间的关系见表2.2.2.2. 2. 2.氧气衰减与温度、气压的关系见表氧气衰减与温度、气压的关系见表2.3 2.3 §3 云、降水粒子造成衰减的一般论述一一. . 吸收截面、散射截面和衰减截面吸收截面、散射截面和衰减截面 1 1. . 2. 2.物理意义物理意义: : 当入射波的能流密度乘上该面当入射波的能流密度乘上该面积后积后, ,就给出了单个粒子吸收就给出了单个粒子吸收( (散射、衰减散射、衰减) )的电的电磁波能量磁波能量 §3 云、降水粒子造成衰减的一般论述2. 2. 云、降水粒子的衰减系数云、降水粒子的衰减系数 1 1. . 2. 2.物理意义物理意义: : 当入射波的能流密度乘上该面当入射波的能流密度乘上该面积后积后, ,就给出了单个粒子吸收就给出了单个粒子吸收( (散射、衰减散射、衰减) )的电的电磁波能量磁波能量 §4 云对雷达波的衰减一一. . 云滴散射云滴散射 1 1.r<100.r<100μμm m的水滴或冰晶粒子的水滴或冰晶粒子 2. 2. 对于现在的测雨雷达对于现在的测雨雷达, ,均满足均满足αα<<1<<1的条件的条件, , 即可用瑞利散射近似公式来计算即可用瑞利散射近似公式来计算二二. .瑞利近似的吸收截面瑞利近似的吸收截面, ,散射截面和衰减截面散射截面和衰减截面 见见2.312.31、、2.322.32、、2.332.33式式 §4 云对雷达波的衰减三三. .瑞利近似下云的衰减系数瑞利近似下云的衰减系数 1.1.计算公式计算公式: : 2. 2.云中液态水含量一般在云中液态水含量一般在1 1～２～２.5g/m.5g/m3 3, ,浓积浓积云上部可达云上部可达40g/m40g/m3 3 ，冰云中含水量很小，冰云中含水量很小0.5g/m0.5g/m3 3，故大片液态水云对短波雷达因考虑衰减。
故大片液态水云对短波雷达因考虑衰减 §4 云对雷达波的衰减三三. .k ktctc与波长、温度以及粒子相态的关系：与波长、温度以及粒子相态的关系： 1.1.由液滴组成的云的衰减随波长增加而迅速减小由液滴组成的云的衰减随波长增加而迅速减小 2.2.液态云的衰减还随温度减小而增加液态云的衰减还随温度减小而增加 3.3.对于对于10cm10cm雷达，云的衰减很小，可忽略雷达，云的衰减很小，可忽略 4.4.冰云的衰减要比液态云的衰减小冰云的衰减要比液态云的衰减小2 2～～3 3个量级个量级 5.5.不同温度、波长、粒子相态的单位含水量的衰不同温度、波长、粒子相态的单位含水量的衰 减系数见表减系数见表2.4 2.4 §5 雨对雷达波的衰减一一. . 雨滴的衰减截面雨滴的衰减截面 1 1.r>100.r>100μμm m的水滴的水滴, ,大的可达大的可达0.3cm.0.3cm. 2. 2. 水球的水球的t t(m(m)/ )/ t t(r (r) )与与αα的关系的关系 3. 3. 使用波长小于使用波长小于10cm10cm 的雷达，只有雨滴的雷达，只有雨滴 直径直径<0.1cm<0.1cm时才能用时才能用 瑞利公式计算。
瑞利公式计算 4. 4. 一般用米散射公式计算一般用米散射公式计算 二 雨的衰减系数ktr与雨强I之间的关系 1 1. .雨的衰减系数与降水强度雨的衰减系数与降水强度I I的经验关系的经验关系 2. I:2. I:单位时间内降落到地面单位面积上的降水单位时间内降落到地面单位面积上的降水量量 二 雨的衰减系数ktr与雨强I之间的关系 3 3. .若已知雨滴谱，可通过（若已知雨滴谱，可通过（2.392.39）求）求ktrktr, ,也可也可通过（通过（2.422.42）求）求I I，再将两者进行比较，即可从，再将两者进行比较，即可从理论上确定某种雨滴谱的理论上确定某种雨滴谱的K K’’值 4. 4. 计算结果见表计算结果见表2.52.5，表，表2.62.6，表，表2.7 2.7 三三. . 衰减的观测与计算衰减的观测与计算 §6 雪对雷达波的衰减一一. . 干雪的衰减干雪的衰减 二二. . 湿雪的衰减湿雪的衰减 §7 冰雹对雷达波的衰减一一. . 大球形粒子的衰减大球形粒子的衰减 1. 1. 图图2.7 2.7 海面冰球的标准化吸收截面、散射截海面冰球的标准化吸收截面、散射截面和衰减截面面和衰减截面 2. 2. 图图2.8 2.8 包有一层均匀水膜冰球的标准化截面包有一层均匀水膜冰球的标准化截面二二. . 冰雹的衰减系数冰雹的衰减系数 1. 1. 图图2.9 2.9 干冰球和外包水膜冰球的衰减系数干冰球和外包水膜冰球的衰减系数 2. 2. 表表2.9 2.9 外包水膜冰雹的单程衰减系数外包水膜冰雹的单程衰减系数 第二章 复习思考题 1. 1. 何谓衰减因子？简述其物理意义。
何谓衰减因子？简述其物理意义 2. 2. 何谓衰减系数？简述其物理意义并说明与衰减何谓衰减系数？简述其物理意义并说明与衰减因子的关系因子的关系 3. 3. 简述衰减因子的分贝表示法简述衰减因子的分贝表示法 4. 4. 简述大气对雷达电磁波衰减的主要特点简述大气对雷达电磁波衰减的主要特点 5. 5. 简述云对雷达电磁波衰减的主要特点简述云对雷达电磁波衰减的主要特点 6. 6. 简述雨对雷达电磁波衰减的主要特点简述雨对雷达电磁波衰减的主要特点 7. 7. 简述雨的衰减系数和降水强度的关系简述雨的衰减系数和降水强度的关系。