浅谈B737NG气象雷达使用
一、一般介绍
我们公司执管的B737NG机型装有一套机载气象雷达，其基本组件为收发组、显示器、天线、控制面板。包括一部天线，一部收发机，一个或两个雷达控制盒（正副驾驶可以分别控制）。
收发机主要用于发射无线电脉冲，处理无线电回波，探测风切变并向机组发送警告和警戒信息，提供气象雷达数据显示，记录和显示故障状态及检测结果，在显示组件上生成图形。因为信号在传输过程中有衰减，所以在内部有补偿电路，保证远距离的气象目标和近距离目标在显示器上有同样的强度显示（如果目标条件相同）。
气象雷达系统可以提供气象条件、颠簸区域、风切变、地形图显示、地面杂波抑制、TFR（转换）等显示方式。雷达还具有穿透补偿功能，可以穿过降雨，更精确的看到降雨后面的风暴。此外，它也可以提供预测风切变的音响警告。
气象雷达数据显示在导航显示屏上，只有在扩展进近、扩展VOR、中央MAP、扩展MAP模式显示气象雷达数据或地形数据和风切变警告。如果EFIS控制面板上的TERR（地形）被选定或有来自EGPWS（增强型近地警告系统）的地形注意/地形越障警告时，EGPWS地形数据显示在导航显示屏上；如果TERR未被选定，且没有EGPWS警告，则只有气象雷达数据显示在导航显示屏上。当多种警告存在时，近地警告系统将自动确定警告呼叫的优先级，使
高一级警告出现在导航显示屏上，警告声音优先顺序如下：风切变（GPWS）、预测风切变（PWS）、GPWS 警告、TCAS 警告。
B737NG机型气象雷达使用的天线是平板式天线，其可生成高3.6度，宽3.4度的波束。天线稳定范围正负40度，扫描范围正负90度，天线稳定性是由收发机从大气数据惯性基准组件获得俯仰和横滚数据来控制的。
气象雷达系统控制面板包括左右EFIS控制面板、气象雷达控制面板。控制面板向收发机提供发射模式、仰角控制、增益控制、开/关气象雷达等功能。自动模式的控制面板，左右可以分别控制显示，这并不是说就存在两部天线和收发机，而是采用了分时扫描显示的办法。模式选择器有以下位置：TEST---开始收发机自检并在导航显示屏上显示检测结果；WX---收发机在导航显示屏上显示气象数据；WX/TRUB（WX-T）---收发机在导航显示屏上显示气象和颠簸数据；MAP---收发机在导航显示屏上显示地形特征；GC---地面杂波抑制，按下后无抑制功能，松开后自动恢复；TFR---转换显示，例如按下左边的TFR 把右边的模式，俯仰，增益转到左边ND 显示；仰角控制调节天线仰角在正负15度。增益控制调节收发机回波增益，在自动位，增益由收发机设定到校准水平。
气象雷达系统选择正常工作方式时只能有一个警戒信息显示在导航显示屏上，同时有多个警戒信息时，只有最高优先级的信息被显示。可能显示的提醒信息和显示有：WEAK：校准故
障；ATT：姿态输入故障；STAB：当稳定性被关断时显示；R/T：收发机故障；WXR FALL：气象雷达故障；PWS FALL：预测风切变故障；WXR RANGE DISAGREE：当EFIS控制面板距离范围和WXR收发机距离范围不一致时显示；MAP/WXR RANGE DISAGREE：当在EFIS控制面板距离范围，WXR收发机范围和FMC 距离范围之间存在差异时显示，此信息只在扩展MAP和中心MAP 模式出现；ANT：天线故障；CONT：控制面板故障。
雷达工作时向外发射高频波，在地面易引起人员伤害、易燃物体爆炸、收发机损坏等事故。在TEST位置系统自检时，雷达也会发射少量脉冲以使机载检测设备工作，因此地面通电检查时应注意：
1、飞机机头不要指向建筑物和其他飞机。
2、飞机前方15米范围内有人员不要打开。
3、当飞机100米范围内有加油或附近有装可燃及爆炸性液体的车辆时，不要操纵气象雷达。
4、确保飞机前方180度范围，91.44米距离内没有大型金属物体，同时调整天线俯仰角上仰15度，开始测试气象雷达。
5、测试完毕后断电，并且调天线仰角向上5度，以备起飞爬高使用。
二、雷雨的特点以及在气象雷达上的显示
雷雨形成三要素：深厚而明显的不稳定气层、充沛的水汽、足够的冲击力。雷雨中心高度一般在4000米——8000米。春
夏、夏秋之间的季节，雷雨中心的高度最低至3000米左右。此时雷雨虽水汽不足，但具有强烈的冲击力，使各高度层上云体的电荷差很大，当飞机接近时会改变云体的电场，甚至会导致放电。发展强盛且能量强大的雷雨，对安全危害极大，要特别注意雷达的显影（凡带有尾巴的显示，往往带有强降水并伴有冰雹）。
天气现象显示：雷达的显示是根据云体中水滴的大小不同分别以红、黄、绿、黑、洋红这五种颜色来显示的，水滴在接收到雷达发射波后，形成回波反射至雷达的接收机，水滴越多越大，回波能量越大，反之则小。其数据如下：
洋红色表示降水并伴有中度以上的颠簸。气象雷达不能显示晴空颠簸。颠簸显示最大范围40NM，如果EFIS控制面板上选定范围超过40NM，则导航显示屏在最大40NM范围内显示气象和颠簸数据，超过40NM，只显示气象数据。
当航路上有雷雨时，并非任何距离都能有效地反映雷雨的状况，而是随距离增大显示会逐渐衰减。
一般情况下雷雨强弱与水汽含量的多少是成正比的，但我们要根据多方判断和观察来确定其强弱。例如我国南北方气候存在很大的地域差异，在雷达显示相同的情况下，南方雷雨的能量及危害程度均不如北方，这是因为北方的雷雨虽然水汽含量少，但电能较强。
三、正确使用雷达
对于手动俯仰功能的气象雷达，低空时，要向上调整天线角度，以滤掉地标回波，使天气显示醒目。中空时，可以按照飞机的升降轨道，灵活使用天线角度，观察天气。高空时，应水平或稍向下调整天线角度，以观察飞行高度层以上或以下的天气情况，在40NM范围基本不用担心地标的显示。由于飞机雷达固定支架不同，使天线的角度不同，因此要正确绕飞雷雨、判断雷雨的高度，仍要上下调整天线，以免由于天线角度的误差而误入雷雨。天线波束在垂直方向的照射范围与距离成正比，当距离为50NM时，可照射垂直高度范围为5200米左右，当距离为80NM 时，可照射垂直高度范围为10400米左右。（本人掌握天线角度使用：距离放160调天线使80NM附近有地物反射影响，然后换到80NM判断绕飞）。
对于自动俯仰功能的气象雷达，它的俯仰控制是多次扫描方式，上波束扫描中距离，下波束扫描近距离和远距离，然后将两个数据合并处理得到所需的图像，并使机长和副驾驶的显示同时
更新。天线的俯仰角度、收发机增益及地面杂波抑制都是自动工作的，自动俯仰的目的是为了防止在飞行轨迹的上部或下部的天气目标漏扫。自动俯仰的角度是根据飞机气压高度、无线电高度、地速、航向、大气温度等参数计算得出的。EFIS 上显示的俯仰角度是上下波束的平均值，起飞时上下波束差4 度，上波束为7 度，下波束为 3 度，随着飞机上升，角度差减少，在10000FT 左右角度差只有 2 度。夏季飞行若是在云中，雷达就要常开不关，这样还有利于雷达的使用寿命。
2、飞行各阶段中雷达的使用方法。
(1)、地面滑行阶段：
当起飞机场有雷雨时，飞机在滑行中可以打开雷达，观察天气，距离以40NM-20NM为宜（由于地面对发射波的阻挡，远距离无效）。天线角度要根据各机场的地形条件不同而变化，例如：上海虹桥机场地势平坦，可以在滑行道上调整天线向上5度左右，而乌海机场周围有山区，需向上调整天线角度7度左右才能滤去地形杂波。但我们不能仅凭此时雷达的显示实施绕飞，应同时参考航站气象雷雨分析图综合判断。
（2）、起飞、入航：
综合判断机场周围的天气，使自己心中基本形成一个绕飞入航的路线。这个方案确定时，既要照顾雷雨绕飞，又要考虑到航线走向、禁区、炮区等。在比较复杂的条件下，应先与管制商量
妥，然后再起飞。
此时天线角度的使用原则：立足于能观察到飞机上升轨迹前上方的雷雨，并随高度的不断增加，应逐渐减小天线角度。在观察前方或前下方的雷雨时，以不探测到地形回波为准。
区别地形回波与雷雨的方法：天气色块边缘均匀，成棉球状，且显示无规律。地形回波成散状，边缘杂乱，且显像以荧光屏基准点为圆心，成圆弧状。随着飞行高度增加或天线角度向上的变化，地形回波消失要比雷雨快。
（3）、航线爬高阶段：
此时应着重考虑几个方面：
A、注意冲压空气温度的变化，遵循防冰加温的使用原则。
B、注意飞机的最小机动速度，不要急于从云上飞越而减小速度，建议使用15度坡度绕飞。
C、高度5000米以上，要使用160NM范围作远距离观察，以明确前方雷雨的情况，但要记住同样强度的锋面雷雨由于距离的不同显像也不同，不能因为远处显示弱而不引起注意，远处的雷雨随飞机的接近，显示会逐渐明显。
（4）、巡航阶段：
注意观察雷雨。气象雷达最大显示距离可达320NM（一般情况雷达有效距离在180NM左右），应由远而近观察，先用160NM，
以便对雷雨的面积、距离、方位做到心中有数，实施绕飞时再放置80NM或40NM，此时显像清晰准确。还要考虑雷雨的移动方向，要兼顾下段航迹的变化，尽量从上风面绕飞。
确定绕飞方案时，建议取出高空图，了解区域边线与航线的距离，可以参考图边的比例尺。结合气象雷达显示，当有可能绕出本区域时，要设法与边际区域联系。
绕飞前调出一切可用的助航无线电设备，两部FMC有一部置于显示偏航距离页面。根据雷达屏上的距离方位标线测定绕飞距离，并向管制报告，在征得同意后再实施绕飞。
根据气象雷达显示，观察后续航路有无雷雨存在，确定切回航路时机与方法，最好使用直飞下一个航路点的方法。如管制区所限，可以用倍角切入；如距离短无法在本区域切回航路时，必须提前与前方管制联系，以便前方管制掌握飞机位置，有二次雷达的管制区，可提醒管制员帮助监控飞机位置。
（5）下降、进场：
下降、进场对天线角度的确定以观察到飞机下降轨迹前方的雷雨为宜，随着飞行高度的降低，天线角度应随高度的下降逐渐上调，以刚好滤掉飞行轨迹前方的地形回波为宜。
在进场绕飞雷雨的过程中，常常偏离走廊的规定范围和五边航迹线。因而绝不能忽视航站区域的安全高度，每次飞行准备时，机组人员对所飞机场50KM半径内的安全高度或最高障碍物应了如指掌。进场时，可借助穿云图右下角或穿云图四周的
安全高度示意图。如果机场上空或前方有雷雨，着陆时不要关闭雷达以备复飞之用。
四、机组配合
1、有雷雨天气时，机组要认真研究气象云图，及时打开气象雷达观察天气，使自己对雷雨分布强度心中有数。
2、左右座要用不同的显示范围观察天气以便于综合判断。
3、一人监控飞机，一人观察天气，确定绕飞并负责通讯。
4、绕飞过程中要遵守绕飞雷雨的规定，留有充分余地，尽量减少从云块间穿越，不得已穿越时，应从正中间穿越。
5、注意三报告：绕飞前请示，开始归航报告，回到航迹报告。
五、关于绕飞雷雨的原则
雷雨天气飞行时的一查三早四原则：
一查：飞行前检查雷达工作完好。
三早：早观察，早请示，早采取绕飞措施。
四原则：宁早勿晚，宁远勿近，宁高勿低，宁绕勿钻。
测雨——厘米波雷达（微波雷达） ? 测云——毫米波雷达 ? 测风——风廓线雷达 ? 测气溶胶——激光雷达? 测温——声雷达 气象雷达的分类 （1）按照工作原理：常规天气雷达，多普勒天气雷达，偏振天气雷达，等。 （2）按照雷达工作波段：X 波段，C 波段，S 波段，L 波段，Ka 波段，等。 ! （3）按照安装平台：固定式，车载移动式，船载式，机载式，星载式，等。 天线方向：在极坐标中绘出的通过天线水 ?平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上。 天线增益：辐射总功率相同时，定向天线在最大辐射方向上的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比。G=10*lg （S 定向/S 各项均匀） 新一代天气雷达系统结构概述 构成：发射机，天线，接收机和信号处理器。 ? 主要功能：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基数据。 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 ） 散射现象：当电磁波传播遇到空气介质和云、降水粒子时，入射的电磁波会从这些质点向四面八方传播相同频率的电磁波，称为散射现象。 — 散射过程：入射电磁波使粒子极化，正负电荷中心产生偏移而构成电偶极子或多极子，并在电磁波激发下作受迫振动，向外界辐射电磁波，就是散射波。 单个球形粒子的散射 定义无量纲尺度参数：α=2πr/λ 当α<<1时：Rayleigh 散射，也称分子散射。如空气分子对可见光的散射。 当<α<50：Mie 散射。如大气中的云滴对可见光的散射。 当α>50：几何光学：折射。如大雨滴对可见光的折射、反射，彩虹等光现象。 思考：对于3cm 和10cm 雷达遇到半径0.1cm 的雨滴发生哪种散射 瑞利散射：方向函数的具体形式：当雷达波是平面偏振波时，瑞利散射在球坐标中的 ! 方向函数为：()() ??θλπ?θβ2 222 2 2464sin cos cos 2 116,++-=m m r 当入射雷达波长一定，散射粒子的大小和相态一定（即r 、m 为常数），则: ()()??θ?θβ222sin cos cos ,+=C 米散射：单个球形粒子的散射 Rayleigh 散射与Mie 散射不同点： Rayleigh ：前后向散射相等，侧向散射为零。 Mie ：散射前向大于后向散射，α越大向前散射所占比越大，侧向散射不为零。 关系： \
气象雷达与卫星遥感在农业方面的应用 摘要：随着时代的进步，科技的发展，气象雷达与卫星遥感在不同领域都发挥着巨大的作用。农业遥感对世界许多国家的农业生产、粮食安全、进出口调整、农业政策及计划制度、以及保护国家利益等方面都起到了巨大的作用。 关键字：气象雷达，遥感技术 一、气象雷达 1、气象雷达的工作原理 雷达发射机产生电磁能量，雷达天线将电磁能量集中形成向某一方向传播的波，由雷达天线以电磁波的方式辐射出去，电磁能在大气中以光速（29.98×104km/s）传播。当传播着的电磁波遇到了目标物后便产生散射波，而且这种散射波分布在目标周围的各个方向上。其中有一部分沿着与辐射波相反的路径传播到雷达的接收天线，被接收的这一部分散射能量，称为目标的后向散射，也就是回波信号，对这种回波信号的检测可以确定目标的空间位置。 雷达是用测量回波信号的延迟时间来测量距离的。假设目标离开雷达的斜距用R表示，则发射信号在R距离上往返两次经历的时间用Δt表示，目标的斜距R便可由下式给出（1/2）cΔt，其中c为光速。雷达测量目标的方位角和仰角是依靠天线的定向作用去完成的，它辐射的电磁波能量只集中在一个极狭小的角度内。空间上任一目标的方位角和仰角，都可以用定向天线辐射的电磁波束的最大值（即波束的轴向）来对准目标，同时接收目标的回波信号，这时天线所指的方位角和仰角便是目标的方位角和仰角。雷达天线装在传动系统上，可以固定方位角而在仰角范围内扫描，或固定仰角而在方位角范围内扫描，从而可以得到各个方向和探测距离内目标的信息。
世界上最高的气象探测站 2、气象雷达的组成 典型的气象雷达的主要由发射系统、天线系统、接收系统、信号处理器和显示系统等部分组成。电子线路组成部分见下图 3、气象雷达在农业方面的应用 无论是农业气象监测、农业气象情报、农业气象灾害防御，农业气候区划及资源开发利用、农作物产量预报等方面，我国气象工作者都开展了大量卓有成效的工作，为保障和促进我国农业生产做出了显著贡献。农业气象业务已成为现代气象业务体系中最重要的领域，而我国基层的气象为农服务又是其中最基础、最不可或缺的部分 在实施人工增雨(雪)、人工防雹及森林灭火中,采用雷达进行时实天气跟踪探测,可以有效监测云雨过程的发生和演变规律[1],是不可缺少的重要工具。目前,随着气候变暖,灾害性天气,如冰雹、洪水、干旱和森林火灾等时有发生。在气象应急服务时,快速应对异常天气变化,及时准确地提供 二、卫星遥感
A320系列飞机气象雷达系统介绍及机组操作建议 概述：机载气象雷达系统（WXR）用于在飞行中实时地探测飞机前方航路上的危险气象区域，以选择安全的航路，保障飞行的舒适和安全。机载气象雷达系统可以探测飞机前方的降水、湍流情况，也可以探测飞机前下方的地形情况。在显示器上用不同的颜色来表示降水的密度和地形情况。新型的气象雷达系统还具有预测风切变（PWS）功能，可以探测飞机前方风切变情况，使飞机在起飞、着陆阶段更安全。本文主要针对我公司A320系列飞机机载气象雷达系统的组成、工作原理、显示特点及我公司A320系列飞机气象雷达的种类和机组操作建议进行了介绍。 一、机载气象雷达系统的组成 机载气象雷达系统的基本组成由：雷达收发机、雷达天线、显示器、控制面板和波导系统等，如图1-1所示：
雷达收发机：用来产生发射射频脉冲信号和接收并处理射频回波信号，提供气象、湍流和地形等显示数据，探测风切变事件并向机组发送警告和告诫信息。 雷达天线：用来产生高3.6°、宽3.4°的波束并接收回波信号。天线的稳定性受惯性基准组件（IRU）的俯仰和横滚数据控制。 显示器：对于A319/A320/A321飞机来说，气象雷达数据都显示在ND上。 控制面板：用于选择气象雷达的工作方式，控制天线的俯仰角度和稳定性，对接收机灵敏度进行控制。 波导系统：波导管作为收发机和天线之间射频信号桥梁通道。 二、气象雷达对目标的探测 机载气象雷达主要用来探测飞机前方航路上的气象目标和其他目标的存在以及分布状况，并
将所探测目标的轮廓、雷雨区的强度、方位和距离等显示在显示器上。它是利用电磁波经天线辐射后遇到障碍物被反射回来的原理，目标的导电系数越高，反射面越大，则回波越强。要清楚气象雷达如何工作的关键在于了解雷雨的反射率。一般来说，雷雨的反射率被划分成三个部分：雷雨的下三分之一由于温度在冰点之上，所以全部由小雨滴组成，这部分是雷雨中对雷达波能量反射最强的部分。中间部分由过度冷却的水和冰晶组成，由于冰晶是不良的雷达波反射体，所以这部分的反射率开始减小了。雷雨的上部完全由冰晶组成，所以在雷达上几乎不可见。另外，正在形成的雷雨在其上部可能会形成拱形的紊流波，如图2-1所示：
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。 三、了解雷达气象方程 在瑞利散射条件下，雷达气象方程为： 其中Pr表示雷达接收功率，Z为雷达反射率，r为目标物距雷达的距离。Pt表示雷达发射功率，h为雷达照射深度，G为天线增益，θ、φ表示水平和垂直波宽，λ表示雷达波长，K表示与复折射指数有关的系数，C为常数，之决定于雷达参数和降水相态。 四、了解距离折叠 最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离，Rmax=0.5c/PRF, c为光速，PRF为脉冲重复频率。 距离折叠是指雷达对雷达回波位置的一种辨认错误。当距离折叠发生时，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的（但是可预计它的正确位置）。当目标位于最大不模糊距离（Rmax）以外时，会发生距离折叠。换句话说，当目标物位于Rmax之外时，雷达却把目标物显示在Rmax以内的某个位置，我们称之为‘距离折叠’。 五、理解雷达探测原理。 反射率因子Z值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，反射率越大，说明单位体积中，降水粒子的尺度大或数量多，亦即反映了气象目标强度大。 反射率因子（回波强度）： 即反射率因子为单位体积内中降水粒子直径6次方的总和。 意义：一般Z值与雨强I有以下关系： 层状云降水 Z=200I1.6 地形雨 Z=31I1.71 雷阵雨 Z=486I1.37 新一代天气雷达取值 Z=300I1.4 六、了解雷达资料准确的局限性、资料误差和资料的代表性 由于雷达在探测降水粒子时，以大气符合标准大气情况为假定，与实际大气存在一定的差别，使雷达资料的准确度具有一定的局限性，且由于雷达本身性能差异及探测方法的固有局限，对探测目标存在距离折叠及速度模糊现象，对距离模糊和速度模
一、填空（30分，T14=2分） 1使用雷达的PPI资料时，不同R处回波处于不同高度上 2根据衰减理论，波长越短，衰减愈大；雷达波在大气中传播时受到衰减的原因是：（1）电磁波投射到气体分子或液态、固态的云和降水粒子上时一部分能量被粒子吸收，变成热能或其他形式的能量。（2）另一部分能量将被粒子散射，使原来入射方向的电磁波能量受到削弱。 或者：大气对电磁波的吸收和衰减作用的总和（P33） ？3圆形的中气旋流场，在多普勒速度图上表示为零径向速度线穿过涡旋中心，一对左负右正，对称的正负速度中心，正负闭合等值线圈沿雷达距离圈排列（P289、407） 4大冰雹的后向散射截面比同体积的大水滴的后向散射截面大 5通常，超折射回波的本质是地物回波（ppt，P300） 6“V”型缺口通常表示冰雹云的回波（P381，ppt） 7 Z的物理意义是单位体积中降水离子直径6次方的总和，它与粒子大小有关（ppt） 8 以不同的仰角探测超级单体风暴云的回波特征，可能出现：钩状回波， 空洞回波（无回波穹窿），指状回波回波（ppt） 9层状云降水的雷达强度回波图上，经过加衰减后，其回波图上经常会出现零度层亮带，此现象在雷暴消散期也常常出现。（P306、309） 10 非降水回波包括云的回波，闪电的回波，雾的回波，晴空大气回波等回波（P345） ？11 同一块雨云由远至近地性质不变地逼近雷达站，在强度回波图上显示的回波范围越来越大，强度越来越强，这是由于距离衰减的影响 12 波束宽度指的是在天线方向图上两个半功率点方向的夹角（单位：°），它决定雷达的切向分辨率。（课堂笔记） 13 在雷达的速度回波图上若零速度带通过测站并呈一直线状，则表示测量范围内各高度层的风向不变（P278） 14 如果雷达发射功率很大，接收灵敏度也很高，那么天气雷达的探测能力的大小主要取决于：雷达电磁波束能否有效地照射到降水区中和反射率因子的大小（ppt习题） 15 多普勒天气雷达速度回波图中零速度带的意义是：实际风速为零或很小、实际风向与雷达探测波束相垂直（ppt） 16 层状云零度层亮带的成因主要是由于：融化作用，碰并聚合效应，速度效应，粒子形状的作用，（P308）二计算题 分别画出并计算图一、图二中1,2的真实风向 （画出！&计算！四个地方） 三、简答题（30分） 1用雷达资料判别冰雹云回波可以从哪些方面着手？（P380-385） （1）冰雹云的雷达回波强度特别强
雷达信号处理技术与系统设计 第一章绪论 1.1 论文的背景及其意义 近年来，随着电子器件技术与计算机技术的迅速发展，各种雷达信号处理技术的理论与应用研究成为一大热门领域。 雷达信号的动目标检测(MAD)是利用动目标、地杂波、箔条和气象干扰在频谱上的差别，抑制来自建筑物、山、树、海和雨之类的固定或低速杂波信号。区分运动目标和杂波的基础是它们在运动速度上的差别，运动速度不同会引起回波信号频率产生的多普勒频移不相等，这就可以从频率上区分不同速度目标的回波。固定杂波的中心频率位于零频，很容易设计滤波器将其消除。但对于运动杂波，由于其多普勒频移未知，不能像消除固定杂波那样很容易地设计滤波器，其抑制就变得困难了从本质上来讲，雷达信号的检测问题就是对某一坐标位置上目标信号“有”或“无”的判断问题。最初，这一任务由雷达操作员根据雷达屏幕上的目标回波信号进行人工判断来完成。后来，出现了自动检测技术，一开始为固定或半固定门限检测，这种体制下当干扰和杂波功率水平增加几分贝，虚警概率将急剧增加，以至于显示器画面饱和或数据处理过载，这时即使信噪比很大，也不能作出正确的判断。为克服这些问题进而发展了自适应恒虚警(Constant FalseAlarm Rate，CFAR)检测。CFAR 检测使得雷达在多变的背景信号中能够维持虚警概率的相对稳定，这种虚警概率的稳定性对于大多数的雷达，如搜索警戒雷达、跟踪雷达、火控雷达等。
第二章 雷达信号数字脉冲压缩技术 2.1 引言 雷达脉冲压缩器的设计实际上就是匹配滤波器的设计。根据脉冲压缩系统实 现时的器件不同，通常脉冲压缩的实现方法分为两类，一类是用模拟器件实现的 模拟方式，另一类是数字方式实现的，主要采用数字器件实现。 脉冲压缩处理时必须解决降低距离旁瓣的问题，否则强信号脉冲压缩的旁瓣 会掩盖或干扰附近的弱信号的反射回波。这种情况在实际工作中是不允许的。采 用加权的方法可以降低旁瓣，理论设计旁瓣可以达到小于-40dB 的量级。但用模拟技术实现时实际结果与理论值相差很大，而用数字技术实现时实际输出的距离旁瓣与理论值非常接近。数字脉压以其许多独特的优点正在或已经替代模拟器件进行脉冲压缩处理。 2.2 数字脉压实现方法 用数字技术实现脉冲压缩可采用时域方法或频域方法。至于采用哪种方法。 要根据具体情况而定，一般而言，对于大时宽带宽积信号，用频域脉压较好；对 于小时宽带宽积信号，用时域脉压较好。 2.2.1 时域卷积法实现数字脉压 时域脉冲压缩的过程是通过对接收信号)(t s 与匹配滤波器脉冲响应)(t h 求卷积的方法实现的。根据匹配滤波理论，)()(0*t t s t h -=，即匹配滤波器是输入信号的共轭镜像，并有响应的时移0t 。 用数字方法实现时，输入信号为)(n s ，起匹配滤波器为)(n h ，即匹配滤波器的输出为输入离散信号)(n s 与其匹配滤波器)(n h 的卷积
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（冷、暖平流）。 10．在距离雷达一定距离的一个小区域内，通过对该区域内沿雷达径向速度特征的分析，可以确定该区域内的气流（辐合）、（辐散）和（旋转）等特征。 11．天气雷达是用来探测大气中降水区的（位置）、大小、强度及变化
12．气象目标对雷达电磁波的（散射）是雷达探测的基础。 13．气象上云滴、雨滴和冰雹等粒子一般可近似地看作是圆球。当雷达波长确定后，球形粒子的散射情况在很大程度上依赖于粒子直径D 和入射波长λ之比。对于（D远小于λ）情况下的球形粒子散射称为瑞利散射；而（D与λ尺度相当）情况下的球形粒子散射称为（Mie）米散射。 14．多普勒天气雷达使用低脉冲重复频率PRF测（反射率因子）,用高脉冲重复频率PRF测（速度）。 15．每秒产生的触发脉冲的数目，称为（脉冲重复频率），用PRF 表示。两个相邻脉冲之间的间隔时间，称为（脉冲重复周期），用PRT表示，它等于脉冲重复频率的（倒）数。 16．降水粒子产生的回波功率与降水粒子集合的反射率因子成（正比）。与取样体积到雷达的距离的平方成（反比）。 17．S波段天气雷达是（10）cm波长的雷达。 18．在天线方向上两个半功率点方向的夹角称为（c波束宽度）。19．在强回波离雷达（较近）时，有可能产生旁瓣造成虚假回波. 20．降水粒子的后向散射截面是随粒子尺度增大而（增大）。 21．0 dBZ、－10dBZ、30dBZ和40dBZ对应的Z值分别为（1）、（0.1）、（1000）、（10000） (mm6/m3)。 22．SA雷达基数据中反射率因子的分辨率为(1km×1°)。 23．写出Z-I关系的表达公式 (b Z ) AI 24．Ze的物理意义是（所有粒子直径的６次方之和）。 25．雷达反射率η是单位体积中，所有降水粒子的（雷达截面之和）。 26．雷达气象方程说明回波功率与距离的（二）次方成反比。
雷达气象学考试复习
雷达气象学考试复习 1.说明和解释冰雹回波的主要特点（10分）。 答：冰雹云回波特征：回波强度特别强（地域、月份、>50dBZ ）；回波顶高高（>10km ）；上升（旋转）气流特别强(也有强下沉气流，)。 PPI 上，1、有“V ”字形缺口，衰减。2、钩状回波。3、TBSS or 辉斑回波。画图解释。 RHI 上：1、超级单体风暴中的穹窿（BWER ，∵上升气流）、回波墙和悬挂回波。2、强回波高度高。3、旁瓣回波。画图解释。4、辉斑回波。5、在回波强中心的下游，有一个伸展达60-150km 甚至更远的砧状回波。 速度图上可以看到正负速度中心分布在径线的两侧，有螺旋结构。有可能会出现速度模糊。 2.画出均匀西北风的VAD 图像 从VAD 图像上可以获得环境风速和风向的信息，西北风的风向对应7/4π(315°)如图所示，零速度线是从45°—225°方位的一条直线（可配图说明）。由此可绘出VAD 图像。 3.解释多普勒频移： 多普勒频移：由于相对运动造成的频率变化 设有一个运动目标相对于雷达的距离为r ，雷达波长为λ。 发射脉冲在雷达和目标之间的往返距离为2r ，用相位来度量为2π?2r/λ。若发射脉冲的初始相位为φ0，则散射波的相位为φ=φ0+4πr/λ。 目标物沿径向移动时，相位随时间的变化率（角频率） 44r d d r v d t d t ?ππλλ== 另一方面，角频率与频率的关系2D d f d t ? ωπ== 则多普勒频率与目标运动速度的关系fD=2vr/λ 4.天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。天气雷达的天线具有很强的方向性，它所辐射的功率集中在波束所指的方向上。 反映了雷达波束的电磁场强度及其能流密度在空间的分布；曲线上各点与坐标原点的连线长度，代表该方向上相对能流密度大小。 π/4 3π/4 7π/4 方位角 速度
雷达气象期末复习整理版 雷达气象 第一章 第一节 1 雷达的含义，雷达气象含义及其用处 Radar ：通过无线电技术对目标物进行探测和定位，确定目标位置和强度的技术。 气象雷达：是用于探测气象要素和各种天气现象的雷达，常称为“千里眼、顺风耳”。 雷达气象：利用气象雷达，进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科，是大气物理学、大气探测和天气学共同研究的一个分支。雷达气象学在突发性、灾害性天气的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。 2 气象雷达的特点 气象雷达是雷达中的一个重要成员，探测的对象是覆盖整个地球的大气，不受季节、昼夜和天气条件的影响，能全天时、全天候工作，不受能见度，探测条件的影响。采用大功率发射机、高增益天线、高灵敏接收机，可增加雷达威力，探测数百公里外的目标。现代化的雷达机，与计算机技术结合，使其数据处理技术进一步提高，测定目标的精度更高。 3 我国雷达分布情况 根据天气现象： ? 沿海地区：暴雨台风多，S波段（5cm）为主 ? 内陆地区：一般性降水，C波段（10cm）为主 电磁特性：暴雨，S波段穿透能力强，衰减小；一般性降水，S波段反射弱，C波段反射强4 我国天气雷达的应用 强对流天气的监测与预警：灾害性大风、冰雹和暴洪。天气尺度和次天气尺度降水系统的监测。 应用：人工影响天气、降水测量、风的测量、数据同化。 第二节 1 我国新一代雷达的组成部分----雷达的硬件系统 新一代天气雷达系统的三个部分： （1）数据采集子系统（RDA）； 定义：用户所使用雷达数据的采集系统。 功能：产生和发射电磁波，接收目标物对这些电磁波的散射能量，并形成数字化的基数据。
1 多普勒天气雷达主要由几个部分构成？每个部分的主要功能是什么？ 答：主要由雷达数据采集子系统（RDA ），雷达产品生成子系统（RPG ），主用户终端子系统（PUP ）三部分构成。RDA 的主要功能是：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基本数据。RPG 的主要功能是：由宽带通讯线路从RDA 接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户，是控制整个雷达系统的指令中心。PUP 的主要功能是：获取、存储和显示产品，预报员主要通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。 2 多普勒天气雷达的应用领域主要有哪些？ 答：一、对龙卷、冰雹、雷雨大风、暴洪等多种强对流天气进行监测和预警；二、利用单部或多部雷达实现对某个区域或者全国的降水监测；三、进行较大范围的降水定量估测； 四、获取降水和降水云体的风场信息，得到垂直风廓线；五、改善高分辨率数值预报模式的初值场。 3 我国新一代天气雷达主要采用的体扫模式有哪些？ 答：主要有以下三个体扫模式：VCP11——规定5分钟内对14个具体仰角的扫描，主要对强对流天气进行监测；VCP21——规定6分钟内对9个具体仰角的扫描，主要对降水天气进行监测；VCP31——规定10分钟内对5个具体仰角的扫描（使用长脉冲），主要对无降水的天气进行监测。 4 天气雷达有哪些固有的局限性？ 答：一、波束中心的高度随距离的增加而增加；二、波束宽度随距离的增加而展宽；三、静锥区的存在。 5 给出雷达气象方程的表达式，并解释其中各项的意义。 答： P t 为雷达发射功率(峰值功率)； G 为天线增益；h 为脉冲长度； 、 ：天线在水平方向和垂直方向的波束宽度； r 为降水目标到雷达的距离； ：波长； m ：复折射指数； Z 雷达反射率因子。 6 给出反射率因子在瑞利散射条件下的理论表达式，并说明其意义。 答：∑= 单位体积6i D z ，反射率因子指在单位体积内所有粒子的直径的六次方的总和，与波长无 关。 7 给出后向散射截面的定义式及其物理意义。 答： 定义：设有一个理想的散射体，其截面面积为?，它能全部接收射到其 上的电磁波能量，并全部均匀的向四周散射，若该理想散射体返回雷达天线处的电磁波能流密度，恰好等于同距离上实际散射体返回雷达天线的电磁波能流密度，Z R C Z m m r h G p p t r ?=?+-=2 2222223212ln 1024λθ?πθ?λi S s R S 24πσ=
气象雷达之演讲稿 老师好，同学们好，我们小组的课题是气象雷达的现状。下面我们将从四个方面阐述我们小组对气象雷达现状的认识。 在这之前要说一说气象雷达的概况。气象雷达是专门用于大气探测的雷达，属于主动式微波大气遥感设备，气象雷达主要用来探测气象状况以及变化趋势，如风、雨、云等，是用于警戒和预报中、小尺度天气系统（如台风和暴雨云系）的主要探测工具之一。 下面进入第一个模块，气象雷达的分类及作用。 测云雷达是用来探测未形成降水的云层高度、厚度以及云内物理特性的雷达。其常用的波长为1.25厘米或0.86厘米。主要用来探测云顶、云底的高度。如空中出现多层云时，还能测出各层的高度。 毫米波测云雷达就是其中的一种，它通常用于识别云的相态，主要用于机场、港口、气象、大气物理研究等部门进行的非降水云和弱降水云探测，可以提供云底高度、云顶高度及云厚等信息，判别云的属性、晕的相态及云滴谱分布等。 然而测云雷达只能探测云比较少的高层云和中层云。对于含水量较大的低层云,如积雨云、冰雹等,测云雷达的波束难以穿透，因而只能用测雨雷达探测。 测雨雷达又称天气雷达，是利用雨滴、云状滴、冰晶、雪花等对电磁波的散射作用来探测大气中的降水或云中大滴的浓度、分布、移动和演变，了解天气系统的结构和特征。测雨雷达能探测台风、局部地区强风暴、冰雹、暴雨和强对流云体等，并能监视天气的变化。据不完全的资料分析．世界上的测雨雷达发展至今，已有上千部之多。而其中以美国英国、日本、法国的发展最为迅速，不仅装备本国，而且出口到世界上的许多国家。 多普勒天气雷达是现如今应用最广泛的测雨雷达。多普勒天气雷达是以多普勒效应为原理测量云和降水粒子等相对于雷达的径向运动速度（叫作多普勒速度）的雷达。它为大气探测；水平风场的结构；垂直气流的结构；某些降水云中粒子直径的分布；特别是比较准确地辨认与龙卷、冰雹、地面危险风等现象相一致的“中气旋”的存在,研究湍流的基本特性和大范围的平均流初提供了前所未有的机会。 多普勒天气雷达包括脉冲多普勒天气雷达和双线偏振多普勒天气雷达。 为了识别降水目标、区分不同的降水类型,人们采用多参数雷达进行天气研究,其中双偏振雷达是人们常采用的技术之一, 它是根据不同的降水粒子对入射电磁波极化散射特性不同对降水类型进行识别和分类的。双线偏振天气雷达对云雨时空变化的连续观测,可明显提高对水成物形成的微物理过程的理解,提高降水强度的估测精度, 改善雷达测量单点和流域的降水强度和降水总量的效果。脉冲多普勒天气雷达是大气探测和天气预报的有力工具，它不仅能够探测云高、云厚、云底高、云内含水量、云中流场径向分量及风暴中的气流和湍流的活动区，而且对300KM的中尺度风暴、强的风切变、冰雹、龙卷、大风等灾害性天气具有实时监测和报警能力。可以广泛应用于机场、部队、油田、林场、盐场、农场、海洋等专业气象台及地区、县、市气象台站并能够在灾害天气预报、气象导航、防灾减灾，农业增产以及辅助军事作业等方面发挥重要作用。 脉冲雷达原理：以一特定频率发射高频能量脉冲时，在同一距离门内接收的不同径向速度目标回波有不同的多普勒频移
飞行中 雷达使用 应当避免进入已知的颠簸并伴有积雨云区域。良好的雷达天线俯仰角度设置对于准确地判断和评估积雨云的垂直分布时非常关键的。通常增益应该在AUTO 位。不过，使用人工增益可帮助机组评估整体天气情况，特别时在大雨中，气象雷达图像已经饱和，使用人工增益是非常有效的，降低增益有助于机组识别降雨量最大的区域，通常这些区域与活动的积雨云团有关。使用人工增益后，应将其恢复至自动（AUTO）。以恢复最佳的雷达灵敏度。回波较弱不是机组低估积雨云的理由，因为只有积雨云的潮湿部分才能被探测到。必须尽早做出规避积雨云的决断，理想情况是在上风处20海里位置做水平避让。 气象雷达有两个主要功能： ? 气象探测功能 ? 地图功能 气象探测是主要的功能，雷达可以探测到降水的水滴。回波强度取决于水滴的大小、成分和数量（例如相同大小的水滴反射的回波强度是冰粒的五倍）。因此气象雷达不能探测到微小的水滴（比如云或雾）或者没有水滴（比如晴空颠簸）的气象情况。 地图成像模式是辅助功能，在此模式下，雷达比较发射信号和接收信号之间的差异。差异较大的容易绘图成像（比如山区或城市），差异较小的不易绘图成像（比如平静的海面或平坦的陆地）。飞行机组使用下面控制方法操纵雷达。
天线仰角雷达天线和地平线之间的夹角就是天线仰角，与飞机的俯仰和坡度角无关。使用惯性基准系统（IRS）数据使天线稳定。 为了帮助避开危险气象条件，考虑到飞行阶段和ND的范围，合理设定天线仰角很重要。通常回波显示在ND的顶部即表示天线仰角适当。如果扫描范围过大，当雷达波扫描雷暴云泡的上部时，可能无法探测或低估雷暴云泡。这是由于在高高度，云泡中可能有冰，因此反射较弱。在飞行中选择自动能确保合适的仰角管理。 注意：在巡航中，MULTISCAN提供前方天气的大范围扫描，也就是显示位于和低于飞行轨迹的天气云团。在前方天气不明朗或显示出乎意料的天气时，为了判明情况，机组可以暂时使用人工天线俯仰调节以确认天气是否与飞行轨迹有潜在冲突。 增益 当MULTISCAN选择器设置到AUTO时，必须使用人工增益选择（+8）。 可以人工调谐增益以探测在ND上显示红色的云团的最强部分。如果缓慢地降低 增益，红色区域（3级回波）缓慢变成黄色区域（2级的回波），同时黄色区域变 成绿色区域（1级）。云团最后转为黄色的部分是最强区域。 然后，增益必须重新设置到+8。 模式 操作模式有WX，WX+T，TURB，MAP。 WX+T或TURB模式是用来探测湿颠簸区域，TURB模式探测在40海里内的湿颠 簸，并且不受增益的影响。TURB模式被用于区分颠簸和强降水。 GCS
前言 1) 按遥感方式划分，天气雷达属于主动遥感设备或有源遥感设备。 2) 我国目前已经布网了160多部新一代多普勒天气雷达。按波长划分，已布网的新一代多普勒天气雷达有S波段和C波段两种类型，S波段雷达部署在大江大河流域及沿海地区，C波段雷达部署在东北、西北、西南等内陆地区。 3) 天气雷达起源于军事雷达，最早出现天气雷达是模拟天气雷达。 4) 天气雷达最常用的扫描方式有PPI扫描、RHI扫描和VOL体扫描。 5) S波段天气雷达波长在10cm左右；C波段天气雷达波长在5cm左右；X波段天气雷达波长在3cm左右 第1章散射 1) 散射是雷达探测大气的基础，大气中引起雷达波散射的主要物质有大气介质、云和降水粒子。 2) 粒子在入射电磁波的极化作用下，做强迫的多极震荡而产生次波就是散射波。 3) 什么是瑞利散射及瑞利散射的特点？ 4) 什么是米散射及米散射的特点？ 5) 雷达截面也称作后向散射截面，它的大小反映了粒子的后向散射能力的大小，雷达截面越大，粒子的后向散射能力越强。 6) 什么是雷达反射率 ？ 单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和称为雷达反射率。 7) 相关研究表明，对于小冰球粒子，其雷达截面要比同体积小水球的小很多；对于大冰球粒子，其雷达截面要比同体积大水球的大很多； 8) 晴空回波产生的原因是什么？ 湍流大气（折射指数不均匀）对雷达波的散射作用；大气对雷达波的镜式反射（大气中折射指数的垂直梯度很大）。
9) 雷达反射率因子 与雷达反射率的区别 第2章衰减 1) 造成雷达电磁波衰减的物理原因是散射和吸收。 2) 造成雷达电磁波衰减的主要物质有大气、云和降水。 3) 水汽和氧气对电磁波的衰减作用主要是吸收 4) 云滴对雷达波的衰减随雷达波长得增加而减小。 5) 雨对雷达波的衰减一般与降水强度成近似的正比关系 第三章 雷达气象方程 1) 什么是天线增益G ？ 定向天线最大辐射方向的能流密度与各向均匀辐射天线的能流密度之比，称为天线增益，用符号G 表示。 2) 天线增益的物理意义 由方向性天线把辐射能量集中到某个方向上,使这个方向上的辐射能流密度增加为各向同性天线的 G 倍。 3) 有效照射深度由雷达脉冲宽度决定，其值为脉冲宽度的一半。 4) 有效照射体积除了与有效照射深度有关外，还取决于雷达波束的几何形状。 5) 充塞系数除了与云和降水有关外，还取决于目标物距雷达的距离和雷达波束宽度有关。 6) 解释雷达气象方程 02 220.222231101024(ln 2)2R kdR t r PG h m P Z R m θ?ψπλ--?=?+， 各物理参数的意义。 答题思路：写出各符号分别指代的参数，如Pr ：雷达回波功率，Pt ：雷达发射功率，G 天线增益… 7) 说明雷达气象方程中各物理参数在雷达探测中的作用。 第4章 折射 1) 什么是大气折射？ 光波或电磁波在大气中曲线传播的现象称为大气折射。 2) 折射产生的物理原因是光波或电磁波在不均匀介质中的传播速度不同而引起的。
雷达系统组成：触发信号产生器，发射机，天线转换开关,天线，接收机，显示器 脉冲重复频率PRF ：每秒钟产生的脉冲数目，脉冲间隔决定了探测距离； 脉冲重复周期PRT ：两个相邻脉冲之间的时间间隔，PRT ＝1/PRF ； 脉冲宽度τ：脉冲发射占有时间的宽度，单位微秒 波长λ：电磁波在一个周期内在空间占有的长度； 脉冲发射功率P ：发射机发出的探测脉冲的峰值功率； 平均功率Pa:发射机在一个脉冲重复周期里的平均功率。 天线方向图：在极坐标中绘出的通过天线水平和垂直面上的能流密度的相对分布曲线图。 波束宽度: 在天线方向图上，两个半功率点方向的夹角。波束宽度越小，定向角度的分辨率越高，探测精度越高。 天线增益：辐射总功率相同时，定向天线在最大辐射方向上的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比。 灵敏度：雷达检测弱信号的能力。用最小可辨功率Pmin 表示，就是回波信号刚刚能从噪声信号中分辨出来时的回波功率。 平面位置显示器PPI ：雷达天线以一定仰角扫描一周时，测站周围目标物的回波。以极坐标形式显示。 距离高度显示器RHI ：显示雷达天线正对某方位以不同的仰角扫描时目标物的垂直剖面图 散射现象：当电磁波传播遇到空气介质和云、降水粒子时，入射的电磁波会从这些质点向四面八方传播相同频率的电磁波，称为散射现象。 散射过程：入射电磁波使粒子极化，正负电荷中心产生偏移而构成电偶极子或多极子，并在电磁波激发下作受迫振动，向外界辐射电磁波，就是散射波。 单个球形粒子的散射 定义无量纲尺度参数：α=2πr/λ 当α<<1时：Rayleigh 散射，也称分子散射。如空气分子对可见光的散射。 当0.1<α<50：Mie 散射。如大气中的云滴对可见光的散射。 当α>50：几何光学：折射。如大雨滴对可见光的折射、反射，彩虹等光现象。 瑞利散射：方向函数的具体形式：当雷达波是平面偏振波时，瑞利散射在球坐标中的 方向函数为：()() ??θλπ?θβ222222464sin cos cos 2116,++-=m m r 当入射雷达波长一定，散射粒子的大小和相态一定（即r 、m 为常数），则: ()()??θ?θβ222sin cos cos ,+=C 米散射：单个球形粒子的散射 Rayleigh 散射与Mie 散射不同点： Rayleigh ：前后向散射相等，侧向散射为零。 Mie ：散射前向大于后向散射，α越大向前散射所占比越大，侧向散射不为零。 关系： Mie 散射包含Rayleigh 散射，Rayleigh 散射是Mie 散射的特殊。 后向散射：θ= 180o，只有后向散射能量才能被雷达天线接收。 雷达截面：粒子向四周作球面波形式的各向同性散射，并以符号σ表示总散射功率与入射波能流密度之比，即雷达截面i s S R S 2 4)(ππσ=或)(4ππβσ=
美国气象部门实际使用气象雷达的历史 第一部分 新一代气象雷达出现之前时期 摘要 文章叙述美国军事和民用气象部门使用风暴监视雷达的历史。全文分两部分，本文是第一部分。有关雷达在气象学方面的研究已有很长历史而且很有成效。然而已有过详细介绍。所以本文和第二部分通过介绍最初两台多普勒气象雷达，重点论述实用雷达气象学自从第二次世界大战中形成以来的发展历史。本文介绍新一代气象雷达出现之前这一时期的历史。本文附录介绍全文涉及到的大多数雷达的主要技术特性，这都是作者曾掌握的。 1.前言 本文和第二部分叙述美国气象部门实际使用风暴监视雷达的历史。这是根据几位曾在不同时期参加或领导过实用气象雷达计划的人员的经验编写的。 使用雷达来进行气象观测是在二次大战时期对雷达技术进行广泛研究结果而发展的。对这些早期发展的历史以及雷达气象学研究方面的历史，希兹费尔特(Hitsfeld 1986)、阿特拉斯(Atlas 1990)、罗格(Rogers)与史密斯(Smith 1996)等人已进行详细论述。比尔格(Bilger)等人(1962)和比尔格(1981)总结了当时称作美国气象局所进行的气象雷达计划的历史和状况。本文对这些资料进行了修改和补充。本文还讨论了由目前气象业务部门所进行的蜒究工作。从这些研究线索已找到实用雷达气象学的实际使用途径或者已经给它带来了很大效益。这里我们主要集中在风暴探测雷达的应用历史，以便于实际应用，例如对强风暴的识别。 由于文章长度所限，除广泛使用着的单多普勒晴空风测量技术外，我们不讨论云层探测雷达，风廓线和大多数其它的应用。气象雷达在商业上的应用不在本文讨论范围内，乔金森(Jorgensen)和吉尔茨(Gerdes 1951年)举了一个很好的例子。 最初，各种雷达系统由于密级问题，限制了它们在军事气象部门的应用。后来由于它们价格太高和结构复杂，又限制了它们在政府部门、军事和民用气象部门中的实际应用。不过后来，由于有了气象雷达系统的远程显示系统，
一. 雷达方程 简单形式的雷达方程：min 2 e t 4 max )4(S GA P R πσ=（2.1）? σ∝4 max R （1） 接收机噪声 除系统热噪声引起的噪声功率之外，接收机会产生一定的噪声输出，要引入噪声系数 out out in in N S N S BG kT N F //a 0out n = = ，噪声系数也反映了信号通过接收机时的信噪比衰减情况。 重新整理雷达方程：min n 02 e t 4 max )/()4(N S BF kT GA P R πσ = （2.8）? min 4 max SNR R σ ∝ 可用于进行理想自由空间中的目标探测，分析目标的雷达截面积对目标探测产生的影响。 （2） 雷达脉冲积累 多脉冲积累用于提高信噪比，改善雷达的检测能力，降低虚警漏警概率。 n 个相同信噪比的脉冲进行理想情况下的积累后，总信噪比为单个脉冲信噪比的n 倍。但实际情况下，第二检波器会引入效率损耗，使信号能量变为噪声能量，积累效率 n 1i )/()/()(N S n N S n E = 。 将脉冲积累的信噪比代入原雷达方程得到：n n 02 e t 4 max )/()4(N S BF kT GA P R πσ = （2.33），也可 以由积累效率和单个脉冲信噪比表示为：1 n 02 e t 4 max )/()4() (N S BF kT n nE GA P R i πσ= (2.34)。 （3） RCS 起伏 观测复杂目标（如飞机）时，小的观察角变化将引起雷达到目标散射中心的距离和时间发生变化，从而引起各回波信号的相对相位发生变化，导致RCS 起伏。 引入起伏损耗f L ，用f L N S 1)/(代替1)/(N S 。当e n 个独立采样积累时， e n f e f L n L /1)()(=。 此时的雷达方程为：e n f i L N S BF kT n nE GA P R /11n 02 e t 4 max ) ()/()4() (πσ=(2.45)。 （4） 发射机功率 雷达的平均发射机功率av P 更能反映雷达的性能，可以用它代替峰值功率t P 。将p t av f P P τ=代入雷达方程得到：p i f N S F B kT n nE GA P R 1n 02 e av 4 max )/()()4() (τπσ= （2.51），一般情况下，可将τ B 设计为1。 （5） 其它情况 需要考虑的因素包括：系统损耗、地杂波、最高精度等。另外，针对不同目标（点目标或分
《雷达气象学》知识点--2014版本 第一章前言 1 天气雷达的主要功能 2 天气雷达回波的形成的两种机制。 3 天气雷达系统的组成和主要参数（λ，PRF，τ）。 4 天气雷达的常用观测方式PPI、RHI、VCP（VOL体扫） 5 我国新一代天气雷达网的业务情况介绍 第二章气象目标物对雷达电磁波的散射 1 散射的物理本质 2、Rayleigh散射和Mie散射的概念、区别与联系； 3、若干基本物理量（散射函数，散射截面，雷达截面，雷达反射率，雷达反射率因子，等效反射率因子）的概念、物理意义以及他们之间的联系。 4、Z和dBZ的转化计算。 5、后向散射截面σb与尺度参量α的关系。 6、水滴球、冰球、外包水膜冰球的散射能力比较。 7、介质小椭球体的散射 8、晴空回波的成因 第三章大气、云、降水粒子对雷达波的衰减 1、衰减的物理本质 2、电磁波在大气传输过程中的衰减特性及衰减公式。 3、大气气体、云、雨、雪、冰雹等对雷达电磁波的衰减能力及比较。 4、衰减对雷达探测的影响。 5、衰减和波长的关系 第四章雷达气象方程 1、单个目标的雷达方程的推导。 2、云及降水的雷达气象方程的推导。 3、雷达气象方程的讨论。 4、雷达方程成立的条件。 5、有效照射体积、照射深度、波束宽度、天线方向图、天线增益 6、雷达常数及简化的雷达方程 7、雷达气象方程的应用 8、考虑充塞系数和衰减的雷达方程 第五章雷达电磁波在大气中的折射 1、产生折射现象的物理原因和折射规律 2、折射指数N单位与温度、压力和水汽压的关系 3、射线的曲率和等效地球半径的概念。 4、折射指数随高度变化的几种形式。 5、地球球面和大气折射对雷达探测远距离气象目标的影响。
预报员试题/卫星与雷达；总计184道试题，选择题96道，术语题9道，判断题46道，问答33题 极轨卫星：。 轨道位置在空间几乎是固定的，高度800——1000千米，绕地球飞行，获取全球资料。 4 1 地球同步（或静止）卫星。 位于地球赤道上空，高度36000千米左右，与地球自转速度相同，在赤道上空静止不动，因此，也称地球同步轨道卫星。 4 1 太阳耀斑：。 在可见光图像上，水面对太阳光的反射有可能使它具有云或浮尘的表现，这一现象称为太阳耀斑。 4 3 多普勒效应：。指波源相对于观察者运动时，观察者接收到的信号频率和波源发出的频率是不同的，而且发射频率和接收频率之间的差值和波源运动的速度有关。 4 3 下击暴流：-----------------------------------------------------。 能够产生近地面破坏性的水平辐散出流的风暴下部强下沉气流。 4 1 云线：-----------------------------------------------------。 带状云系的宽度小于一个纬距叫云线。 4
阵风锋：-----------------------------------------------------。雷暴产生的冷空气外流边界的前沿。 4 3 雹暴云团、-----------------------------------------------------。以冰雹、大风天气为主的云团。 4 3 在云图中，“IR”“VIS”和“WV”分别代表： A.可见光图、红外图、水汽图 B.红外图、水汽图、可见光图 C.红外图、可见光图、水汽图 D.水汽图、可见光图、红外图 C 1 1 红外云图的波长区间____。 A. 5.7至7.1um B. 10.5至12.5um C. 0.4至1.1um B 1 1 可见光云图的波长区间____。 A. 5.7至7.1um B. 10.5至12.5um C. 0.4至1.1um C 1 1 水汽云图的波长区间____。 A. 5.7至7.1um B. 10.5至12.5um C. 0.4至1.1um A 1