“两步法”操作气象雷达十五例
编者按：本文节选自笔者参加民航干部管理学院组织的“飞行机组基础操纵能力研讨班”中的发言稿。讨论的中心是如何预防空中失控。感谢民航干部管理学院搭建的精彩的技术讨论平台。
A330飞机高度FL370云中飞行。区调通报
FL360-FL400均有中度颠簸区。之前机组使用气象雷达扫描，仅看到有轻度降水，未见危险天气，考虑到航线处于天气上风面，机组决定按航线飞行后关闭雷达。之后机组发现航线左侧有天气并较接近，开雷达显示回波迅速增强，并对飞行产生影响。机组断开自动驾驶，操纵飞机以较大坡度右转机动避让。飞机坡度瞬时大于45°。为保证速度安全裕度，飞机下降700英尺，右偏5海里。B737-800飞机高度FL350时，机载雷达显示距飞机80海里的前方有较大片的雷雨天气。距雷雨区40海里时，机组决定向左侧绕飞。当距离更近、选择距离环为10海里时，飞机正前方原来为黄色的区域中突然出现一小块红色区域，直径约2海里，疑似隐藏的雷暴顶端。为避开红区，机长人工操纵飞机进行机动。在转弯过程中，飞机突然遇到颠簸，瞬间有失速抖杆警告。飞机左坡度最大瞬间38度，最大G值达到1.59。
B737-800飞机上升过程中气象雷达显示航路右侧10—15海
里处有小范围的天气。飞机通过10000米后，机载气象雷达显示航路天气正常。当飞机保持11000米后，机组从仪表显示上发现风向、风速快速变化，随即飞机剧烈颠簸。左坡度最大值48.69°。机组左转航向，申请快速下降高度脱离颠簸区域。下降过程中飞机再次遇到强烈颠簸，出现坡度警告和抖杆警告，左坡度最高峰值达到88.77°，空中垂直载荷最大1.82g。在阅读过往报告的过程中，笔者发现很多空中失控案例与仓促绕飞雷雨有关。这不禁让人联想到B737NG机队如今主流的气象雷达操作方式——全程使用“天线自动增益自动”方式（后文简称“双自动”方式）。全程使用“双自动”方式，是在最近５年左右成为B737机队主流操作方式的。在此之前，机组对于气象雷达的操作还是很灵活的。所谓“双自动”操作方式，滥觞于几年前柯林斯公司发布的一份气象雷达使用说明。
作为最权威、最全面的气象雷达操作指南，《柯林斯说明》一出就迅速成为各个机队进行气象雷达培训的主要文献。笔者有多年的B737CL飞行经历。必须承认，柯林斯的全自动气象雷达设计相当成功。这种雷达极大的减轻了机组的工作负荷。但是柯林斯在雷达说明书上使用“可以在所有时间、所有飞机高度显示所有距离内全部的重要天气，不需飞行员进行俯仰或增益设定，同时还不会显示杂波”显然是存在误导性的。如果说某些机组使用“双
自动”方式是一种技巧偏好的话，那么对于很多近3-4年成为机长的人而言，“双自动”已经是他们唯一掌握的雷达操作方法了。这是一个令人忧虑的现象。“记住：你手中的武器是由报价最低的承包商制造的。”——网传“美军22条军规”在“双自动”方式下，柯林斯WRX-2100全自动气象雷达具备双波束扫描、温度补偿、距离补偿、过顶保护、海洋雷暴补偿等功能。在绝大多数条件下，“双自动”方式都能够在有效识别所有危险天气。但是，在航班实践中我们发现“双自动”方式存在两个显著的缺陷。第一，“双自动”方式削弱了雷达硬件原本具备的有效探测距离。在“双自动”方式下，雷达会划设一条“6000英尺湿顶边界”。如果雷达判定云体“湿顶高度”位于飞机6000英尺以下，其图像就会被“抹除”。在远距离上，这一功能有时会导致对危险天气的“过杀”。随着飞机逐渐接近天气，“湿顶高度”数据逐渐得到修正。一旦该天气被判定高于“6000英尺湿顶边界”，其显影就会突然“蹦”出来，并迅速增强。这种现象常见于距天气30-40海里位置。B737机队中所谓“自动方式雷雨越飞越多”的传说，就是这个原因了。第二，“双自动”方式下，机组容易陷入“唯颜色论绕飞”的误区，丧失对云体性质的判断。习惯使用“双自动”方式的机组，其绕飞决策主要依据雷达图像的显影强度。他们的思路通常是这样的：“红色的一定
不能进”。“黄色的需要看情况”。“绿色的肯定没事儿”。
需知，面对不同的性质的云体，我们可接受的强度是不一样的。单纯以图像显影强度评价绕飞与否，其思路上就是有缺陷的。（1）“双自动”方式显示2点钟方位有较强雷雨。注意，红圈区域内没有任何天气显影。
（2）机组切换至人工方式，红圈区域出现天气回波。扫描过程显示，该回波由地面一直延伸至接近9500米高度。（3）距离40-60海里，使用“天线自动、增益2”方式，红圈内右侧天气得以识别，左侧天气仍无显示。
（4）同一位置，机组使用人工方式，红圈内的两块天气清晰可见。
（5）距离20-40海里位置，在“双自动”方式下，红圈内右侧天气显影迅速增强，红圈内左侧天气显影逐渐出现。（6）同一位置，机组使用“天线自动、增益2”方式，红圈内左侧天气出现较为清晰的图像轮廓。
（7）下图是红圈内天气的实际图像。
在实际航班飞行中，类似的情况很常见。“双自动”方式不会漏失危险天气，但可能在极近距离才显示图像。
试想，如果我始终使用“双自动”方式，按原航迹飞行，在20海里才发现散随回波，用3分钟确认天气，再用3分钟申请绕飞，再用３分钟等待ATC协调。是不是就跟开篇提到的案例很像了呢？（1）80海里距离，雷达“双自动”
方式下，发现正前方存在天气回波，基本可以判定为强对流云体。注意：左前方红圈位置，没有任何显影。
（2）切换至人工方式扫描，红圈位置存在天气回波，且均为对流天气。（3）40海里距离，雷达“双自动”方式下，红圈位置出现小片绿色回波。单纯依据该显示图像，机组无法判定目标是何种云体。
（4）在相同距离使用“增益2”档位，以及人工方式，可以明确断定目标为对流天气，且云顶高度略低于飞机巡航高度。
（5）20海里距离，“双自动”方式仍然显示为绿色区块。在“增益2”方式下，已经呈现出较为典型的对流云体特征。（6）下图实际拍摄的该云体的形态。
本例拍摄于早晨８点。目标云体正处于旺盛发展阶段，云顶高度接近9000米，强度介乎于浓积云与积雨云之间。必须承认，如果保持9500米直接飞越，不会进入云体内部。但由强对流云体上方飞越，机组必须评估颠簸、雹击和雷击的风险。
而想要进行上述评估，你必须先解决下面三个问题。
这里到底有没有天气？
这是一个什么天气？
天气有多强？
天气有多高？
单纯参考“双自动”方式显示的几块绿色碎片，是无法回答上述问题的。雷达探测大气目标的性能和其工作波长密切有关。把云雨粒子对无线电波的散射和吸收结合起来考虑，各种波段只有一定的适用范围。常用K波段雷达探测各种不产生降水的云，用X、C和S波段雷达探测降水,
其中S波段最适用于探测暴雨和冰雹，用高灵敏度的超高频和甚高频雷达可以探测对流层－平流层-中层的晴空流场。——百度百科机载气象雷达属于“X波段”雷达，与大名鼎鼎的“萨德”反导系统处于同一波段。（主张我军应当干扰驻韩“萨德”雷达的馊主意可以休矣。）选择X波段的目的，在于对空中水滴获得最优的探测效果。也就是说，机载气象雷达探测的目标是各种含水的云体。在常见的各种云体中，“对流云体”对于飞行的威胁最大。面对同样的雷达显影强度，机组对“对流云体”和“非对流云体”的容忍度是不同的。同样是黄色的斑点，如果判定为普通降水云层，我们眼都不眨就直接穿过去了；但如果判定为对流云体，则避之尤恐不及。不论你习惯何种操作方式操作，“双自动”、“加增益”或“人工自动”，殊途同归，在思路上都应当分两步走。第一步，对目标进行定性分析。第二步，对目标进行强度判定。笔者主张，机组可以灵活调整天线和增益设置，以获得准确结论为终极目标。下面我们以案例的形式介绍气象雷达
操作的常用技巧和思路。
相对于普通云层而言，对流云体在雷达显影上的第一个重要特点就是有“核（h ú）儿”，有“皮儿”。为什么对流云体会出现这样的显影特点呢？通常来讲，随着高度逐渐上升，普通云层的含水量会逐渐降低。但是在“对流云体”内部，存在着旺盛的，垂直方向的水汽交换。所以在同一“高度切片”上，对流区域的含水量远高于非对流区域。
不仅如此，受对流“搅拌作用”影响，对流云体内部的含水量更为均匀一致，不会呈现强弱混杂的显影。所谓的“核儿”和“皮儿”就是这么产生的。（一）“核（h ú）儿”对流区域的含水量显著高于周边。且受对流“搅拌作用”的影响，其内部含水量较为均匀一致。表现雷达显影上，对流区域回波强度高于周边，其内部显影均匀、无杂色。这就像切开桃子，里面露出的桃核（h ú）儿一样。必须强调一点，所谓“回波强度高于周边”，并不一定意味着雷达显示红区。机组可以灵活调整增益，让目标显示出最多色级梯度的增益档位，就是最佳的档位。借用一位老教员的话：“增益是用来看形状的，不是看强度的”。（二）“皮儿”同样是由于含水量差异的原因，在“对流区域”与“非对流区域”边界，会形成一个显著的“显影色级陡降”。这就是我们所说的“皮儿”。在使用过程中，
如果增益档位过高，或者普通云层含水量丰沛，也会表现为云体“全红”或“全黄”的图像。这种“假核儿”就要靠“皮儿”来辅助判断了。在对流云体内部，对流区边界的“含水量陡降”，是物理上的差异。机组调整增益时，对流区边界内外的色级可能发生变化，例如“内红外黄”、“内黄外绿”等。但“皮儿”的形状和位置，是相对稳定的。反观普通降水云层的“假皮儿”，是由于显影强度造成的。
机组调整增益时，“假皮儿”的范围和形状变化很大，“假核儿”甚至会分散为数小块。本例是笔者以“双自动”方式发现天气，而后故意调高增益，用以演示真“皮儿”与假“皮儿”差异的。（1）下图中红圈与蓝圈目标，内部均被均匀致密的红区充满，在边缘均有显著的“色级陡降”形成的“薄皮儿”，二者均有可能是对流云体。
（2）增益降低一档。蓝圈目标“皮儿”的形状和位置显著缩小。红圈目标“皮儿”则无明显改变。
（3）增益再降一档。蓝圈目标假“皮儿”完全消失，假“核儿”分裂为散碎块状。红圈目标“核儿”分裂为两块，“皮儿”的形状位置仍无太大变化。该档位为最佳的增益档位。（4）增益再降一档。蓝圈目标完全丧失对流天气特征。红圈目标，上下两个“核儿”的显影强度出现了差异，但“皮儿”的位置和形状仍然没有大的变化。
下面我们以“两步法”分析本例：第一步，定性分析。增
益切换对比显示，红圈目标为对流天气，蓝圈目标为普通降水云层。第二步，强度分析。红圈目标两个核心上弱下强，但考虑是对流云体，所以均不能进入。蓝圈目标有较强降水，上半部较强且临近雷雨，故而不宜进入；下半部较弱，如有需要可以挑选较弱位置穿行。（1）“双自动”方式显示前方有大面积红区，但其图像不太符合对流云体特征：第一，红区内部存在散碎的“黄块”，“核儿”不够均匀致密。第二，红区边缘参差不齐，没有清晰闭合的“皮儿”。（2）笔者使用减增益做以进一步验证。在“增益-1”档位，红区迅速“萎缩”，边界的形状和位置均发生显著变化。（3）在“增益-２”档位，只有极少数区域显影为红区。
下面我们以“两步法”分析本例：
第一步，定性分析。通过减增益比对，可以确认目标为含水量较高的普通降水云层。
第二步，强度分析。“增益-1”档位能够显示最多的色级梯度。以该档位选择降水相对较弱的位置通过。本例我们讨论图上标记的三个目标云体。下图由左至右，依次为增益自动、增益1、增益2、增益3。
按照《柯林斯说明》的介绍，WRX2100雷达在增益自动方式下，会针对海洋雷雨回波偏弱自动进行补偿。但事实证明，这一补偿并非绝对可靠。１号目标：增益自动“绿皮黄心”，增益2“黄皮红心”。２号目标：增益2“绿皮
黄心”，增益3“黄皮红心”。３号目标：增益自动“绿皮黄心”，增益2“黄皮红心”。下面我们以“两步法”分析本例：第一步，定性分析。增益切换对比显示，均表现出典型的有“核儿”有“皮儿”的特征，可以确认为对流云体。第二步，强度分析。１号目标最强，３号目标次强，２号目标最弱。考虑到三者均为对流云体，而且海洋雷雨显影偏弱，所以上述３个云体都必须避开。正如本例所展示的，即使在同一片空域中，针对不同云体，最适宜的增益档位也可能是不同的。只要完成定性和强度分析，执行绕飞时增益开几档又有什么关系呢？下图依次为
增益自动、增益1、增益2、增益3的雷达图像。遵循之前的分析思路，通过增益切换对比，我们可以很快确认红圈内的三个对流云体。
本例意在介绍涉及绕飞决策的另外两个问题。第一，本例中有120节的高空风，自画面右上方吹来。高空风会推动云体整体移动。云体内的部分水汽、降水或冰晶，会先于云体向下风面飘散。所以在雷达图像上会表现出“上风面皮儿薄，下风面皮儿厚”的现象。机组在绕飞时，应当尽可能选择由上风面绕飞。第二，对流云体周围，尤其是下风面的层状云，其雷达显影与普通降水云层没有区别。一旦进入这些“雷雨附属云层”，飞机遭遇积冰、颠簸、雹击、雷击的概率远高于同等强度的，真正的，普通
降水云层。
下面我们以“两步法”分析本例：第一步，定性分析。增益切换对比显示，可以确认红圈三个目标为对流云体，其周围回波为非对流云体。第二步，强度分析。“附属云层”与雷雨存在显著相关性。机组应尽可能申请上风面绕飞；如果被迫由下风面绕飞，则应将增益调至最高，尽可能规避“雷雨附属云层”的覆盖范围。下图依次为增益自动、增益-1、增益-2、增益-3的雷达图像。
必须注意一点，“减增益”仅用于短时评估，绝对不要长时间使用“减增益”飞行。这可能会导致机组误入雷雨。
当雷雨临近机场终端区时，机组要考虑进离场遭遇风切变的可能。尤其是微下击暴流，对于低空低速飞机是很致命的。WRX2100雷达在自动扫描方式下具备前视风切变探测功能。但其支持的高度、角度和距离都是有限的。以典型的180节进近速度为例，３海里的预警距离，意味着机组最多只有一分钟时间用于判断和应急处置。单纯依靠雷达预警，是远远不够的。在对流云体的发展阶段，其内部以上升气流为主。
受地面低气压的影响，大量空气汇入云体，形成由四周指向云体的低空风。
而在成熟消散期，对流云顶开始崩塌，低温降水裹挟大量空气下冲。
气流“砸”向地面后向四周扩散，形成由云体向四周发散的低空风。令航空界闻风丧胆的下击暴流，正是这一现象的极端表现形式。
在本例中，地面风清晰明确的指向对流云体方向。也没有任何来自ATC或其他机组的风切变报告。而当天的地面风很明显的由机场指向雷雨。这说明雷雨仍处于旺盛发展的阶段，不太可能出现微下击暴流。下面我们以“两步法”分析本例：第一步，定性分析。增益切换对比显示，在强降水云层中隐藏有三个对流云体。对流云体均处于发展阶段，风切变可能尚未影响机场，不存在微下击暴流可能。第二步，强度分析。图像显示，对流云体与降水云层均表现出很高的强度。机组应当尽量避免靠近对流云体及其附属云层。对于其他降水区域，机组应当避开较强部分。依据以上判断，机组做如下准备后正常起飞。（1）选择全推力起飞。（2）起飞简令复习预测性风切变和风切变处置。（3）与ATC协调起飞后的绕飞意图。（4）制定特殊的单发返场预案。（机场另一侧是禁止绕飞区）当对流云体处于发展初期、消散期，或者含水量较低的时候，单纯切换增益可能无法获得典型的对流云体显影。这个时候就需要我们使用人工方式进行辅助判断了。对云体进行由“脚后跟”到“脑瓜顶”的垂直扫描，比对各高度“水平断层”的图像，是雷达人工方式的主要途径。对流云体
能够成形，有一个先决的条件，即高低空存在贯通的“水汽交换通道”。第一，“水汽交换通道”临地面而起，贯通至云顶。对流云体在雷达显影上，从脱离地面杂波开始，直至“湿顶高度”，每个“水平断层”均表现出有“核儿”有“皮儿”的图像。第二，对流云体具备相当的“抗风能力”。它可能随风移动，但不会被高空风“吹倒”或“吹断”，否则就不成其为对流了。这就意味着对流云体在雷达显影上，随着扫描高度增加，最强显影位置相对稳定，而范围和强度逐渐减小。这也就是我们通常所说的：对流云体是“站着”的，普通云层是“躺着”的。本例意在展示人工方式的基本操作方法。需要强调一点，自动方式显示的是经过软件“美图”后图像。人工方式下的“核儿”和“皮儿”更为粗糙，但仍可识别。（1）推荐使用增益最大，确保捕获所有“嫌疑云体”。调低天线角度，确保地形杂波“淹没”所有“嫌疑云体”。
（2）逐渐上调天线角度，控制地形杂波逐渐向远方后退。注意：天线角度旋钮被设计为无档位滑动的形式。熟练的飞行员可以在两个指示角度之间，获得至少2-3个“中间角度”。）在飞机与地形杂波间的空白区域，如果仍然有回波，则可初步认定为高于地面的目标。
（3）随着地形杂波向远方逐渐“退潮”，雷达波束对目标云体的扫描位置也逐渐升高。
对比下面几张截图可以发现，蓝圈内云体在每个角度均显示有致密均匀的核心区域。而且核心区域的位置没有显著改变。
（4）最后一张是自动方式截图，其显影与人工方式结论一致。
下面我们以“两步法”分析本例：第一步，定性分析。（1）目标云体由地面向上延伸，直至超过飞机巡航高度。也就是说目标云体是“站着”的。（2）目标云体在各个“水平断层”上，均表现出有“核儿”有“皮儿”的显影特征。（3）随着扫描高度增加，“水平断层”的图像中核心区位置没有显著变化，范围逐渐缩小，符合对流云体特性。据此可以认定目标为对流云体。第二步，强度分析。图像显示，对流云体与降水云层均表现出很高的强度。机组应当尽量避免靠近对流云体及其附属云层。对于其他降水区域，机组应当避开较强部分。（1）雷达“双自动”方式显示前方80海里存在孤立的较强的回波。
（2）在上调增益档位的过程中，目标回波没有增大，也没有“附属云体”。其形状甚至随增益上调有所“萎缩”。（3）笔者切换至人工方式，增益档位最大，先用地形杂波“淹没”目标。
（4）控制地形杂波逐渐后退，笔者发现：当等距离地形杂波存在时，目标回波存在且较强。一旦地形杂波退
远，目标杂波也迅速减小。在目标回波与地形杂波之间，无法拉出清晰的垂直间隔。这说明该目标不是“站着”的。
至此，我们已经可以完成对目标的“两步法”分析了。第一步，定性分析。该目标不是对流云体，高度临近地面，不会对飞机造成影响。
第二步，强度分析。该目标回波强度较大，但高度很低，但不需绕飞。（5）但是当天存在一个很尴尬的情况——“双自动”方式下雷达始终显示该位置存在较强天气回波。（说好的特么的“6000英尺湿顶边界”上哪去了？）如果按照日常的绕飞习惯，笔者会秉承“宁杀错，勿放过”的原则，申请绕飞。当天不止一架飞机询问该位置绕飞限制，说明大家的雷达都探测到这个位置有回波。
但是当天能见度极佳，通过目视我可以100%确定前方没有危险天气。所以我决定保持“双自动”方式，到底看看雷达在搞什么鬼。
（6）在距离目标40海里时，“双自动”方式下所有回波突然消失。事实证明，人工方式下获得的“目标无高度”的结论是正确的。（1）飞机通过走廊口，“双自动”方式显示前方有三块较强的天气回波。为了便于描述，我们由左至右分别命名为“1号”、“2号”和“3号”目标。
（2）调高增益档位。1号目标显影增强，形状和面积大幅度
扩大，没有稳定突出的“对流核心区”显影。２号和３号目标显影增强，核心部分位置、形状变化不大，比较符合有“核儿”有“皮儿”的显影特点。
（3）切换至人工方式，增益档位最大，首先以地形杂波淹没所有3个目标。
（4）逐渐上调天线角度，控制地形杂波后退。1号目标，显影随地形杂波同时消失，该目标不是“站着”的。2号目标，随着天线角度上调，显影强度逐渐减弱，并在4.5°左右完全消失。但是该目标最强显影的位置和形状几乎没有变化，核心区虽小，却均匀致密，边界色级显著下降。3号目标，天线上调过程中，始终显示出典型的有“核儿”有“皮儿”的显影特征，核心区位置和性状几乎没有变化。显影最终在5°以上角度消失。
下面我们以“两步法”分析本例：第一步，定性分析。1号目标，自动方式下显影核心区位置与形状变化极大，人工方式下显影没有高度，确定不是对流云体，估计为低空层状降水。2号目标，自动方式下显影表现出有“核儿”有“皮儿”的特征，人工方式扫描显示自地面至相当高度均有稳定回波，可以确认为对流云体。3号目标，自动方式下显影表现出有“核儿”有“皮儿”的特征，人工方式扫描显示自地面至较高高度均有稳定回波，可以确认为对流云体。第二步，强度分析。1号目标，含水量较高的低空
层状云，如果需要可以穿过或飞越。2号目标，强度较弱，云顶高度较低的对流云体，如果进入可能遭遇颠簸。
3号目标，发展旺盛，高度较高的对流云体，不能进入。本例是飞机通过6000米高度爬升时拍摄的。离场管制员询问机组能否由雷雨的右侧通过。（1）在“双自动”方式下，前方天气回波显示为一个典型的、孤立的雷雨云体。此时的雷达图像显示雷雨周围没有其他天气，由雷雨右侧通过“貌似”是没有问题的。
（2）切换至人工方式，在适当的天线角度和增益档位下，我们发现在雷雨主体的右侧还存在一定面积的回波。这些回波散碎无核心，是典型的“雷雨附属云层”。如果在其中飞行，雷击、雹击以及强烈颠簸的风险都会明显增加。
下面我们以“两步法”分析本例：第一步，定性分析。前方存在强对流云体，其右侧有大面积“附属云层”。第二步，强度分析。对流云体强度很大，附属云体强度较弱。但是二者均不可进入。本例意在展示两个现象：第一，我们在自动方式下看到的雷雨，是经过软件“美图”处理后的显影。有些时候这个“美图”会修的太过，让机组忽略“雷雨附属云层”。第二，雷达得颠簸探测功能，是通过探测水滴的垂直运动实现的。而在强对流云体内部，水滴的垂直运动是很剧烈的。所以“核心区存在颠簸显示”，可以作为强对流云体的一个辅助判断标准。在某些情况下，机组可
能需要由从两块雷雨间的缝隙穿行。在飞行圈子里关于“某某钻缝儿钻进口袋里”，“某天钻缝儿越钻越窄”等等的故事不胜枚举。在“钻缝儿”前机组务必切记：必须切换人工方式扫描检查。当时空域存在多批次的飞行冲突。ATC要求机组尽快向航路归航。（1）机组使用“双自动”方式扫描，雷达显示前方两块雷雨之间存在一个近40海里宽的“豁口”。单以下图判断，这个豁口足以保证飞机安全通过。
（2）机组切换至人工方式，增益档位最大。上图中几乎无法识别的“绿点”显示出了典型的有“核儿”有“皮儿”的显影特征。
（3）上调天线角度，回波强度有所减弱，但位置和形状未发生显著变化。这显示该目标是“站着”的。
（4）距目标30海里时，“双自动”方式突然显示较强显影。试想一下，如果机组单纯使用“双自动”方式，如果这个雷雨间隙再窄一些，会是何等情形？
（5）下图是正切目标时拍摄的照片。这是一个正在发展的雷雨云体，其云顶已经超过了飞机当时的飞行高度（30000英尺）。
在业内，“钻缝儿钻进口袋里”，或者“钻缝儿越钻越窄”的例子不胜枚举，其中一个很重要的原因就是机组单纯使用“双自动”方式。如果机组决定由两块雷雨之间的缝
隙穿行，使用人工方式亲自确认缝隙内没有对流天气是十分必要的！！！下面我们以“两步法”分析本例：第一步，定性分析。目标为对流云体。
第二步，强度分析。目标云体强度弱于两侧雷雨。但其云顶已经超过飞机高度，说明对流云及其旺盛。避开目标云体后，剩余“缝隙”宽度满足飞机穿行的需求。（1）机组在80海里距离发现雷雨缝隙，宽度接近20海里。
（2）转为人工方式，用地形杂波“淹没”目标缝隙。
（3）上调天线的过程中，机组发现缝隙内还存在一个较弱的对流云体。
（3）距离缝隙40海里，“双自动”方式显示出小片的回波，但不足以定性分析。“双自动”不会导致误入雷雨，但可能导致机组错失最佳决策时机。
下面我们以“两步法”分析本例：第一步，定性分析。雷雨缝隙内的存在一个较弱的对流云体。
第二步，强度分析。目标云体强度弱于两侧雷雨，云顶略低于飞机高度。目标云体，不可进入，但剩余宽度满足飞机穿行的需求。当雷达首次接通自动方式，或者人工方式超过38秒后返回自动时，程序会进行16秒初始化扫描。在初始化扫描过程中，雷达首先向前方扫描，让机组看一眼大概的天气情况，随后以低角度扫描地面，然后逐渐向上扫描，筛选应当显示的图像。在雷达图像上，起始会显示1-2
秒的前方图像，随后屏幕显示大面积地面回波，而后地面回波逐渐减少，直至获得清晰的天气显影。
如果机组意外迫近雷雨，需要立刻获得前方近距离图像，等待“双自动”初始化扫描会比较误事。这个时候机组可以切换至“人工增益最大”方式，将地形杂波直接推至距飞机30-40海里位置，首先避开近距离所有回波，而后徐图后计。
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
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
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=
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：
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。
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，
《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
雷达气象复习 1 多普勒天气雷达可获取的基数据有反射率因子、平均径向速度和速度谱宽。 2天气雷达一般分为X 波段、 C 波段、 S 波段，波长分别是3厘米、5厘米、10厘米 3目前我国 CINRAD-SA降水模式中使用的体扫模式为VCP11、VCP21、VCP31。其中VCP11通常在强对流风暴出现的情况下使用，而VCP21在没有强对流单体有显著降水的情况下使用，晴空情况下使用VCP31 4目前我国 CINRAD-SA使用两种工作模式，即降水模式和晴空模式 5我国新一代天气雷达的降水估测只使用最低的4个仰角：0.5°，1.5°，2.4°，3.4°，分别使用在50km以外，35-50km，20-35km和0-20km的距离范围内。 6我国新一代天气雷达系统主要由雷达数据采集子系统（RDA）、雷达产品生成子系统（RPG）、主用户处理器（PUP）、通讯线路。 7当波源和观测者做相对运动时，观测者接受到的频率和波源的频率不同，其频率变化量和相对运动速度大小有关，这种现象就叫做多普勒效应。 8天气雷达的局限性：波束中心的高度随距离增加而增加、波束宽度随距离的增加而展宽、静锥区的存在。 9获取雷达接收到的降水回波信号是降水粒子对雷达所发射电磁波的散射产生的，因此电磁波在降水粒子上的散射是天气雷达探测降水的基础。 10当雷达波长λ确定后，球形粒子的散射情况主要取决于粒子直径d 。对于d<<λ的小球形粒子的散射，称为瑞利散射；d≈λ的大球形质点的散射称为米散射。11反射率因子在瑞利散射条件下的定义：单位体积中降水粒子直径6次方的总和 称为反射率因子，用Z表示，其常用单位为mm6/m3，即∑ = 单位体积6 i D Z 12后向散射截面的定义：设有一理想的散射体，其截面为σ，它能全部接收射到其上的电磁波能量，并全部均匀地向四周散射，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，则该理想散射体的截面σ就称为实际散射体的后向散射截面。 13单位体积中降水粒子后向散射截面的总和，称为气象目标的反射率，用η表示，常用单位是 cm2/m3 14电磁波能量沿传播路径减弱的现象，称为衰减。大气、云、降水粒子对雷达波的衰减是由于散射和吸收引起的，衰减的结果将使回波图象、定量测量情况与实际情况出现偏差。 15 距离折叠是指雷达对产生雷达回波的目标物位置的一种辨认错误。距离折叠现象常见于速度和谱宽产品，距离折叠现象只偶尔出现在反射率产品。