多普勒天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用

1、第六部分 多普勒天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用（周長(zhǎng)青）我國新一代天氣雷達(dá)原理；天氣雷達(dá)圖像識(shí)別；對(duì)流風(fēng)暴的雷達(dá)回波特征；新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品第一章 我國新一代天氣雷達(dá)原理一、了解新一代天氣雷達(dá)的三個(gè)組成部分和功能 新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)由三個(gè)主要部分構(gòu)成：雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA）、雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPG）、主用戶處理器（PUP）。二、了解電磁波的散射、衰減、折射 散射：當(dāng)電磁波束在大氣中傳播，遇到空氣分子、大氣氣溶膠、云滴和雨滴等懸浮粒子時(shí)，入射電磁波會(huì)從這些粒子上向四面八方傳播開來，這種現(xiàn)象稱為散射。 衰減：電磁波能量沿傳播路徑減弱的現(xiàn)象稱為衰減，造成衰減的物理原因是當(dāng)電磁波投射到氣體分子或云雨粒子

2、時(shí)，一部分能量被散射，另一部分能量被吸收而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑蚱渌问降哪芰俊?折射：電磁波在真空中是沿直線傳播的，而在大氣中由于折射率分布的不均勻性（密度不同、介質(zhì)不同），使電磁波傳播路徑發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，稱為折射。三、了解雷達(dá)氣象方程在瑞利散射條件下，雷達(dá)氣象方程為： 其中Pr表示雷達(dá)接收功率，Z為雷達(dá)反射率，r為目標(biāo)物距雷達(dá)的距離。Pt表示雷達(dá)發(fā)射功率，h為雷達(dá)照射深度，G為天線增益，、表示水平和垂直波寬，表示雷達(dá)波長(zhǎng)，K表示與復(fù)折射指數(shù)有關(guān)的系數(shù)，C為常數(shù)，之決定于雷達(dá)參數(shù)和降水相態(tài)。四、了解距離折疊 最大不模糊距離：最大不模糊距離是指一個(gè)發(fā)射脈沖在下一個(gè)發(fā)射脈沖發(fā)出前能向前走并返回雷達(dá)的最長(zhǎng)距

3、離，Rmax=0.5c/PRF, c為光速，PRF為脈沖重復(fù)頻率。距離折疊是指雷達(dá)對(duì)雷達(dá)回波位置的一種辨認(rèn)錯(cuò)誤。當(dāng)距離折疊發(fā)生時(shí)，雷達(dá)所顯示的回波位置的方位角是正確的，但距離是錯(cuò)誤的（但是可預(yù)計(jì)它的正確位置）。當(dāng)目標(biāo)位于最大不模糊距離（Rmax）以外時(shí)，會(huì)發(fā)生距離折疊。換句話說，當(dāng)目標(biāo)物位于Rmax之外時(shí)，雷達(dá)卻把目標(biāo)物顯示在Rmax以內(nèi)的某個(gè)位置，我們稱之為距離折疊。 五、理解雷達(dá)探測(cè)原理。 反射率因子Z值的大小，反映了氣象目標(biāo)內(nèi)部降水粒子的尺度和數(shù)密度，反射率越大，說明單位體積中，降水粒子的尺度大或數(shù)量多，亦即反映了氣象目標(biāo)強(qiáng)度大。反射率因子（回波強(qiáng)度）：即反射率因子為單位體積內(nèi)中降水粒子

4、直徑6次方的總和。意義：一般Z值與雨強(qiáng)I有以下關(guān)系：層狀云降水 Z=200I1.6 地形雨 Z=31I1.71雷陣雨 Z=486I1.37新一代天氣雷達(dá)取值 Z=300I1.4六、了解雷達(dá)資料準(zhǔn)確的局限性、資料誤差和資料的代表性由于雷達(dá)在探測(cè)降水粒子時(shí)，以大氣符合標(biāo)準(zhǔn)大氣情況為假定，與實(shí)際大氣存在一定的差別，使雷達(dá)資料的準(zhǔn)確度具有一定的局限性，且由于雷達(dá)本身性能差異及探測(cè)方法的固有局限，對(duì)探測(cè)目標(biāo)存在距離折疊及速度模糊現(xiàn)象，對(duì)距離模糊和速度模糊的處理等，均增大了雷達(dá)資料的誤差。雖然如此，由于徑向速度是從多個(gè)脈沖對(duì)得到的徑向速度的平均值，為平均徑向速度，雷達(dá)反射率因子通過對(duì)沿徑向上的四個(gè)取樣體積

5、平均得到的，其徑向分辨率相當(dāng)于四個(gè)取樣體積的長(zhǎng)度，這也使雷達(dá)探測(cè)的資料具有一定的代表性。第二章 天氣雷達(dá)圖像識(shí)別一、掌握多普勒效應(yīng) 多普勒效應(yīng)為，當(dāng)接收者或接受器與能量源處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能量到達(dá)接受者或接收器時(shí)頻率的變化。多普勒頻率，是由于降水粒子等目標(biāo)的徑向運(yùn)動(dòng)引起的雷達(dá)回波信號(hào)的頻率變化，也稱為多普勒頻移，其與目標(biāo)的徑向運(yùn)動(dòng)速度成正比，與多普勒天氣雷達(dá)波長(zhǎng)成反比。二、了解多普勒天氣雷達(dá)測(cè)量反射率因子、平均徑向速度和速度譜寬的主要技術(shù)方法 多普勒雷達(dá)利用降水粒子的后向散射與多普勒效應(yīng)來達(dá)到對(duì)其探測(cè)的目的。通過發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的延遲來測(cè)量距離，通過降水粒子的多普勒頻移來測(cè)量其速度。 反射

6、率因子：雷達(dá)的反射率因子是降水粒子后向散射被雷達(dá)天線接收到的回波，為單位體積內(nèi)中降水粒子直徑6次方的總和，反射率因子Z值的大小，反映了氣象目標(biāo)內(nèi)部降水粒子的尺度和數(shù)密度，反射率越大，說明單位體積中，降水粒子的尺度大或數(shù)量多。 平均徑向速度：由于降水粒子等目標(biāo)的徑向運(yùn)動(dòng)引起的雷達(dá)回波信號(hào)的頻率變化，也稱為多普勒頻移，其與目標(biāo)的徑向運(yùn)動(dòng)速度成正比，與多普勒天氣雷達(dá)波長(zhǎng)成反比。徑向速度則是從多個(gè)脈沖對(duì)得到的徑向速度的平均值，為平均徑向速度，而相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差即為譜寬。 速度譜寬：徑向速度則是從多個(gè)脈沖對(duì)得到的徑向速度的平均值，為平均徑向速度，而相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差即為譜寬。三、理解距離折疊和速度模糊的概念最大不

7、模糊距離：最大不模糊距離是指一個(gè)發(fā)射脈沖在下一個(gè)發(fā)射脈沖發(fā)出前能向前走并返回雷達(dá)的最長(zhǎng)距離，Rmax=0.5c/PRF, c為光速，PRF為脈沖重復(fù)頻率。距離折疊：距離折疊是指雷達(dá)對(duì)雷達(dá)回波位置的一種辨認(rèn)錯(cuò)誤。當(dāng)距離折疊發(fā)生時(shí)，雷達(dá)所顯示的回波位置的方位角是正確的，但距離是錯(cuò)誤的（但是可預(yù)計(jì)它的正確位置）。當(dāng)目標(biāo)位于最大不模糊距離（Rmax）以外時(shí)，會(huì)發(fā)生距離折疊。即當(dāng)目標(biāo)物位于Rmax之外時(shí)，雷達(dá)卻把目標(biāo)物顯示在Rmax以內(nèi)的某個(gè)位置，我們稱之為距離折疊。 如果一個(gè)散射區(qū)在Rmax之外，那么回波只有在下一個(gè)脈沖發(fā)射之后才能收到， 因?yàn)閷?shí)際的來回距離在Rmax和Rmax之間，因此這種回波被稱為

8、第二區(qū)回波。最大不模糊速度 Vmax：最大不模糊速度是雷達(dá)能夠不模糊地測(cè)量的最大平均徑向速度，其對(duì)應(yīng)的相移是180度。按照Nyquist采樣定理可知，雷達(dá)能夠準(zhǔn)確測(cè)量多普勒頻率是PRF/2，即fDmax=PRF/2。考慮到多普勒頻率實(shí)際上是頻率漂移，可正可負(fù),故fDmax=±PRF/2, 把關(guān)系式fD=2V/ 代入,并把fDmax和Vrmax相對(duì)應(yīng),可得： Vmax=±*PRF/4 對(duì)實(shí)際使用的雷達(dá)來說，波長(zhǎng)是固定的，當(dāng)選定了Rmax（或脈沖重復(fù)頻率）后，就會(huì)存在一個(gè)Vmax。即，當(dāng)目標(biāo)的徑向速度大于最大不模糊速度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生混淆。由雷達(dá)測(cè)得的徑向速度將相差兩倍最大不模糊速

9、度（稱Nyquist間隔或速度折疊）。當(dāng)最大不模糊速度較小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多次速度折疊，此時(shí)：真實(shí)速度的可能值 v-2nVmax或v+2nVmax n為1,2,3，···為Nyquist數(shù)或速度折疊次數(shù) 。四、了解新一代天氣雷達(dá)工作方式 掃描方式告訴雷達(dá)在一次體積掃描中使用多少仰角和時(shí)間。WSR-88D 和 CINRAD WSR-98D 使用三種掃描方式： 5分鐘完成14個(gè)不同仰角上的掃描（14/5） 6分鐘完成9個(gè)不同仰角上的掃描（9/6） 10分鐘完成5個(gè)不同仰角上的掃描（5/10） 體掃模式 (VCP:Volume Cover Pattern）：掃描方式確定一次體

10、積掃中使用多少個(gè)仰角，而具體是哪些仰角則由體掃模式來規(guī)定。目前只定義了其中的4個(gè)： VCP11：規(guī)定5分鐘內(nèi)對(duì)14個(gè)具體仰角的掃描方式。 VCP21：規(guī)定6分鐘內(nèi)對(duì)9個(gè)具體仰角的掃描方式。 VCP31：規(guī)定10分鐘內(nèi)對(duì)5個(gè)具體仰角的掃描方式。 VCP32：確定的10分鐘完成的5個(gè)具體仰角與VCP31相同。 不同之處：VCP31使用長(zhǎng)雷達(dá)脈沖 VCP32使用短脈沖。WSR-98D未定義VCP32。 工作模式（Operational Mode）：WSR-88D使用兩種工作模式，即降水模式和晴空模式。雷達(dá)的工作模式?jīng)Q定了使用哪種VCP。 工作模式A：降水模式使用VCP11或VCP21，相應(yīng)的掃描方式

11、分別為14/5 和9/6。 工作模式B：晴空模式使用VCP31或VCP32，兩者都使用掃描方式5/10。五、了解數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制原理和方法 去除距離折疊的方法： 用隨機(jī)相位編碼技術(shù)消除距離折疊。 調(diào)節(jié)脈沖重復(fù)頻率（PRF），這樣便可以改變Rmax，并可能在所關(guān)心的區(qū)域?qū)⒕嚯x折疊退掉。 選擇一個(gè)較高的仰角掃描能克服距離折疊問題。 采取變換探測(cè)地點(diǎn)的方式可以觀察到同一個(gè)風(fēng)暴的不同側(cè)面。 去除速度模糊的方法： 目前最常見的客觀速度退模糊的技術(shù)方法有下面幾種： 主觀識(shí)別和消除速度模糊影響，在使用速度回波的PPI或RHI等圖像以前，應(yīng)首先分析是否存在速度模糊現(xiàn)象，如存在，則在使用時(shí)排除其影響。 改變脈沖重

12、頻或交替使用雙重頻。6、 理解什么是多普勒兩難 根據(jù)得知，對(duì)每個(gè)特定雷達(dá)而言，在確定的頻率下，探測(cè)的最大距離和最大速度不能同時(shí)兼顧。第三章 對(duì)流風(fēng)暴的雷達(dá)回波特征一、了解層狀云降水、積云降水和積云層狀云混合降水的反射率因子圖像主要特征 在常規(guī)雷達(dá)上，積狀云降水回波被描述為具有密實(shí)的結(jié)構(gòu)，而層狀云降水回波具有均勻的紋理和結(jié)構(gòu)，積狀和層狀混合降水回波具有絮狀結(jié)構(gòu)。積狀云降水，反射率因子空間梯度較大，其強(qiáng)度中心的反射率因子通常在35dBZ以上，而層狀云降水反射率因子空間梯度小，反射率因子一般大于15dBZ，小于35dBZ。層狀云降水或?qū)訝?積云混合降水反射率因子回波的另一個(gè)特征是所謂的“零度層亮帶”

13、的存在。二、理解邊界層輻合線的識(shí)別 邊界層輻合線：邊界層輻合線在新一代天氣雷達(dá)反射率因子圖上呈現(xiàn)為窄帶回波，強(qiáng)度從幾個(gè)dBZ到十幾個(gè)dBZ。三、理解風(fēng)隨高度變化的徑向速度圖主要特征 等徑向速度線為直線：零等速線呈直線，各高度層上的風(fēng)為均勻風(fēng)場(chǎng)。如果實(shí)際風(fēng)速在某高度層上出現(xiàn)最大值，則在徑向速度圖上表現(xiàn)為被閉合等速區(qū)所包圍的最大徑向速度區(qū)。 S型和反S型徑向速度圖像：零等速線呈S型，表示實(shí)際風(fēng)向隨高度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在雷達(dá)有效探測(cè)范圍內(nèi)有暖平流；同樣，零等速線呈反S型，表示實(shí)際風(fēng)向隨高度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在雷達(dá)有效探測(cè)范圍內(nèi)有冷平流。 匯合和發(fā)散流場(chǎng)的速度圖像：如果實(shí)際風(fēng)向在各高度層上為匯合或發(fā)散，則在速度

14、圖上零等速線呈弓形。四、了解鋒面的徑向速度圖像特征 鋒面從西北方向移向，冷風(fēng)逼近時(shí)，零等速區(qū)（線）有兩個(gè)（條），一個(gè)通過呈S型結(jié)構(gòu)，另一個(gè)未通過RDA呈反型結(jié)構(gòu)。鋒區(qū)位于東北西南向零等速線，如下圖。 當(dāng)冷鋒位于時(shí)，有三條零等速區(qū)（線），有一條零等速線通過中心，為鋒區(qū)所在位置，如下圖。 當(dāng)冷鋒通過后，有三條零等速區(qū)（線），在東南方呈西南東北向的零等速線即為鋒區(qū)，如下圖。五、理解中尺度系統(tǒng)的徑向速度特征 中尺度氣旋反氣旋流場(chǎng)：在小區(qū)域內(nèi)，當(dāng)一對(duì)最大入流出流速度中心距雷達(dá)是等距離時(shí)，表示在該區(qū)域內(nèi)有中尺度旋轉(zhuǎn)存在，沿雷達(dá)徑向方向，若最大入流速度中心位于左側(cè)，表示為氣旋性旋轉(zhuǎn)，若最大入流速度中心位于右

15、側(cè)，則為反氣旋性旋轉(zhuǎn)。 中尺度輻合輻散流場(chǎng)：由于中尺度輻合輻散流場(chǎng)得尺度較小，其源點(diǎn)或匯點(diǎn)和整個(gè)流場(chǎng)均在雷達(dá)的有效探測(cè)范圍內(nèi)，在包含中尺度輻合輻散流場(chǎng)的小區(qū)域內(nèi)，沿同一雷達(dá)徑向方向有兩個(gè)最大徑向速度中心，若最大入流中心位于靠近雷達(dá)一側(cè)，則該區(qū)域?yàn)閺较蜉椛^(qū)，相反則為徑向輻合區(qū)。 中尺度氣旋式輻合輻散流場(chǎng)：當(dāng)一對(duì)最大入流出流中心位于距雷達(dá)不是等距離且不在同一雷達(dá)徑向時(shí)，若最大出流中心更靠近雷達(dá)且最大入流中心位于雷達(dá)徑向左側(cè)時(shí)，表示小區(qū)域內(nèi)流場(chǎng)為氣旋式輻合，相反，若最大入流中心更靠近雷達(dá)且且最大出流中心位于雷達(dá)徑向左側(cè)時(shí)，表示小區(qū)域內(nèi)流場(chǎng)為氣旋式輻散。 中尺度反氣旋式輻合輻散流場(chǎng)：與上述情況類似，

16、還可以有反氣旋式輻合和反氣旋式輻散。第四章 新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品一、理解對(duì)流單體的概念模型 根據(jù)積云中盛行的垂直速度的大小和方向，普通風(fēng)暴單體的演化過程通常包括三個(gè)階段： 塔狀積云階段：由上升氣流所控制，上升速度一般隨高度增加，且主要由局地暖空氣的正浮力或者由低層輻合引起，上升速度一般為510m/s，個(gè)別達(dá)到25m/s。在塔狀積云的后期，降水能夠引發(fā)下沉氣流。 成熟階段：實(shí)際上是由上升氣流和下沉氣流共存的階段。成熟階段開始于雨最初從云底降落之時(shí)，可認(rèn)為雷達(dá)回波接地是對(duì)流單體成熟階段的開始。此時(shí)，云中上升氣流達(dá)到最大，隨著降水過程的開始，由于降水粒子所產(chǎn)生的拖拽作用，形成了下沉氣流。然后，這種下沉

17、氣力在垂直和水平方向上擴(kuò)展。這種冷性下沉氣流作為一股冷空氣，在近地面的低層向外擴(kuò)散，與單體運(yùn)動(dòng)前方的低層暖濕氣流交匯而形成颮鋒，又稱陣鋒風(fēng)。成熟階段的對(duì)流單體的中上部，仍為上升氣流和過冷水滴及冰晶等水成物。當(dāng)云頂伸展到對(duì)流層頂附近時(shí)，不再向上發(fā)展，而向該處的環(huán)境風(fēng)下風(fēng)方向擴(kuò)展，出現(xiàn)水平伸展的云砧。 消亡階段：為下沉氣流所控制，此時(shí)降水發(fā)展到整個(gè)對(duì)流云體。實(shí)際上，當(dāng)下沉氣流擴(kuò)展到整個(gè)單體，暖濕空氣源被擴(kuò)展的冷池切斷時(shí)，風(fēng)暴單體開始消亡。二、了解對(duì)流風(fēng)暴的分類 對(duì)流風(fēng)暴可分為以下四類：普通單體風(fēng)暴，多單體風(fēng)暴，線風(fēng)暴（飚線），超級(jí)單體風(fēng)暴。前三類可以是強(qiáng)風(fēng)暴，也可以是非強(qiáng)風(fēng)暴，而第四類一定是強(qiáng)風(fēng)暴

18、。三、理解影響雷暴生成發(fā)展的主要因素及診斷方法 影響雷暴生成發(fā)展的主要因素有熱力（浮力）不穩(wěn)定、風(fēng)的垂直切變和水汽的垂直分布三個(gè)因子。另外，在對(duì)流不穩(wěn)定條件下，還需要一定的抬升條件對(duì)流才能發(fā)生。由于浮力決定了垂直方向上空氣的加速程度，它與風(fēng)暴強(qiáng)度直接相關(guān)。垂直風(fēng)切變有利于風(fēng)暴發(fā)展、加強(qiáng)和維持，從而決定了風(fēng)暴類型的演變和發(fā)展。另外風(fēng)暴和環(huán)境的相互作用也會(huì)影響風(fēng)暴的強(qiáng)度和組織。四、了解風(fēng)暴相對(duì)螺旋度的概念和物理含義 風(fēng)暴相對(duì)螺旋度是衡量風(fēng)暴旋轉(zhuǎn)潛勢(shì)的具有明確意義的物理量，其取決于沿相對(duì)風(fēng)暴氣流流線方向的水平渦度，而這些因子又取決于低層垂直風(fēng)切變的強(qiáng)度和方向以及風(fēng)暴的運(yùn)動(dòng)。其表達(dá)式為： 其幾何意義為

19、：它與速度矢端圖中兩個(gè)層次之間的相對(duì)風(fēng)暴風(fēng)矢量所掃過的區(qū)域的面積成正比。五、掌握脈沖風(fēng)暴的雷達(dá)回波特征 脈沖風(fēng)暴的雷達(dá)回波結(jié)構(gòu)有三個(gè)特點(diǎn)：初始回波出現(xiàn)的高度一般在69km之間，強(qiáng)回波中心值一般大于50dBZ，強(qiáng)中心所在的高度也比較高，一般在-10等溫線的高度。6、 理解中氣旋的定義 中氣旋是與強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴的上升氣流和后側(cè)下沉氣流緊密相連的小尺度（小于10km）渦旋，該渦旋滿足一定的切變、垂直伸展和持續(xù)性判據(jù)。一般垂直渦度大于等于，垂直伸展超過風(fēng)暴垂直尺度的1/3，持續(xù)2個(gè)體掃即為中氣旋。七、掌握超級(jí)單體風(fēng)暴的定義和雷達(dá)回波特征超級(jí)單體風(fēng)暴最本質(zhì)的特征是具有深厚而持久的中氣旋，且只產(chǎn)生在中等到強(qiáng)的

20、垂直風(fēng)切變環(huán)境中。超級(jí)單體風(fēng)暴的回波特征為：持續(xù)有界弱回波區(qū)，持久的中氣旋，低層鉤狀回波，三體散射長(zhǎng)釘，懸垂?fàn)罨夭?，旁瓣回波，“V”型缺口，上部呈現(xiàn)寬大而伸展的云砧，雷達(dá)回波頂高度較高。A：旁瓣回波 B：三體散射 C:弱回波區(qū) D：云砧 E：回波墻 F：懸掛回波 G：雨幡八、掌握颮線的雷達(dá)回波特征 有界弱回波區(qū)，中高空的懸垂裝回波，徑向速度剖面呈現(xiàn)低層輻散、中層輻合和高層輻散。九、理解基本反射率、平均徑向速度、組合反射率、垂直累計(jì)液態(tài)水含量、回波頂高、1小時(shí)降水估測(cè)、中氣旋、冰雹指數(shù)、龍卷渦旋特征等常用產(chǎn)品 基本反射率：代表降水回波的強(qiáng)度大小，最高顯示分辨率為1km，是對(duì)來自4個(gè)相接的距離庫（

21、分辨率250m）的回波功率取平均值。 平均徑向速度：表示探測(cè)的降水粒子的平均徑向速度大小，為整個(gè)360°方位掃描的徑向速度數(shù)據(jù)。 組合反射率：表示一個(gè)體掃內(nèi)，將常定仰角方位掃描中的最大反射率因子投影到笛卡爾坐標(biāo)格點(diǎn)上的產(chǎn)品。 垂直累計(jì)液態(tài)水含量：表示將反射率因子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成等價(jià)的液態(tài)水值，它假設(shè)所有的反射率因子返回都是由液態(tài)水滴引起的經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)出關(guān)系。 回波頂高：它是在18dBZ（可調(diào)閾值）反射率因子被探測(cè)到時(shí)，顯示以最高仰角為基礎(chǔ)的回波頂高度（不進(jìn)行內(nèi)插和外插）。 1小時(shí)降水估測(cè)：為1小時(shí)累計(jì)雨量，到當(dāng)前體掃為止的1小時(shí)連續(xù)累積，每個(gè)體掃更新一次。 中氣旋產(chǎn)品：用來顯示與三種方位切變類型

22、的識(shí)別有關(guān)的信息，即非相關(guān)切變、三維的相關(guān)切變及中氣旋，用深黃色的圓圈顯示。 冰雹指數(shù)：老的冰雹指數(shù)產(chǎn)品對(duì)每個(gè)被識(shí)別的風(fēng)暴單體，提供其風(fēng)暴單體結(jié)構(gòu)是否有助于冰雹形成的指示，新的冰雹指數(shù)產(chǎn)品可以在識(shí)別的風(fēng)暴單體屬性表中給出相應(yīng)單體降冰雹的概率、降大冰雹的概率和預(yù)期的最大冰雹尺寸，并以圖形的形式顯示出來。 龍卷渦旋特征：同中氣旋。十、了解降水估測(cè)的原理 降水估測(cè)的基本原理是基于反射率因子和降水率之間的正相關(guān)關(guān)系。反射率因子越大，降水率越大。建立反射率因子和降水率之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，在雷達(dá)測(cè)得降水回波的反射率因子后根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式可以求得降水率，對(duì)時(shí)間累加可以得到一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)降水量。1 多普勒天氣

23、雷達(dá)主要由幾個(gè)部分構(gòu)成？每個(gè)部分的主要功能是什么？答：主要由雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA），雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPG），主用戶終端子系統(tǒng)（PUP）三部分構(gòu)成。RDA的主要功能是：產(chǎn)生和發(fā)射射頻脈沖，接收目標(biāo)物對(duì)這些脈沖的散射能量，并通過數(shù)字化形成基本數(shù)據(jù)。RPG的主要功能是：由寬帶通訊線路從RDA接收數(shù)字化的基本數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理和生成各種產(chǎn)品，并將產(chǎn)品通過窄帶通訊線路傳給用戶，是控制整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的指令中心。PUP的主要功能是：獲取、存儲(chǔ)和顯示產(chǎn)品，預(yù)報(bào)員主要通過這一界面獲取所需要的雷達(dá)產(chǎn)品，并將它們以適當(dāng)?shù)男问斤@示在監(jiān)視器上。2 多普勒天氣雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有哪些？答：一、對(duì)龍卷、冰雹、雷雨

24、大風(fēng)、暴洪等多種強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警；二、利用單部或多部雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)區(qū)域或者全國的降水監(jiān)測(cè)；三、進(jìn)行較大范圍的降水定量估測(cè)；四、獲取降水和降水云體的風(fēng)場(chǎng)信息，得到垂直風(fēng)廓線；五、改善高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)模式的初值場(chǎng)。3 我國新一代天氣雷達(dá)主要采用的體掃模式有哪些？答：主要有以下三個(gè)體掃模式：VCP11規(guī)定5分鐘內(nèi)對(duì)14個(gè)具體仰角的掃描，主要對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)；VCP21規(guī)定6分鐘內(nèi)對(duì)9個(gè)具體仰角的掃描，主要對(duì)降水天氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)；VCP31規(guī)定10分鐘內(nèi)對(duì)5個(gè)具體仰角的掃描（使用長(zhǎng)脈沖），主要對(duì)無降水的天氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)。4 天氣雷達(dá)有哪些固有的局限性？答：一、波束中心的高度隨距離的增加而增加；二、

25、波束寬度隨距離的增加而展寬；三、靜錐區(qū)的存在。5 給出雷達(dá)氣象方程的表達(dá)式，并解釋其中各項(xiàng)的意義。答：Pt為雷達(dá)發(fā)射功率(峰值功率)；G為天線增益；h為脈沖長(zhǎng)度； 、 ：天線在水平方向和垂直方向的波束寬度；r為降水目標(biāo)到雷達(dá)的距離； ：波長(zhǎng)； m ：復(fù)折射指數(shù)；Z雷達(dá)反射率因子。6 給出反射率因子在瑞利散射條件下的理論表達(dá)式，并說明其意義。答：，反射率因子指在單位體積內(nèi)所有粒子的直徑的六次方的總和，與波長(zhǎng)無關(guān)。7 給出后向散射截面的定義式及其物理意義。答： 定義：設(shè)有一個(gè)理想的散射體，其截面面積為，它能全部接收射到其 上的電磁波能量，并全部均勻的向四周散射，若該理想散射體返回雷達(dá)天線處的電磁波

26、能流密度，恰好等于同距離上實(shí)際散射體返回雷達(dá)天線的電磁波能流密度，則該理想散射體的截面面積就稱為實(shí)際散射體的后向散射截面。物理意義：定量表示粒子后向散射能力的強(qiáng)弱，后向散射截面越大，粒子的后向散射能力越強(qiáng)，在同等條件下，它所產(chǎn)生的回波信號(hào)也越強(qiáng)。8 什么是天氣雷達(dá)工作頻率？什么是天氣雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率？答：工作頻率天氣雷達(dá)發(fā)射的探測(cè)脈沖的震蕩頻率 脈沖重復(fù)頻率每秒產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖的數(shù)目9 什么是波束的有效照射深度和有效照射體積？答：有效照射深度雷達(dá)發(fā)出的探測(cè)脈沖具有一定的持續(xù)時(shí)間，在空間的電磁波列就有一定的長(zhǎng)度h=c，在雷達(dá)波束徑向方向上，粒子的回波信號(hào)能夠同時(shí)返回雷達(dá)天線的空間長(zhǎng)度為h/2，稱為

27、雷達(dá)的有效照射深度。 有效照射體積在波束寬度和范圍內(nèi)，粒子所產(chǎn)生的回波能同時(shí)到達(dá)天線的空間體積，稱為有效照射體積。10 0 dBZ代表多少反射率因子單位？ 10dBZ、30dBZ和40dBZ分別代表多少反射率因子單位？答：0代表1，-10代表0.1，30代表1000，40代表1000011 何謂多普勒效應(yīng)？多普勒雷達(dá)測(cè)量回波徑向速度的主要技術(shù)是什么？答：多普勒效應(yīng)當(dāng)接收者或接收器與能量源處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能量到達(dá)接收者（器）時(shí)頻率的變化。 多普勒雷達(dá)測(cè)量回波徑向速度的主要技術(shù)是“脈沖對(duì)處理”，也就是利用相繼返回的兩個(gè)脈沖對(duì)之間的位相變化確定目標(biāo)的徑向速度。12什么叫距離折疊？什么叫速度模糊？

28、最大不模糊距離和最大不模糊速度的表達(dá)式是什么？多普勒兩難指的是什么？答：距離折疊雷達(dá)對(duì)于產(chǎn)生雷達(dá)回波的目標(biāo)物位置的判斷有最大不模糊距離，最大不模糊距離就是當(dāng)雷達(dá)發(fā)出的一個(gè)脈沖遇到該距離的目標(biāo)物產(chǎn)生的后向散射波返回到雷達(dá)時(shí)，下一個(gè)雷達(dá)脈沖剛好發(fā)出。而當(dāng)目標(biāo)物的距離超出最大不模糊距離時(shí)，雷達(dá)對(duì)產(chǎn)生雷達(dá)回波的目標(biāo)物位置就會(huì)產(chǎn)生辨認(rèn)錯(cuò)誤，雷達(dá)所顯示的回波位置的方位角是正確的，但距離是錯(cuò)誤的（但是可預(yù)計(jì)它的正確位置），當(dāng)目標(biāo)位于最大不模糊距離Rmax以外時(shí)，雷達(dá)卻把目標(biāo)物顯示在Rmax以內(nèi)的某個(gè)位置，這種現(xiàn)象稱為距離折疊。 速度模糊因?yàn)槎嗥绽绽走_(dá)測(cè)速的主要技術(shù)是“脈沖對(duì)處理”，能夠測(cè)量的一個(gè)脈沖到下一個(gè)

29、脈沖的最大相移的上限是180°，與180°脈沖對(duì)相移所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)物徑向速度值稱為最大不模糊速度。如果目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的真實(shí)脈沖對(duì)相移小于180°，那么雷達(dá)對(duì)速度的第一猜值是正確的，或者叫做不模糊的，但如果一個(gè)目標(biāo)在兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔期間移動(dòng)的太遠(yuǎn)了，它的真實(shí)相移超過180°，則將賦給它一個(gè)小于180°的相移值，那么速度的第一猜值是不正確的，或者說速度是模糊的。最大不模糊距離的表達(dá)式：Rmax=C/(2*PRF)最大不模糊速度的表達(dá)式：Vmax=*PRF/4多普勒兩難由于最大不模糊距離和脈沖重復(fù)頻率成反比，而最大不模糊速度與脈沖重復(fù)頻率成正比，因此不存在

30、一個(gè)單一的脈沖重復(fù)頻率能夠使最大不模糊距離和最大不模糊速度都比較大，這通常稱為多普勒兩難。13 0.5度仰角，Rmax=460km和7.5仰角，Rmax=115 km時(shí)為什么不大可能產(chǎn)生距離折疊？答：前者由于最大不模糊距離比較大，460KM以外的回波才會(huì)產(chǎn)生距離折疊，而460KM以外即使是較低仰角，波束中心的位置也已經(jīng)比較高（約17KM），一般的對(duì)流風(fēng)暴較難達(dá)到，而且距離遠(yuǎn)也造成回波能夠回到雷達(dá)天線的能量已十分小，基本上不會(huì)對(duì)460KM以內(nèi)的回波造成影響。后者由于仰角比較高，在115KM以外，雷達(dá)波束也已經(jīng)到了很高的高度，一般的對(duì)流風(fēng)暴很難達(dá)到此高度，所以也不大可能有大量降水粒子回波返回雷達(dá)天

31、線造成距離折疊。14 地物雜波有哪幾種？抑制地物雜波的主要思路是什么？答：地物雜波包括固定地物雜波和異常地物雜波，固定地物雜波是指高塔和山脈等地物在雷達(dá)波束正常傳播情況下造成的雜波，異常地物雜波是指由雷達(dá)波束的超折射造成的地物回波。抑制地物雜波的主要思路是地物為靜止不動(dòng)的，因而其沿著雷達(dá)徑向的速度必然是零，因此抑制地物雜波的做法是將一個(gè)距離庫內(nèi)徑向速度在零值附近的那部分功率濾掉。15 指出超折射在雷達(dá)回波圖上的特點(diǎn)。出現(xiàn)超折射表明當(dāng)時(shí)的大氣狀況怎樣？答：超折射在反射率因子產(chǎn)品上的形態(tài)：造成反射率因子數(shù)據(jù)出現(xiàn)雜斑點(diǎn)，斑點(diǎn)值的變化范圍很寬，并且可以擴(kuò)展到很大的范圍；超折射造成的地面回波的不均勻性相

32、當(dāng)明顯，通常反射率因子值相當(dāng)高，并且會(huì)發(fā)生突然從低值到高值的變化，其反射率因子梯度不如氣象回波的反射率因子梯度光滑。超折射在平均徑向速度產(chǎn)品上的形態(tài)：一個(gè)接近零的速度場(chǎng)中孤立的鑲嵌著非零值。 出現(xiàn)超折射說明當(dāng)時(shí)的大氣狀況：溫度隨高度升高而增加（逆溫）和/或濕度隨高度增加而迅速減少。16 速度退模糊算法的主要思路是什么？CINRAR-SA雷達(dá)速度退模糊算法的主要步驟是哪幾步？答：速度退模糊算法的主要思路是根據(jù)連續(xù)性原則將每個(gè)速度初猜值與它的周圍的相鄰速度值相比較，如果一個(gè)速度初猜值與它的周圍值顯著不同，則該算法試圖用另一個(gè)可能的值替換那個(gè)速度初猜值。 速度退模糊算法的主要步驟是：一、徑向連續(xù)性檢

33、查；二、九點(diǎn)平均；三、擴(kuò)展搜索；四、環(huán)境風(fēng)表17 ，雷達(dá)波長(zhǎng)5厘米，應(yīng)是多少？若雷達(dá)波長(zhǎng)10厘米，是多少？答：PRF=C/（2*300000）=500 4*/=500 所以當(dāng)=0.05米時(shí)，=6.25m/s；當(dāng)=0.1米時(shí)，=12.5m/s18 如果一個(gè)模糊的徑向速度值是45節(jié)，它的鄰近值是-55節(jié)，最大徑向速度是60節(jié)，那么這個(gè)徑向速度的最可能值是什么？答：45-2*60=-75節(jié)19 對(duì)流風(fēng)暴分為哪幾種類型？答：對(duì)流風(fēng)暴分為：1、普通單體風(fēng)暴；2、多單體風(fēng)暴；3、線風(fēng)暴（颮線）；4、超級(jí)單體風(fēng)暴20 雷暴產(chǎn)生的環(huán)境條件主要有哪些？答：產(chǎn)生對(duì)流風(fēng)暴的環(huán)境條件主要有：1、大氣熱力層結(jié)不穩(wěn)定；2

34、、垂直風(fēng)切變；3、水汽分布；4、觸發(fā)機(jī)制21 垂直風(fēng)切變對(duì)雷暴發(fā)展的主要作用是什么？答：在一定的熱力不穩(wěn)定條件下，垂直風(fēng)切變的增強(qiáng)將導(dǎo)致風(fēng)暴進(jìn)一步加強(qiáng)和發(fā)展，主要原因在于1、在切變環(huán)境下能夠使上升氣流傾斜，這就使得上升氣流中形成的降水質(zhì)點(diǎn)能夠脫離上升氣流，而不會(huì)因拖曳作用減弱上升氣流的浮力；2、可以增強(qiáng)中層干冷空氣的吸入，加強(qiáng)風(fēng)暴中的下沉氣流和低層冷空氣外流，再通過強(qiáng)迫抬升使得流入的暖濕氣流更強(qiáng)烈地上升，從而加強(qiáng)對(duì)流；3、通過環(huán)境垂直風(fēng)切變和上升氣流的相互作用提供一附加向上的擾動(dòng)氣壓梯度力，從而使氣塊獲得除浮力以外的向上加速度。 如果風(fēng)切變較弱，相對(duì)風(fēng)暴氣流就不可能增強(qiáng)到足以攜帶降水遠(yuǎn)離風(fēng)暴的

35、上升氣流區(qū)，降水就通過上升氣流降落，并進(jìn)入風(fēng)暴低層的入流區(qū)，從而導(dǎo)致上升氣流中水負(fù)載的明顯增加，最終使得風(fēng)暴核消失。而中等到強(qiáng)的垂直風(fēng)切變有利于相對(duì)風(fēng)暴氣流的發(fā)展，此時(shí)，氣塊攜帶著降水遠(yuǎn)離風(fēng)暴的入流區(qū)或上升區(qū)，中等到強(qiáng)的垂直風(fēng)切變能夠產(chǎn)生與陣風(fēng)鋒相匹配的風(fēng)暴運(yùn)動(dòng)，從而使得暖濕氣流源源不斷地輸送到發(fā)展中的上升氣流中去，垂直風(fēng)切變的增強(qiáng)有利于上升氣流和下沉氣流在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)共存，新單體將在前期單體的有利一側(cè)有規(guī)則地形成，如果足夠強(qiáng)的垂直風(fēng)切變伸展到風(fēng)暴的中層，則產(chǎn)生于上升氣流和垂直風(fēng)切變環(huán)境相互作用的動(dòng)力過程能強(qiáng)烈影響風(fēng)暴的結(jié)構(gòu)和發(fā)展，在這種風(fēng)切變環(huán)境下，有利于組織完好的對(duì)流風(fēng)暴如強(qiáng)烈多單體風(fēng)暴

36、和超級(jí)單體風(fēng)暴的發(fā)展。22 雷達(dá)單體生命史分為哪幾個(gè)階段？每個(gè)階段的主要特征是什么？答：分為三個(gè)階段： 1、塔狀積云階段：由上升氣流所控制，上升速度一般隨高度增加，這種上升氣流主要由局地暖空氣的正浮力或者由低層輻合引起。初始雷達(dá)回波的水平尺度為1KM左右，垂直尺度略大于水平尺度，初始回波頂通常在-4-16之間的高度上，回波底在0高度附近，初始回波形成后，隨著水滴和冰晶等水成物的不斷生成和增長(zhǎng)，回波向上、向下同時(shí)增長(zhǎng)，但是回波不接地，此時(shí)最強(qiáng)回波強(qiáng)度一般在云體的中上部。 2、成熟階段：上升氣流和下沉氣流共存的階段，開始于雨最初從云底降落之時(shí)，表現(xiàn)為雷達(dá)回波接地。此時(shí)，云中上升氣流達(dá)到最大，隨著降

37、水過程的開始，由于降水粒子所產(chǎn)生的拖曳作用，形成了下沉氣流，這種下沉氣流在近地面的低層向外擴(kuò)散，與單體運(yùn)動(dòng)前方的低層暖濕空氣交匯形成颮鋒。成熟階段的對(duì)流單體的中上部，仍為上升氣流和過冷水滴及冰晶等水成物，當(dāng)云頂伸展到對(duì)流層頂附近時(shí)，不再向上發(fā)展，而向該處的環(huán)境風(fēng)下風(fēng)方向擴(kuò)展，出現(xiàn)水平伸展的云飐，云飐回波可伸展到幾十千米至上百千米。 3、消亡階段：下沉氣流所控制，降水發(fā)展到整個(gè)對(duì)流云體，從雷達(dá)回波上看，回波強(qiáng)中心由較高高度迅速下降到地面附近，回波垂直高度迅速降低，回波強(qiáng)度減弱，并且分裂消失。23 給出中氣旋的定義答：中氣旋是與強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴的上升氣流和后側(cè)下沉氣流緊密相聯(lián)的小尺度渦旋，該渦旋滿足一定

38、的切變、垂直伸展和持續(xù)性判據(jù)。這個(gè)渦旋可以用一個(gè)蘭金組合渦旋來模擬：中氣旋核作為一個(gè)固體旋轉(zhuǎn)，切向速度與半徑成正比，在中氣旋核以外，切向速度與半徑成反比，隨著半徑的增加而減少。中氣旋的水平尺度一般不超過10KM，垂直厚度超過相應(yīng)對(duì)流風(fēng)暴厚度的三分之一，垂直渦度的量級(jí)為10-2s-1，持續(xù)時(shí)間為兩個(gè)體掃以上24 給出超級(jí)單體風(fēng)暴的定義。經(jīng)典超級(jí)單體風(fēng)暴反射率因子回波的主要特征是什么？答：超級(jí)單體風(fēng)暴是伴隨著一個(gè)持久深厚的中氣旋，具有強(qiáng)烈而且持續(xù)旋轉(zhuǎn)特性的對(duì)流單體，將出現(xiàn)強(qiáng)烈的災(zāi)害性天氣。 經(jīng)典超級(jí)單體風(fēng)暴的反射率因子回波的特征是：回波頂移過低層反射率因子的高梯度區(qū)而位于一個(gè)持續(xù)的有界弱回波區(qū)之上

39、，在生命期的某些階段，經(jīng)典的超級(jí)單體經(jīng)常展現(xiàn)一個(gè)位于其右后方的低層鉤狀回波和低空的入流缺口，簡(jiǎn)而言之就是低層的鉤狀回波與入流缺口、中層的有界弱回波區(qū)和中高層的懸垂回波結(jié)構(gòu)即經(jīng)典超級(jí)單體反射率因子的主要特征。25 給出下列小尺度流場(chǎng)特征的雷達(dá)徑向速度示意圖：1）輻合氣旋式旋轉(zhuǎn)；2）輻散氣旋式旋轉(zhuǎn)。答：略26 強(qiáng)對(duì)流天氣指的是哪些天氣？答：包括冰雹、龍卷、災(zāi)害性大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水等天氣。27 強(qiáng)冰雹的主要雷達(dá)識(shí)別判據(jù)有哪些？答：主要雷達(dá)識(shí)別判據(jù)有：1、回波強(qiáng)度最大值及所在高度，強(qiáng)回波區(qū)（50DBZ）必須擴(kuò)展到0等溫線以上才能對(duì)強(qiáng)降雹的潛勢(shì)有所貢獻(xiàn)，當(dāng)強(qiáng)回波區(qū)擴(kuò)展到-20等溫線高度之上時(shí)，對(duì)強(qiáng)降雹的潛勢(shì)貢獻(xiàn)最大；2、具有寬闊的弱回波區(qū)或者有界弱回波區(qū)，特別是當(dāng)它們的上方存在強(qiáng)反射率因子核的風(fēng)暴最有利于大冰雹或強(qiáng)降雹的發(fā)生；3、風(fēng)暴頂強(qiáng)輻散；4、雷達(dá)回波的三體散射現(xiàn)象；5、零度層高度不能太高。28 雷暴大風(fēng)的主要雷達(dá)回波特征有哪些？答、一、反射率因子核心的持續(xù)下降伴隨中層的徑向輻合；二、弓形回波29 龍卷預(yù)警的主要思路是什么？答：一般來說，中層中氣旋越強(qiáng)，出現(xiàn)龍卷的概率就越大，與強(qiáng)龍卷相聯(lián)系的中氣旋特征有