1、新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)龍巖市氣象局 張深壽2013.03新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座第一章第一章 引論引論新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座雷達(dá) Radio Detection And Ranging 無(wú)線(xiàn)電探測(cè)和測(cè)距新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座中國(guó)新一代天氣雷達(dá)布網(wǎng)計(jì)劃新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座雷達(dá)氣象發(fā)展史 常規(guī)天氣雷達(dá)常規(guī)天氣雷達(dá) 數(shù)字化天氣雷達(dá)數(shù)字化天氣雷達(dá) 多普勒天氣雷達(dá)多普勒天氣雷達(dá) 未來(lái)未來(lái) 雙偏振、相控陣、多基地、多波長(zhǎng)、激光、雙偏振、相控陣、多基地、多波長(zhǎng)、激光、毫米波毫米波新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座我國(guó)雷達(dá)氣

2、象發(fā)展歷史1.常規(guī)天氣雷達(dá)常規(guī)天氣雷達(dá)50年代開(kāi)始使用軍事雷達(dá)58年引進(jìn)第一部天氣雷達(dá)60年代末711X波段2.數(shù)字化天氣雷達(dá)數(shù)字化天氣雷達(dá)70年代自行生產(chǎn)711、712、71380年代具有數(shù)字處理系統(tǒng)的714S波段，并引進(jìn)多普勒雷達(dá)3.多普勒天氣雷達(dá)多普勒天氣雷達(dá)90年代已生產(chǎn)出714CD、714SD型脈間相干99年對(duì)WSR-88D進(jìn)行改造新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座天氣雷達(dá)的發(fā)展天氣雷達(dá)的發(fā)展 云雨雷達(dá) 脈沖多普勒天氣雷達(dá)脈沖多普勒天氣雷達(dá) 雙偏振天氣雷達(dá) 實(shí)現(xiàn)對(duì)降水進(jìn)行分類(lèi)與識(shí)別 雙波長(zhǎng)天氣雷達(dá)推測(cè)被測(cè)粒子的大小 多參數(shù)天氣雷達(dá) 提供云及降水物的尺寸、相態(tài)和類(lèi)型等信息 雙/多基地

3、天氣雷達(dá) 能測(cè)出諸如風(fēng)場(chǎng)的三維矢量、降雨粒子的垂直速 度等信息 機(jī)載天氣雷達(dá) 雷達(dá)分辨力、精度和靈敏度好 相控陣天氣雷達(dá) 優(yōu)點(diǎn)很多，是天氣雷達(dá)的發(fā)展方向 新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座采用跳躍式電掃描波束和天線(xiàn)方向圖形狀的自適應(yīng)控制，使掃描和資料收集時(shí)間由6分鐘降至1分鐘以?xún)?nèi)；多波束可同時(shí)追蹤多目標(biāo)，大大提高獲取資料的時(shí)間分辨率，使探測(cè)能力顯著提高 。價(jià)格昂貴！新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)性能要求 對(duì)災(zāi)害性天氣有強(qiáng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力 良好的定量測(cè)量回波強(qiáng)度的性能 良好的多普勒測(cè)速能力 智能型探測(cè)系統(tǒng)，豐富的軟件和產(chǎn)品 和其他天氣預(yù)報(bào)

4、支持系統(tǒng)的銜接新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座 新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座強(qiáng)對(duì)流的監(jiān)測(cè)新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座20012001年年4 4月月2929日長(zhǎng)汀一次冰雹日長(zhǎng)汀一次冰雹過(guò)程的垂直剖面圖和反射率因子圖過(guò)程的垂直剖面圖和反射率因子圖新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座對(duì)天氣尺度和次天氣尺度降水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)對(duì)天氣尺度和次天氣尺度降水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)20052005年年5 5月月1 1日福建省中北部地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程。日福建省中北部地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程。新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座 2005年年3月月22日強(qiáng)颮線(xiàn)日強(qiáng)颮線(xiàn)新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座百合新一代天氣

5、雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座估測(cè)降水新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座風(fēng)場(chǎng)信息新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座CpolKurnell新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座我國(guó)新一代多普勒天氣雷達(dá)我國(guó)新一代多普勒天氣雷達(dá)CINRAD命名規(guī)定命名規(guī)定國(guó)內(nèi)獨(dú)立研制國(guó)內(nèi)獨(dú)立研制SC ( 714SDN ) SC ( 714SDN ) CC ( 3830CD ) CC ( 3830CD ) CD ( 714CDN )CD ( 714CDN )CC J( 3830CD J) CC J( 3830CD J) C C波段移動(dòng)型波段移動(dòng)型 兩大類(lèi)八種型號(hào)兩大類(lèi)八種型號(hào)中美合資生產(chǎn)中美合資生產(chǎn) SA S S波段增

6、強(qiáng)型波段增強(qiáng)型 SB S S波段標(biāo)準(zhǔn)型波段標(biāo)準(zhǔn)型 CA C C波段波段增強(qiáng)型增強(qiáng)型( (未生產(chǎn)未生產(chǎn)) ) CB C C波段標(biāo)準(zhǔn)型波段標(biāo)準(zhǔn)型新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座全相干全相干發(fā)射機(jī)、接收機(jī)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座雷達(dá)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（RDARDA）采用脈沖多普勒體制的全相干系統(tǒng)采用脈沖多普勒體制的全相干系統(tǒng) 速調(diào)管放大、高功率全相干發(fā)射機(jī) 窄波束低旁瓣的天線(xiàn) 低噪

7、聲寬動(dòng)態(tài)范圍的相干接收機(jī) 多參數(shù)的信號(hào)處理器 主要參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座發(fā)發(fā) 射射 機(jī)機(jī) 發(fā)射射頻（發(fā)射射頻（rf rf）信號(hào)。信號(hào)。 速調(diào)管放大器峰值功率速調(diào)管放大器峰值功率750750kwkw 非常穩(wěn)定的非常穩(wěn)定的1010厘米的射頻（厘米的射頻（rf rf）脈沖脈沖 穩(wěn)定穩(wěn)定 每個(gè)脈沖必須具有相同的初位相，以便提取多每個(gè)脈沖必須具有相同的初位相，以便提取多普勒信息普勒信息新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座天線(xiàn)天線(xiàn) 將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的rf信號(hào)以波束的形式發(fā)射到大氣信號(hào)以波束的形式發(fā)射到大氣 接受返回的能量（粒子的后向散射能量）。接受返回的能量（粒子的后

8、向散射能量）。 仰角變化范圍是從仰角變化范圍是從0.5度到度到19.5度。度。 天線(xiàn)仰角的設(shè)置天線(xiàn)仰角的設(shè)置 掃描方式（掃描方式（scan strategy共有三種）共有三種） 體掃模式（體掃模式（volume coverage pattern ：VCP） 工作模式工作模式（operational mode 晴空和降水兩種模式）晴空和降水兩種模式） 新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座天線(xiàn)掃描方式天線(xiàn)掃描方式（scan strategy）掃描方式告訴雷達(dá)在一次體積掃描（掃描方式告訴雷達(dá)在一次體積掃描（volume scan）中使用多少仰角和時(shí)間。中使用多少仰角和時(shí)間。WSR-88D 和和 CI

9、NRAD WSR-98D 使用三種掃描方式：使用三種掃描方式： 掃描方式掃描方式#1：5分鐘完成分鐘完成14個(gè)不同仰角上的掃描個(gè)不同仰角上的掃描（14/5） 掃描方式掃描方式#2：6分鐘完成分鐘完成9個(gè)不同仰角上的掃描個(gè)不同仰角上的掃描（9/6） 掃描方式掃描方式#3：10分鐘完成分鐘完成5個(gè)不同仰角上的掃描個(gè)不同仰角上的掃描（5/10）新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座體掃模式體掃模式 (VCP:Volume Cover Pattern）掃描方式確定一次體積掃中使用多少個(gè)仰角，而具體掃描方式確定一次體積掃中使用多少個(gè)仰角，而具體是哪些仰角則由體掃模式來(lái)規(guī)定是哪些仰角則由體掃模式來(lái)規(guī)定。WS

10、R-88D WSR-88D 可有可有2020個(gè)不同個(gè)不同的的VCPVCP，目前只定義了其中的目前只定義了其中的4 4個(gè)：個(gè)： VCP11VCP11 - VCP11 - VCP11（scan strategy #1scan strategy #1，version 1version 1）規(guī)定規(guī)定5 5分鐘內(nèi)對(duì)分鐘內(nèi)對(duì)1414個(gè)具體仰角的掃描方式。個(gè)具體仰角的掃描方式。 VCP21 - VCP21 VCP21 - VCP21 （scan strategy #2scan strategy #2，version 1version 1）規(guī)定規(guī)定6 6分鐘內(nèi)對(duì)分鐘內(nèi)對(duì)9 9個(gè)具體仰角的掃描方個(gè)具體仰角的掃描

11、方式。式。 VCP31VCP31 - VCP31 - VCP31 （scan strategy #3scan strategy #3，version 1version 1）規(guī)定規(guī)定1010分鐘內(nèi)對(duì)分鐘內(nèi)對(duì)5 5個(gè)具體仰角的掃描方式。個(gè)具體仰角的掃描方式。 VCP32VCP32 - VCP32 - VCP32（scan strategy #3scan strategy #3，version 2version 2）確定的確定的1010分鐘完成的分鐘完成的5 5個(gè)具體仰角與個(gè)具體仰角與VCP31VCP31相同。不同之處相同。不同之處在于在于VCP31VCP31使用長(zhǎng)雷達(dá)脈沖而使用長(zhǎng)雷達(dá)脈沖而VCP3

12、2VCP32使用短脈沖。使用短脈沖。 新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座 值得注意的是： 雷達(dá)在0.5度和1.45度仰角上分別作兩次掃描，在其他仰角上只作一次掃描。在兩次掃描中：第一次發(fā)射低脈沖重復(fù)頻率，觀(guān)測(cè)范圍大（460km），為了避免速度模糊。第二次發(fā)射高脈沖重復(fù)頻率，觀(guān)測(cè)的范圍?。?30km），為了避免距離模糊。新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座工作模式工作模式（Operational Mode）WSR-88DWSR-88D使用兩種工作模式，即使用兩種工作模式，即降水模式降水模式和和晴空模式晴空模式。雷達(dá)的工作模

13、式?jīng)Q定了使用哪種。雷達(dá)的工作模式?jīng)Q定了使用哪種VCPVCP，而而VCPVCP又確定了具體的掃描方式。又確定了具體的掃描方式。工作模式工作模式A A：降水模式使用降水模式使用VCP11VCP11或或VCP21VCP21，相應(yīng)的掃描方式分別為相應(yīng)的掃描方式分別為14/5 14/5 和和9/69/6。工作模式工作模式B B：晴空模式使用晴空模式使用VCP31VCP31或或VCP32VCP32，兩者都使用掃描方式兩者都使用掃描方式5/105/10。新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座雷達(dá)雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPGRPG） 具有雷達(dá)產(chǎn)品生成具有雷達(dá)產(chǎn)品生成、產(chǎn)品分發(fā)、運(yùn)行、產(chǎn)品分發(fā)、運(yùn)行監(jiān)控監(jiān)控、系統(tǒng)、系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)通信、數(shù)據(jù)存檔等通信、數(shù)據(jù)存檔等多種多種功能功能新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座3 3、主用戶(hù)處理器子系統(tǒng)（主用戶(hù)處理器子系統(tǒng)（PUPPUP） 產(chǎn)品請(qǐng)求 產(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理 產(chǎn)品顯示 狀態(tài)監(jiān)視 產(chǎn)品編輯注釋新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座新一代天氣雷達(dá)講座天氣雷達(dá)的局限性1.波束中