1、雷達(dá)氣象學(xué)電子版（第二版）第1頁，共32頁。第2頁，共32頁。 目 錄第一章 緒論第二章 雷達(dá)探測大氣的基礎(chǔ)知識(shí)第三章 雷達(dá)氣象方程第四章 多普勒天氣雷達(dá)第五章 天氣雷達(dá)產(chǎn)品與算法第六章 天氣雷達(dá)回波的識(shí)別技術(shù)第七章 中小尺度天氣系統(tǒng)的回波特征第八章 大尺度天氣系統(tǒng)的回波特征第3頁，共32頁。第一章 緒論 1.1 概述1.2 天氣雷達(dá)發(fā)展歷史1.3 天氣雷達(dá)工作原理第4頁，共32頁。第一節(jié) 概述第5頁，共32頁。 名字：“雷達(dá)”是Radio Detection And Ranging縮寫Radar的音譯,字面上含義是無線電探測和測距。 雷達(dá)：是用無線電方法發(fā)現(xiàn)并測定空間目標(biāo)的位置。 用途：從二

2、次世界大戰(zhàn)后雷達(dá)技術(shù)引用到氣象部門至今已有50多年歷史。用于探測云、雨、降水、監(jiān)測強(qiáng)對流天氣的天氣雷達(dá)已成為雷達(dá)技術(shù)中的一個(gè)分支，天氣雷達(dá)是大氣監(jiān)測的重要手段之一，在突發(fā)性、災(zāi)害性的監(jiān)測、預(yù)報(bào)和警報(bào)中具有極為重要的作用。目前約有1000部以上的天氣雷達(dá)布設(shè)在世界各地，為人類造福。1、雷達(dá)及其作用第6頁，共32頁。雷達(dá)氣象學(xué) 利用天氣雷達(dá)，進(jìn)行大氣探測和研究雷達(dá)波與大氣相互作用的學(xué)科，它是大氣物理學(xué)、大氣探測和天氣學(xué)共同研究的一個(gè)分支。 2、雷達(dá)氣象學(xué)研究的主要內(nèi)容第7頁，共32頁。2、雷達(dá)氣象學(xué)研究的主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論、分析應(yīng)用、探測方法與技術(shù)三部分?；A(chǔ)理論方面包括云和降水粒子對雷達(dá)波的散

3、射；微波經(jīng)過大氣、云和降水粒子時(shí)的衰減；氣象條件對雷達(dá)波傳播的影響，如大氣折射、大氣不均勻結(jié)構(gòu)的散射等。 分析應(yīng)用方面包括雷達(dá)測量降水和云中的含水量；天氣系統(tǒng)(特別是中小尺度系統(tǒng))的雷達(dá)回波在天氣分析預(yù)報(bào)上的應(yīng)用，在云和降水物理探測研究上的應(yīng)用；多普勒雷達(dá)和各種波長的新型雷達(dá)在風(fēng)的水平結(jié)構(gòu)和鉛直結(jié)構(gòu)、鉛直氣流速度、降水粒子譜、晴空回波、大氣湍流等的探測研究中的應(yīng)用。探測方法與技術(shù)方面包括各種天氣雷達(dá)資料的處理和傳輸?shù)?。?頁，共32頁。第二節(jié) 天氣雷達(dá)發(fā)展歷史第9頁，共32頁。常規(guī)天氣雷達(dá)：是一種模擬信號(hào)雷達(dá)、將云雨降水質(zhì)點(diǎn)散射回的信號(hào)在模擬顯示器上顯示,給出降水及其云體的空間位置和范圍。數(shù)字

4、化天氣雷達(dá)：,雷達(dá)不僅觀測降水的空間分布,進(jìn)一步定量估測降水強(qiáng)度和雨量的分布,同時(shí)還提供給用戶多種圖像圖形產(chǎn)品。獲得的探測信息少、技術(shù)性能偏低、可靠性和穩(wěn)定差、組網(wǎng)能力弱等。多普勒天氣雷達(dá)：作為新一代天氣雷達(dá)在氣象業(yè)務(wù)探測中得到更多的應(yīng)用,它不僅提供降水分布和定量估測,還提供了降水區(qū)內(nèi)風(fēng)場信息,增添了預(yù)示天氣未來變化的信息。目前世界各國氣象業(yè)務(wù)使用 50多年來,天氣雷達(dá)的發(fā)展大致經(jīng)歷了3個(gè)階段,常規(guī)天氣雷達(dá)、數(shù)字化天氣雷達(dá)和多普勒天氣雷達(dá)。1、雷達(dá)氣象發(fā)展史 第10頁，共32頁。 二十世紀(jì)40年代，雷達(dá)開始用于降水天氣過程的探測，這一時(shí)期主要是建立雷達(dá)氣象學(xué)的理論基礎(chǔ)的階段；50年代是從定性研

5、究轉(zhuǎn)入定量研究的階段，其中包括定量測雨和定量顯示反射率，以及對雷達(dá)信號(hào)脈動(dòng)、偏振等現(xiàn)象的研究。50年代后期和60年代初期，許多國家建立了天氣雷達(dá)站網(wǎng)，促進(jìn)了雷達(dá)氣象學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。 二十世紀(jì)60年代及其以后，雷達(dá)氣象學(xué)在多方面得到了新的發(fā)展：天氣雷達(dá)方程精度的改進(jìn)；晴空回波在理論研究和探測技術(shù)上得到新的進(jìn)展；由湍流不均勻介質(zhì)散射理論，給出了散射強(qiáng)度和湍流結(jié)構(gòu)的關(guān)系，為大氣結(jié)構(gòu)、晴空湍流、大氣波動(dòng)、熱對流、大氣風(fēng)場、鉛直氣流速度等的探測和研究開辟了新的途徑。同時(shí)，天氣雷達(dá)在資料的實(shí)時(shí)處理和觀測結(jié)果的傳輸方面也取得了很大進(jìn)展，并出現(xiàn)了定量探測的數(shù)字天氣雷達(dá)網(wǎng)。 近二十年來最突出的發(fā)展是，多普勒雷達(dá)

6、在大氣遙感探測和研究工作中的應(yīng)用，如探測降水云內(nèi)和晴空大氣中水平風(fēng)場和鉛直風(fēng)場、降水滴譜和大氣湍流等。多普勒雷達(dá)還為龍卷的探測和短時(shí)間預(yù)報(bào)提供了有效的工具。在完成多部雷達(dá)聯(lián)合組網(wǎng)實(shí)時(shí)定量探測的基礎(chǔ)上，可利用雷達(dá)測雨的觀測資料，結(jié)合衛(wèi)星觀測，進(jìn)行更大范圍的降水預(yù)報(bào)。1、雷達(dá)氣象發(fā)展史 第11頁，共32頁。2、我國雷達(dá)氣象發(fā)展歷史常規(guī)天氣雷達(dá)50年代開始使用軍事雷達(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)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WSR-88

7、D進(jìn)行改造，第一部先進(jìn)的S波段全相干脈沖多普勒雷達(dá)CINRAD/CC 3824型第12頁，共32頁。我國新一代天氣雷達(dá)建設(shè) 中國氣象局規(guī)劃將雷達(dá)數(shù)量由原計(jì)劃的126部調(diào)整為158部，其中S波段雷達(dá)87部，C波段雷達(dá)71部；因人工影響天氣等需求，還打算開展X波段雷達(dá)建設(shè)。 第13頁，共32頁。第14頁，共32頁。 到2008年，完成158部S波段和C波段新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)的布點(diǎn)建設(shè)，形成基本覆蓋全國的天氣雷達(dá)監(jiān)測網(wǎng)。到2015年，根據(jù)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展需求，在服務(wù)重點(diǎn)地區(qū)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)建設(shè)30部左右 新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)，再通過適當(dāng)數(shù)量小型雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對低層風(fēng)、近地表降水和山區(qū)天氣現(xiàn)象的地理覆蓋，形成精

8、細(xì)網(wǎng)格的雷達(dá)布局；形成完備的新一代天氣雷達(dá)綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和支持保障體系，達(dá)到對中小尺度天氣及暴雨雨量、雨區(qū)的定點(diǎn)、定量的預(yù)警功能；開展雙偏振、相控陣、多基地、多波長、激光、毫米波等先進(jìn)技術(shù)試驗(yàn)，對已建雷達(dá)完成雙線偏振功能升級(jí)改造，新建雷達(dá)應(yīng)采用雙線偏振技術(shù)。天氣雷達(dá)發(fā)展規(guī)劃（20012015年）第15頁，共32頁。 一般，在沿海地區(qū)安裝 S波段雷達(dá)，內(nèi)陸地區(qū)安裝 C波段雷達(dá)，這樣可以減少衰減，成本也較小。 S波段雷達(dá)與 C波段雷達(dá)價(jià)格相差1倍。天氣雷達(dá)發(fā)展歷史 第16頁，共32頁。中國氣象局頒發(fā)了新一代多普勒天氣雷達(dá)統(tǒng)一型號(hào)命名規(guī)定：國內(nèi)獨(dú)立研制SC ( 714SDN ) CC ( 3830

9、CD ) CD ( 714CDN )CC J( 3830CD J) C波段移動(dòng)型 CINRAD產(chǎn)品型號(hào)，分為兩類八種型號(hào)中美合資生產(chǎn) SA S波段增強(qiáng)型 SB S波段標(biāo)準(zhǔn)型 CA C波段增強(qiáng)型 CB C波段標(biāo)準(zhǔn)型第17頁，共32頁。合肥雷達(dá)樓 1999年安裝的第一部多普勒雷達(dá)。第18頁，共32頁。天氣雷達(dá) 云雨雷達(dá) 脈沖多普勒天氣雷達(dá) 雙偏振天氣雷達(dá) 實(shí)現(xiàn)對降水進(jìn)行分類與識(shí)別雙波長天氣雷達(dá) 推測被測粒子的大小 多參數(shù)天氣雷達(dá) 提供云及降水物的尺寸、相態(tài)和類型等信息 雙/多基地天氣雷達(dá) 能測出諸如風(fēng)場的三維矢量、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 第19頁，共32頁。波長3.2cm直徑1.5m增益38dB功率75kW波長3.2cm直徑5.5m,1.1m功率180kW波長5.6cm直徑3.7m增益38dB功率250kW第20頁，共32頁。波長10.7cm直徑4m增益36dB功率600kW波長11.3cm直徑5.7m,2.2m增益38dB功率1MW第21頁，共32頁。中國新一代天氣雷達(dá) 第22頁，共32頁。 一是降水粒子的后向散射形成的。 二是由于晴空大氣折射指數(shù)不均勻產(chǎn)生的后向“散射”