新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用

肖鵬達(dá)州市氣象臺(tái)Tel一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用肖鵬達(dá)州市氣象臺(tái)Tel:0818-2

目錄

1.引論

2.基本原理

3.速度圖識(shí)別4.多普勒天氣雷達(dá)資料在業(yè)務(wù)中的應(yīng)用目1.1中國新一代天氣雷達(dá)布網(wǎng)計(jì)劃

我國新一代天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)組網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)是：在我國東部和中部地區(qū)，裝備先進(jìn)的新一代S頻段和C頻段多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)，組成探測(cè)空間相互銜接覆蓋的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供降水強(qiáng)度、平均徑向速度和頻譜寬度等信息。對(duì)降水，特別是暴雨、熱帶氣旋、強(qiáng)對(duì)流等災(zāi)害性天氣和重要天氣系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和警報(bào)。

我國業(yè)務(wù)組網(wǎng)的新一代天氣雷達(dá)（CINRAD），其主要性能已經(jīng)專家討論提出，確定采用WSR-88D的指標(biāo)。1.引論1.1中國新一代天氣雷達(dá)布網(wǎng)計(jì)劃 我國新一代天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)組中國新一代天氣雷達(dá)的型號(hào)S波段：CINRAD-SA（WSR-98D）CINRAD-SBCINRAD-SCC波段：CINRAD-CBCINRAD-CCCINRAD-CCJCINRAD-CD中國新一代天氣雷達(dá)的型號(hào)S波段：山東濱州安徽合肥山東濱州安徽合肥廣州雷達(dá)廣州雷達(dá)龍巖雷達(dá)龍巖雷達(dá)南昌雷達(dá)南昌雷達(dá)天津雷達(dá)天津雷達(dá)宜昌雷達(dá)宜昌雷達(dá)建陽雷達(dá)建陽雷達(dá)阿克蘇雷達(dá)阿克蘇雷達(dá)哈爾濱雷達(dá)哈爾濱雷達(dá)昆明雷達(dá)昆明雷達(dá)達(dá)州雷達(dá)達(dá)州雷達(dá)1.2應(yīng)用領(lǐng)域強(qiáng)對(duì)流天氣的監(jiān)測(cè)與預(yù)警

主要災(zāi)害：災(zāi)害性大風(fēng)、冰雹和暴洪天氣尺度和次天氣尺度降水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)降水測(cè)量風(fēng)的測(cè)量

（VAD風(fēng)廓線）數(shù)據(jù)同化1.2應(yīng)用領(lǐng)域艾利臺(tái)風(fēng)艾利臺(tái)風(fēng)四川雷達(dá)拼圖四川雷達(dá)拼圖1.3新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

雷達(dá)的主要構(gòu)成和數(shù)據(jù)流雷達(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）雷達(dá)產(chǎn)品的用戶主用戶處理器（PUP）雷達(dá)探測(cè)范圍與局限性1.3新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述雷達(dá)的主要構(gòu)成和數(shù)據(jù)流雷達(dá)的主要構(gòu)成和數(shù)據(jù)流

新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)由五個(gè)主要部分構(gòu)成：雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA）、寬/窄帶通訊子系統(tǒng)（WNC）、雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPG）、主用戶處理器（PUP）和附屬安裝設(shè)備。

主要構(gòu)成和數(shù)據(jù)流見下圖。雷達(dá)的主要構(gòu)成和數(shù)據(jù)流 雷達(dá)的主要構(gòu)成雷達(dá)的主要構(gòu)成雷達(dá)數(shù)據(jù)流示意圖雷達(dá)數(shù)據(jù)流示意圖雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)RDA

RDA是用戶所使用的雷達(dá)數(shù)據(jù)的采集單元。新一代天氣雷達(dá)的RDA由四個(gè)部分構(gòu)成：發(fā)射機(jī)，天線，接收機(jī)和信號(hào)處理器。它的主要功能是產(chǎn)生和發(fā)射射頻脈沖，接收目標(biāo)物對(duì)這些脈沖的反射能量，并通過數(shù)字化形成基數(shù)據(jù)。RDA的上述功能是由RDA計(jì)算機(jī)監(jiān)視和控制的。

發(fā)射機(jī)天線接收機(jī)信號(hào)處理器RDA內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄寬帶通訊雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)RDA RDA是用戶所使用的雷達(dá)數(shù)據(jù)的采發(fā)射機(jī)

取得雷達(dá)數(shù)據(jù)的第一步是發(fā)射一個(gè)射頻（rf）信號(hào)。這主要由速調(diào)管放大器（相當(dāng)于老式雷達(dá)中的的磁控管）來完成。該放大器產(chǎn)生一個(gè)高功率（峰值功率750kw）非常穩(wěn)定的10厘米的射頻（rf）脈沖。

在這里穩(wěn)定是非常重要的，產(chǎn)生的每個(gè)脈沖必須具有相同的初位相以保證回波信號(hào)中的多普勒信息能夠被提取。一旦rf脈沖被產(chǎn)生，就被送到天線。發(fā)射機(jī)天線

天線是RDA的一個(gè)部件，它將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的rf信號(hào)以波束的形式發(fā)射到大氣并接受返回的能量。天線仰角的變化范圍是從-1.0度到60度（CINRADWSR98-D是從-1.2度到90.2度）。天線仰角的設(shè)置取決于天線的掃描方式（scanstrategy共有三種）、體掃模式（volumecoveragepattern：VCP）和工作模式（operationalmode分為晴空和降水兩種模式）。雷達(dá)操作員不能手動(dòng)調(diào)節(jié)天線仰角，天線仰角只能通過上述三要素預(yù)設(shè)。天線新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件掃描方式（scanstrategy）

掃描方式告訴雷達(dá)在一次體積掃描（volumescan）中使用多少仰角和時(shí)間。WSR-88D和CINRADWSR-98D使用三種掃描方式：掃描方式#1：5分鐘完成14個(gè)不同仰角上的掃描（14/5）掃描方式#2：6分鐘完成9個(gè)不同仰角上的掃描（9/6）掃描方式#3：10分鐘完成5個(gè)不同仰角上的掃描（5/10）掃描方式（scanstrategy）體掃模式

(VCP:VolumeCoverPattern）

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規(guī)定。WSR-88D可有20個(gè)不同的VCP，目前只定義了其中的4個(gè)：

VCP11---VCP11（scanstrategy#1，version1）規(guī)定5分鐘內(nèi)對(duì)14個(gè)具體仰角的掃描方式。

VCP21---VCP21（scanstrategy#2，version1）規(guī)定6分鐘內(nèi)對(duì)9個(gè)具體仰角的掃描方式。

VCP31---VCP31（scanstrategy#3，version1）規(guī)定10分鐘內(nèi)對(duì)5個(gè)具體仰角的掃描方式。

VCP32---VCP32（scanstrategy#3，version2）確定的10分鐘完成的5個(gè)具體仰角與VCP31相同。不同之處在于VCP31使用長雷達(dá)脈沖而VCP32使用短脈沖。

WSR-98D未定義VCP32。

體掃模式(VCP:VolumeCoverPattern工作模式（OperationalMode）

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，而VCP又確定了具體的掃描方式。

工作模式A：降水模式使用VCP11或VCP21，相應(yīng)的掃描方式分別為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。工作模式（OperationalMode）新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件接收機(jī)

當(dāng)天線接收返回（后向散射）能量時(shí)，它把信號(hào)傳送給接收機(jī)。由于接收到的回波能量很小，所以在以模擬信號(hào)的形式傳送給信號(hào)處理器之前必須由接收機(jī)進(jìn)行放大。接收機(jī)信號(hào)處理器

當(dāng)接收到接收機(jī)傳來的模擬信號(hào)后，信號(hào)處理器完成三個(gè)重要的功能：地物雜波消除，模擬信號(hào)向數(shù)字化的基本數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，以及退多譜勒數(shù)據(jù)的距離折疊。

地物雜波消除：氣象目標(biāo)回波和地物回波的主要區(qū)別是地物目標(biāo)不運(yùn)動(dòng)。信號(hào)處理器利用目標(biāo)物運(yùn)動(dòng)與否作為主要判據(jù)消除地物的回波。

A/D變換：信號(hào)處理器的主要任務(wù)之一是將由接收機(jī)獲取的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成三種數(shù)字化的基數(shù)據(jù)。它們是基反射率因子（basereflectivity），基速度（basevelocity）和基譜寬（basespectrumwidth）。

退距離折疊（rangeunfolding）：為了精確地測(cè)量徑向速度，WSR-88D雷達(dá)有時(shí)采用較高的PRF（脈沖重復(fù)頻率）。此時(shí)，其最大不模糊距離較短。雷達(dá)可收到位于其最大不模糊距離之外的目標(biāo)物的較強(qiáng)回波，并將目標(biāo)物誤認(rèn)為是位于其最大不模糊距離之內(nèi)，從而產(chǎn)生距離折疊（rangefolding）。信號(hào)處理器的一個(gè)重要任務(wù)是消除這些折疊，這個(gè)處理過程稱為退距離折疊。信號(hào)處理器RDA內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄

第一級(jí)數(shù)據(jù)：這是指原始的由接收機(jī)輸出的模擬數(shù)據(jù)，目前還沒有對(duì)這類數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

第二級(jí)數(shù)據(jù)（基數(shù)據(jù)）：WSR-88D二級(jí)數(shù)據(jù)是由信號(hào)處理器產(chǎn)生的WSR-88D系統(tǒng)的最高時(shí)空精度的高分辨率基數(shù)據(jù)（反射率因子，平均徑向速度和速度譜寬）。這些數(shù)據(jù)在由各種氣象算法進(jìn)行處理前存儲(chǔ)下來。

RDA內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄寬帶通訊

寬帶通訊裝置提供RDA和RPG間的高速雙向（1.54兆/秒）數(shù)據(jù)傳輸。RDA和RPG可同在一處，也可相距幾十公里。根據(jù)距離的不同，所使用的通訊介質(zhì)也有所不同，從用于短距離通訊的導(dǎo)線到用于稍長距離通訊的光纜。寬帶通訊RDA監(jiān)控系統(tǒng)

RDA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控任務(wù)由RDA監(jiān)控計(jì)算機(jī)運(yùn)行RDASC程序來完成。該程序的運(yùn)行即可以從位于RDA的操作維護(hù)控制臺(tái)進(jìn)行控制（稱為本控），也可以從位于RPG的雷達(dá)控制臺(tái)UCP進(jìn)行控制（稱為遙控）。本控可完成全部的RDA監(jiān)控任務(wù)，遙控可完成大部分RDA監(jiān)控任務(wù)。

RDA監(jiān)控的主要功能包括監(jiān)測(cè)和標(biāo)定RDA硬件、形成RDA基數(shù)據(jù)和信息頭數(shù)據(jù)（時(shí)間、仰角和標(biāo)定參數(shù)等）、管理寬帶通訊、控制RDA和控制信號(hào)處理。RDA監(jiān)控系統(tǒng)RDA線路示意圖RDA線路示意圖雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)RPG

RPG是一個(gè)多功能的單元。它由寬帶通訊線路從RDA接受數(shù)字化的基數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理生成各種產(chǎn)品，并將產(chǎn)品通過窄帶通訊線路傳給用戶。RPG還可以通過雷達(dá)控制臺(tái)（UCP）對(duì)RDA進(jìn)行監(jiān)控（遙控方式）。RPG是整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的指令中心。

CINRADWSR-98D的RPG目前采用DELL公司生產(chǎn)的PC機(jī)，最低配置內(nèi)存為128MB，CPU采用奔騰III-500以上芯片。

雷達(dá)控制臺(tái)UCP是RPG的操作界面，可以實(shí)時(shí)地對(duì)RPG和RDA進(jìn)行控制。UCP采用流行的窗口界面。主要的命令集成在菜單和工具欄中，使用這些命令可實(shí)現(xiàn)對(duì)RPG和RDA的有效控制。UCP為雷達(dá)操作員提供了一個(gè)可以與RPG和RDA系統(tǒng)人機(jī)交互的界面。雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)RPG

RPG是一個(gè)多功能的單元。它由新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件RPG的主要功能

產(chǎn)品生成產(chǎn)品分發(fā)第三級(jí)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存（只儲(chǔ)存按有關(guān)規(guī)定事先選好的產(chǎn)品。該級(jí)別數(shù)據(jù)的記錄和儲(chǔ)存是必須的）通過UCP(雷達(dá)控制臺(tái)）對(duì)整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行控制。RPG的主要功能

產(chǎn)品生成雷達(dá)（WSR-88D）產(chǎn)品的用戶主要用戶

主要用戶處理器（PUP）

關(guān)聯(lián)（APUP）

非關(guān)聯(lián)（NAPUP）

標(biāo)準(zhǔn)NAPUP

特殊應(yīng)用NAPUP

主要用戶外部系統(tǒng)（PUES）其它用戶雷達(dá)（WSR-88D）產(chǎn)品的用戶主用戶處理器PUP

主用戶處理器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@示在圖形監(jiān)視器上。因此，預(yù)報(bào)員應(yīng)當(dāng)熟練掌握PUP的基本操作。

PUP（CINRADWSR-98D）的操作界面主要分為4個(gè)區(qū)域：視窗、菜單、工具欄和狀態(tài)欄。視窗進(jìn)一步分為3個(gè)子區(qū)域：圖象區(qū)、標(biāo)注區(qū)和屬性表區(qū)。在產(chǎn)品有顯示狀態(tài)下菜單的種類有12個(gè)。工具欄有4種：常規(guī)工具欄、動(dòng)畫工具欄、警報(bào)信息欄和編輯工具欄。狀態(tài)顯示欄的狀態(tài)信息有三種。主用戶處理器PUPPUP的主要功能產(chǎn)品請(qǐng)求（獲?。┊a(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理產(chǎn)品顯示產(chǎn)品編輯注釋狀態(tài)監(jiān)視PUP的主要功能1.4一些雷達(dá)圖象的例子1.4一些雷達(dá)圖象的例子新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件基反射率因子基反射率因子基本徑向速度基本徑向速度組合反射率組合反射率回波頂高回波頂高垂直累積液態(tài)水含量垂直累積液態(tài)水含量一小時(shí)累積雨量一小時(shí)累積雨量三小時(shí)累積降水三小時(shí)累積降水垂直風(fēng)廓線圖垂直風(fēng)廓線圖

2.基本原理2.1粒子對(duì)雷達(dá)波的散射2.2回波信息的提取（I和Q）2.3距離折疊與速度模糊2.4體掃方式（VCP11、VCP21、VCP31和VCP32）2.5數(shù)據(jù)質(zhì)量的改善：地物雜波抑制、距離去折疊和速度退模糊2.6雷達(dá)的局限內(nèi)容略詳見《新一代天氣雷達(dá)復(fù)習(xí)筆記》2.基本原理內(nèi)容略詳見《新一代天氣雷達(dá)復(fù)習(xí)筆記》

3.多普勒徑向速度場(chǎng)流型的識(shí)別速度圖分析步驟：確定零速度線和速度來去向區(qū)域識(shí)別速度模糊，確定來去向速度值注意仰角，計(jì)算各特征區(qū)對(duì)應(yīng)的高度位置掌握最近時(shí)次天氣形勢(shì)，結(jié)合中尺度概念模式的流場(chǎng)特征，分析多普勒速度資料的天氣意義配合反射率因子的觀測(cè)情況，得出綜合分析意見3.多普勒徑向速度場(chǎng)流型的識(shí)別速度圖分析步驟：大尺度連續(xù)風(fēng)場(chǎng)的識(shí)別大尺度連續(xù)風(fēng)場(chǎng)的識(shí)別

3.多普勒徑向速度場(chǎng)流型的識(shí)別3.1.大中尺度風(fēng)場(chǎng)特征的識(shí)別基本原則：根據(jù)徑向風(fēng)的分布反推實(shí)際風(fēng)，主要依據(jù)是零等速度線的分布

3.1.1大中尺度連續(xù)風(fēng)場(chǎng)的識(shí)別

3.1.2大中尺度不連續(xù)風(fēng)場(chǎng)的識(shí)別3.2.2-20公里小尺度風(fēng)場(chǎng)特征的識(shí)別3.多普勒徑向速度場(chǎng)流型的識(shí)別3.1.大中尺確定雷達(dá)上空大尺度流場(chǎng)風(fēng)向的原理確定雷達(dá)上空大尺度流場(chǎng)風(fēng)向的原理大尺度連續(xù)風(fēng)場(chǎng)的識(shí)別大尺度連續(xù)風(fēng)場(chǎng)的識(shí)別大尺度不連續(xù)風(fēng)場(chǎng)的識(shí)別大尺度不連續(xù)風(fēng)場(chǎng)的識(shí)別新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件中g(shù)ama尺度（2-20km）流場(chǎng)特征的識(shí)別中g(shù)ama尺度（2-20km）流場(chǎng)特征的識(shí)別新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件小尺度風(fēng)場(chǎng)特征的識(shí)別小尺度風(fēng)場(chǎng)特征的識(shí)別4.多普勒天氣雷達(dá)在業(yè)務(wù)中的具體應(yīng)用我們?cè)诮鼛啄陮?duì)多普勒天氣雷達(dá)的應(yīng)用總結(jié)出幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：1、多普勒天氣雷達(dá)相當(dāng)于醫(yī)學(xué)上的“CT”，分辨率高，對(duì)降水，特別是暴雨、強(qiáng)對(duì)流等災(zāi)害性天氣和重要天氣系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和警報(bào)。2、新一代多普勒天氣雷達(dá)的產(chǎn)品是反射率因子、徑向速度、譜寬，其衍生（經(jīng)RPG中的氣象算法得到）的產(chǎn)品也很多如組合反射率、回波頂高、垂直剖面等等。3、降水算法估計(jì)的降水量，一般根據(jù)Z-R關(guān)系式得出。Z=ARbZ為回波強(qiáng)度，R為降水量,A和b為常量。層狀云降雨Z=200R1.6

地形雨Z=31R1.71

雷陣雨Z=486R1.37

WSR-88DZ=300R1.4

4.多普勒天氣雷達(dá)在業(yè)務(wù)中的具體應(yīng)用我們?cè)诮鼛啄陮?duì)多普勒天降水率與dBZ降水率與dBZ4、在實(shí)際業(yè)務(wù)中，必須將多普勒天氣雷達(dá)資料與常規(guī)氣象資料、衛(wèi)星資料、地面區(qū)域自動(dòng)氣象站資料進(jìn)行綜合分析。5、經(jīng)?？偨Y(jié)、歸納。如掌握強(qiáng)風(fēng)暴、超級(jí)單體風(fēng)暴、颮線、冰雹等等強(qiáng)對(duì)流天氣各階段的回波特征（形態(tài)、強(qiáng)度），對(duì)于開展短臨預(yù)報(bào)有積極的作用。4、在實(shí)際業(yè)務(wù)中，必須將多普勒天氣雷達(dá)資料與常規(guī)氣象資料、衛(wèi)謝謝！謝謝！新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用

肖鵬達(dá)州市氣象臺(tái)Tel一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用肖鵬達(dá)州市氣象臺(tái)Tel:0818-2

目錄

1.引論

2.基本原理

3.速度圖識(shí)別4.多普勒天氣雷達(dá)資料在業(yè)務(wù)中的應(yīng)用目1.1中國新一代天氣雷達(dá)布網(wǎng)計(jì)劃

我國新一代天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)組網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)是：在我國東部和中部地區(qū)，裝備先進(jìn)的新一代S頻段和C頻段多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)，組成探測(cè)空間相互銜接覆蓋的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供降水強(qiáng)度、平均徑向速度和頻譜寬度等信息。對(duì)降水，特別是暴雨、熱帶氣旋、強(qiáng)對(duì)流等災(zāi)害性天氣和重要天氣系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和警報(bào)。

我國業(yè)務(wù)組網(wǎng)的新一代天氣雷達(dá)（CINRAD），其主要性能已經(jīng)專家討論提出，確定采用WSR-88D的指標(biāo)。1.引論1.1中國新一代天氣雷達(dá)布網(wǎng)計(jì)劃 我國新一代天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)組中國新一代天氣雷達(dá)的型號(hào)S波段：CINRAD-SA（WSR-98D）CINRAD-SBCINRAD-SCC波段：CINRAD-CBCINRAD-CCCINRAD-CCJCINRAD-CD中國新一代天氣雷達(dá)的型號(hào)S波段：山東濱州安徽合肥山東濱州安徽合肥廣州雷達(dá)廣州雷達(dá)龍巖雷達(dá)龍巖雷達(dá)南昌雷達(dá)南昌雷達(dá)天津雷達(dá)天津雷達(dá)宜昌雷達(dá)宜昌雷達(dá)建陽雷達(dá)建陽雷達(dá)阿克蘇雷達(dá)阿克蘇雷達(dá)哈爾濱雷達(dá)哈爾濱雷達(dá)昆明雷達(dá)昆明雷達(dá)達(dá)州雷達(dá)達(dá)州雷達(dá)1.2應(yīng)用領(lǐng)域強(qiáng)對(duì)流天氣的監(jiān)測(cè)與預(yù)警

主要災(zāi)害：災(zāi)害性大風(fēng)、冰雹和暴洪天氣尺度和次天氣尺度降水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)降水測(cè)量風(fēng)的測(cè)量

（VAD風(fēng)廓線）數(shù)據(jù)同化1.2應(yīng)用領(lǐng)域艾利臺(tái)風(fēng)艾利臺(tái)風(fēng)四川雷達(dá)拼圖四川雷達(dá)拼圖1.3新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

雷達(dá)的主要構(gòu)成和數(shù)據(jù)流雷達(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）雷達(dá)產(chǎn)品的用戶主用戶處理器（PUP）雷達(dá)探測(cè)范圍與局限性1.3新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述雷達(dá)的主要構(gòu)成和數(shù)據(jù)流雷達(dá)的主要構(gòu)成和數(shù)據(jù)流

新一代天氣雷達(dá)系統(tǒng)由五個(gè)主要部分構(gòu)成：雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA）、寬/窄帶通訊子系統(tǒng)（WNC）、雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPG）、主用戶處理器（PUP）和附屬安裝設(shè)備。

主要構(gòu)成和數(shù)據(jù)流見下圖。雷達(dá)的主要構(gòu)成和數(shù)據(jù)流 雷達(dá)的主要構(gòu)成雷達(dá)的主要構(gòu)成雷達(dá)數(shù)據(jù)流示意圖雷達(dá)數(shù)據(jù)流示意圖雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)RDA

RDA是用戶所使用的雷達(dá)數(shù)據(jù)的采集單元。新一代天氣雷達(dá)的RDA由四個(gè)部分構(gòu)成：發(fā)射機(jī)，天線，接收機(jī)和信號(hào)處理器。它的主要功能是產(chǎn)生和發(fā)射射頻脈沖，接收目標(biāo)物對(duì)這些脈沖的反射能量，并通過數(shù)字化形成基數(shù)據(jù)。RDA的上述功能是由RDA計(jì)算機(jī)監(jiān)視和控制的。

發(fā)射機(jī)天線接收機(jī)信號(hào)處理器RDA內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄寬帶通訊雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)RDA RDA是用戶所使用的雷達(dá)數(shù)據(jù)的采發(fā)射機(jī)

取得雷達(dá)數(shù)據(jù)的第一步是發(fā)射一個(gè)射頻（rf）信號(hào)。這主要由速調(diào)管放大器（相當(dāng)于老式雷達(dá)中的的磁控管）來完成。該放大器產(chǎn)生一個(gè)高功率（峰值功率750kw）非常穩(wěn)定的10厘米的射頻（rf）脈沖。

在這里穩(wěn)定是非常重要的，產(chǎn)生的每個(gè)脈沖必須具有相同的初位相以保證回波信號(hào)中的多普勒信息能夠被提取。一旦rf脈沖被產(chǎn)生，就被送到天線。發(fā)射機(jī)天線

天線是RDA的一個(gè)部件，它將發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的rf信號(hào)以波束的形式發(fā)射到大氣并接受返回的能量。天線仰角的變化范圍是從-1.0度到60度（CINRADWSR98-D是從-1.2度到90.2度）。天線仰角的設(shè)置取決于天線的掃描方式（scanstrategy共有三種）、體掃模式（volumecoveragepattern：VCP）和工作模式（operationalmode分為晴空和降水兩種模式）。雷達(dá)操作員不能手動(dòng)調(diào)節(jié)天線仰角，天線仰角只能通過上述三要素預(yù)設(shè)。天線新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件掃描方式（scanstrategy）

掃描方式告訴雷達(dá)在一次體積掃描（volumescan）中使用多少仰角和時(shí)間。WSR-88D和CINRADWSR-98D使用三種掃描方式：掃描方式#1：5分鐘完成14個(gè)不同仰角上的掃描（14/5）掃描方式#2：6分鐘完成9個(gè)不同仰角上的掃描（9/6）掃描方式#3：10分鐘完成5個(gè)不同仰角上的掃描（5/10）掃描方式（scanstrategy）體掃模式

(VCP:VolumeCoverPattern）

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規(guī)定。WSR-88D可有20個(gè)不同的VCP，目前只定義了其中的4個(gè)：

VCP11---VCP11（scanstrategy#1，version1）規(guī)定5分鐘內(nèi)對(duì)14個(gè)具體仰角的掃描方式。

VCP21---VCP21（scanstrategy#2，version1）規(guī)定6分鐘內(nèi)對(duì)9個(gè)具體仰角的掃描方式。

VCP31---VCP31（scanstrategy#3，version1）規(guī)定10分鐘內(nèi)對(duì)5個(gè)具體仰角的掃描方式。

VCP32---VCP32（scanstrategy#3，version2）確定的10分鐘完成的5個(gè)具體仰角與VCP31相同。不同之處在于VCP31使用長雷達(dá)脈沖而VCP32使用短脈沖。

WSR-98D未定義VCP32。

體掃模式(VCP:VolumeCoverPattern工作模式（OperationalMode）

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，而VCP又確定了具體的掃描方式。

工作模式A：降水模式使用VCP11或VCP21，相應(yīng)的掃描方式分別為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。工作模式（OperationalMode）新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件接收機(jī)

當(dāng)天線接收返回（后向散射）能量時(shí)，它把信號(hào)傳送給接收機(jī)。由于接收到的回波能量很小，所以在以模擬信號(hào)的形式傳送給信號(hào)處理器之前必須由接收機(jī)進(jìn)行放大。接收機(jī)信號(hào)處理器

當(dāng)接收到接收機(jī)傳來的模擬信號(hào)后，信號(hào)處理器完成三個(gè)重要的功能：地物雜波消除，模擬信號(hào)向數(shù)字化的基本數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，以及退多譜勒數(shù)據(jù)的距離折疊。

地物雜波消除：氣象目標(biāo)回波和地物回波的主要區(qū)別是地物目標(biāo)不運(yùn)動(dòng)。信號(hào)處理器利用目標(biāo)物運(yùn)動(dòng)與否作為主要判據(jù)消除地物的回波。

A/D變換：信號(hào)處理器的主要任務(wù)之一是將由接收機(jī)獲取的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成三種數(shù)字化的基數(shù)據(jù)。它們是基反射率因子（basereflectivity），基速度（basevelocity）和基譜寬（basespectrumwidth）。

退距離折疊（rangeunfolding）：為了精確地測(cè)量徑向速度，WSR-88D雷達(dá)有時(shí)采用較高的PRF（脈沖重復(fù)頻率）。此時(shí)，其最大不模糊距離較短。雷達(dá)可收到位于其最大不模糊距離之外的目標(biāo)物的較強(qiáng)回波，并將目標(biāo)物誤認(rèn)為是位于其最大不模糊距離之內(nèi)，從而產(chǎn)生距離折疊（rangefolding）。信號(hào)處理器的一個(gè)重要任務(wù)是消除這些折疊，這個(gè)處理過程稱為退距離折疊。信號(hào)處理器RDA內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄

第一級(jí)數(shù)據(jù)：這是指原始的由接收機(jī)輸出的模擬數(shù)據(jù)，目前還沒有對(duì)這類數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

第二級(jí)數(shù)據(jù)（基數(shù)據(jù)）：WSR-88D二級(jí)數(shù)據(jù)是由信號(hào)處理器產(chǎn)生的WSR-88D系統(tǒng)的最高時(shí)空精度的高分辨率基數(shù)據(jù)（反射率因子，平均徑向速度和速度譜寬）。這些數(shù)據(jù)在由各種氣象算法進(jìn)行處理前存儲(chǔ)下來。

RDA內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄寬帶通訊

寬帶通訊裝置提供RDA和RPG間的高速雙向（1.54兆/秒）數(shù)據(jù)傳輸。RDA和RPG可同在一處，也可相距幾十公里。根據(jù)距離的不同，所使用的通訊介質(zhì)也有所不同，從用于短距離通訊的導(dǎo)線到用于稍長距離通訊的光纜。寬帶通訊RDA監(jiān)控系統(tǒng)

RDA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控任務(wù)由RDA監(jiān)控計(jì)算機(jī)運(yùn)行RDASC程序來完成。該程序的運(yùn)行即可以從位于RDA的操作維護(hù)控制臺(tái)進(jìn)行控制（稱為本控），也可以從位于RPG的雷達(dá)控制臺(tái)UCP進(jìn)行控制（稱為遙控）。本控可完成全部的RDA監(jiān)控任務(wù)，遙控可完成大部分RDA監(jiān)控任務(wù)。

RDA監(jiān)控的主要功能包括監(jiān)測(cè)和標(biāo)定RDA硬件、形成RDA基數(shù)據(jù)和信息頭數(shù)據(jù)（時(shí)間、仰角和標(biāo)定參數(shù)等）、管理寬帶通訊、控制RDA和控制信號(hào)處理。RDA監(jiān)控系統(tǒng)RDA線路示意圖RDA線路示意圖雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)RPG

RPG是一個(gè)多功能的單元。它由寬帶通訊線路從RDA接受數(shù)字化的基數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理生成各種產(chǎn)品，并將產(chǎn)品通過窄帶通訊線路傳給用戶。RPG還可以通過雷達(dá)控制臺(tái)（UCP）對(duì)RDA進(jìn)行監(jiān)控（遙控方式）。RPG是整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的指令中心。

CINRADWSR-98D的RPG目前采用DELL公司生產(chǎn)的PC機(jī)，最低配置內(nèi)存為128MB，CPU采用奔騰III-500以上芯片。

雷達(dá)控制臺(tái)UCP是RPG的操作界面，可以實(shí)時(shí)地對(duì)RPG和RDA進(jìn)行控制。UCP采用流行的窗口界面。主要的命令集成在菜單和工具欄中，使用這些命令可實(shí)現(xiàn)對(duì)RPG和RDA的有效控制。UCP為雷達(dá)操作員提供了一個(gè)可以與RPG和RDA系統(tǒng)人機(jī)交互的界面。雷達(dá)產(chǎn)品生成子系統(tǒng)RPG

RPG是一個(gè)多功能的單元。它由新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件RPG的主要功能

產(chǎn)品生成產(chǎn)品分發(fā)第三級(jí)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存（只儲(chǔ)存按有關(guān)規(guī)定事先選好的產(chǎn)品。該級(jí)別數(shù)據(jù)的記錄和儲(chǔ)存是必須的）通過UCP(雷達(dá)控制臺(tái)）對(duì)整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行控制。RPG的主要功能

產(chǎn)品生成雷達(dá)（WSR-88D）產(chǎn)品的用戶主要用戶

主要用戶處理器（PUP）

關(guān)聯(lián)（APUP）

非關(guān)聯(lián)（NAPUP）

標(biāo)準(zhǔn)NAPUP

特殊應(yīng)用NAPUP

主要用戶外部系統(tǒng)（PUES）其它用戶雷達(dá)（WSR-88D）產(chǎn)品的用戶主用戶處理器PUP

主用戶處理器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@示在圖形監(jiān)視器上。因此，預(yù)報(bào)員應(yīng)當(dāng)熟練掌握PUP的基本操作。

PUP（CINRADWSR-98D）的操作界面主要分為4個(gè)區(qū)域：視窗、菜單、工具欄和狀態(tài)欄。視窗進(jìn)一步分為3個(gè)子區(qū)域：圖象區(qū)、標(biāo)注區(qū)和屬性表區(qū)。在產(chǎn)品有顯示狀態(tài)下菜單的種類有12個(gè)。工具欄有4種：常規(guī)工具欄、動(dòng)畫工具欄、警報(bào)信息欄和編輯工具欄。狀態(tài)顯示欄的狀態(tài)信息有三種。主用戶處理器PUPPUP的主要功能產(chǎn)品請(qǐng)求（獲?。┊a(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理產(chǎn)品顯示產(chǎn)品編輯注釋狀態(tài)監(jiān)視PUP的主要功能1.4一些雷達(dá)圖象的例子1.4一些雷達(dá)圖象的例子新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用課件基反射率因子基反射率因子基本徑向速度基本徑向速度組合反射率組合反射率回波頂高回波頂高垂直累積液態(tài)水含量垂直累積液態(tài)水含量一小時(shí)累積雨量一小時(shí)累積雨量三小時(shí)累積降水三小時(shí)累積降水垂直風(fēng)廓線圖垂直風(fēng)廓線圖

2.基本原理2.1粒子對(duì)雷達(dá)波的散射2.2回波信息的提取（I和Q）2.3距離折疊與速度模糊2.4體掃方式（VCP11、VCP21、VCP31和VCP32）2.5數(shù)據(jù)質(zhì)量的改善：地物雜波抑制、距離去折疊和速度退模糊2.6雷達(dá)的局限內(nèi)容略詳見《新一代天氣雷達(dá)復(fù)習(xí)筆記》2.基本原理內(nèi)容略詳見《新一代天氣雷