南京信息工程大学雷达气象总复习_

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。 160多部新一代多普勒天气雷达。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、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。 、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 3cm 左右
6、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
7、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。
上海佳程广场8、雷达截面也称作后向散射截面,它的大小反映了粒子粒子的后向散射能力越强。
9、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;
10、造成雷达电磁波衰减的物理原因是散射和吸收。 11、造成雷达电磁波衰减的主要物质有大气、云和降水。 12、水汽和氧气对电磁波的衰减作用主要是吸收 13、云滴对雷达波的衰减随雷达波长得增加而减小。 14、雨对雷达波的衰减一般与降水强度成近似的正比关系15、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。 16、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。 17、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。 的传播速度不同而引起的。N 随气压P,水汽压e 的增大而增大,随温度的减小而增大。N 值一般随高度的增加而减小。
N 单位,还有M 单位和B 单位。雷达的空间分辨率可以分成径向分辨率和切向分辨率;径向分辨率与脉冲长度等有关;切向分辨率与波束宽22、一般来说雷达的径向分辨率要比切向分辨率高
PPI 扫描是固定仰角,雷达在360度方位上做圆锥面扫描。
mocvdVOL 体扫描,多仰角PPI 组合扫描。 25其中气象回波又分为降水回波和非降水回波。
26雷达的性能引起的虚假回波。 降水回波分为三类,层状云连续降水回波(片状回波)、对流云阵性降水(块状回波)、积层混合云降水(絮状回28、零度层亮带是层状云降水的一个重要特征,通常出现在零度等温线以下几百米的地方。
大气折射:气折射。
等效地球半径'
m R :由于大气折射,雷达波的传播路径通常是弯曲的,不利于计算和分析。为此,假设地球半径m R 加
大到某一数值'm R ,使得电磁波在以'
m R 为半径的球面上沿直线传播时的最大探测距离与其在真实地球表面沿曲线
传播时的最大探测距离相同,则称'
m R 为等效地球半径。 雷达反射率η: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。
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。
七个人2011
零度层亮带:在实际大气温度0℃以下300-500m 形成一个回波强度强的亮带。是层状云连续降水的标志。
雷达分辨率:雷达在屏幕上所能分辨的两个目标物的最小瑞利散射:粒子直径d<<;入射波长λ的小球形粒子的散射 米散射:d ≈λ的大球形质点的散射  什么是瑞利散射及瑞利散射的特点?  米散射:d ≈λ的大球形质点的散射 当  α <0.13时,发生瑞利散射 当  α >0.13时,发生米散射
当θ =  0º  或 180º  时. 表明粒子的前向和后向散射为最大;
当θ =  90º  或 270º  时.表明粒子没有侧向散射。 若θ = 0º 或 180º,则表明其在 Y-O-Z 平面内各向同性散什么是米散射及米散射的特点?
散射波是横波,且是椭圆偏振波;散射波与入射波的频率相同;散射波的能流密度是各向异性的,大部分散射能量集中在θ = 0º 附近的向前方向上,且α 值越大,向前散射的能量占全部散射能量的比重越大;散射波的性质与入射波长λ 、散 晴空回波产生的原因是什么?
大气。 雷达反射率因子Z 及与雷达反射率的差异? B 、雷达反射率因子与波长无关,大小只取决于云雨滴
天线增益的物理意义 ,使这个方向 G 倍。 解释雷达气象方程
2螺杆式启闭机
220.2222
31101024(ln 2)2
R kdR t
r PG h m P Z R m θϕψπλ--⎰=⨯+各物理参数的意义。
Pr :雷达回波功率,Pt :雷达发射功率,G 天线增益,θ水平波束宽度,ψ垂直波束宽度,h 脉冲宽度,λ波长,Ψ充塞系数,R 目标物到雷达的距离,m 复折射指数,Z 说明雷达气象方程中各物理参数在雷达探测中的作用。 r  B 、关于脉冲宽度 h
增大 h ,回波功率增大,可以提高探测距离; 增大 h ,使雷达的分辨率降低,盲区增大; 解决办法:或者采用适当的脉冲长度,或者采用可变的脉冲长度。
C 、关于波束宽度
增大波束宽度不仅会使天线发射的能量更加分散,减弱回波能量;而且很难保证距离较远处的充塞程度; D 、关于天线增益 G
增大天线增益是提高雷达探测能力的一个重要途径, 但在波长不变的情况下提高其几何截面积可以实现 G 的用文字描述或示意图方式,解释说明雷达电磁波在大气中折射的几种形式,及每种折射形成的条件。
其中λ 为雷达波长,  r 为粒子半径, D 为粒子直径
60
()(1.29Z nDDd D ∞=⎰
2r D ππαλλ
==
1) 用测高公式2
sin 2'm
R h R R δ=++,计算下面两种情况回
1:雷达架设高度为158m ,在标准大气折射情况下,即等效地球半径为8500km ,在1.0度仰角的PPI 回波图中,有一强回波,回波的位于(32度,150km ),请计算该回波的高度H (四舍五入保留小数点后两位)。sin(1.0)0.018sin(32.0)0.530≈≈
2:雷达架设高度为1.2km ,在临界大气折射情况下,在0.0度仰角的PPI 回波图中,有一强回波,回波的位于(15度,100km ),请计算该回波的高度H (四舍五入保 解释说明雷达估测降水的原理。
即Z 和I 都与雨滴直径D 和雨滴数浓度N(D)有关。Z 正比于雨滴直径的6次方,I 正比于雨滴直径的3次方,因此可
建立Z-I 关系式,即b
Z aI =,a,b 为系数,由于雷达可以探测获得雷达反射率因子Z ,通过Z-I 关系式,就可得雷达估计降水的误差原因。
Z 可能对应不同的雨强I ,或者相同的I 可能对应不同的Z 。Z-I 关系中的a ,b 系数随地区、季节、降水类型的不同而不同。  Z 测量误差
王茂俊①固定地物杂波:  地物杂波为静止的或近似静止的非气象目标物的回波。如果这些能量不被滤掉,并输入Z-I 方程,那么在地物杂波范围内降水量是过高估计的。 ②超折射地物杂波:  这些由超折射引起的地物杂波包含在Z-I 方程里,就象正常地物杂波那样会引起降水的过量估计。
③波束部分充塞:  波束部分充塞一般对距离雷达较远的气象目标是个问题。 ④湿的天线罩:  如果天线罩被大雨或部分冻雨弄湿,雷达会低估较远处目标物的降水强度,因为雷达电磁波被湿天线罩衰减。
⑤不正确的硬件定标:  不正确的硬件定标会影响降水估计的准确性。
Z-I 关系误差 Z-I 关系是半经验公式,由于新疆医科大学学报
因此,雨滴直径D 的改变,引起降水强度I 发生变化的同时,反射率因子Z 会产生更大的变化。    降水在波束以下的影响误差 ①强水平风: 强水平风(云底以下的)把降水吹得远离了样本目标物的正
下方的位置,吹到另一个完全不同的样本目标物的下方了。 ②雷达波束下面的蒸发:  雷达波束下的蒸发会引起雷达
对实际落到地面降水的过高估计。极端的例子是番状云,雷达在云里的估计相对准确,但到达地面是小雨或无雨。这情况在西部地区频繁发生。 ③在雷达波束下的并合:  在雷达波束下的合并最可能发生在热带地区,但在美国大陆的许多地方也有发生。在这种情况下雷达会低估降水率,因为热带气团中大量的小水滴被雷达波扫到了,但当它们降落到雷达波束下面时开始碰撞增长。最高的dBZ 值经常发生在风暴较低部位,雷达扫描线以下。 其它来源:
误差产生原因很多,异常复杂。其它因素还有,衰减、折射、地物阻挡、零度层亮带、电磁干扰、冰雹污染、旁瓣3) 用雨量计实时校准,可减小雷达估测降水的误差。请简①距离加权法
②卡尔曼滤波法
卡尔曼滤波器由一系列递归数学公式描述。它们提供了一种高效可计算的方法来估计过程的状态,并使估计均方误差最小。
卡尔曼滤波是线性无偏最小方差递推滤波。 ③、空间校准法
设有m 个分布均匀的雨量计站,用它们可以获得m 个实测校准因子pl,
再用曲面拟合方法出一个二次或三次多项式,使它有最佳逼近这些实测的pl 值。设P(i,j)  地物回波的特点? 且回波和地物所在的什么是零度层亮带?它的产生原因是什么? 形成一个回波强度强的亮带。是层状云连续降水的标志。
A 融化作用 :在冰晶或雪花掉到0℃层以下融化成水滴的过程中,表面常先溶化并形成有一定厚度的水膜,其介电性质与水相同,由冰融化成水,介电常数大约增加20倍左右,经计算,这个作用可使雷达散射能力增加5倍左右。
B 碰并聚合效应:粒子在下降溶化过程中,有强烈的碰并聚合作用,在大多数情况下,能碰并聚合50—100 个粒子,甚至更多。由于粒子尺度增加,从而使其散射点电磁波的能力也大大增强。
C 速度效应 :冰晶或雪花在完全融化后,由于表面张力的作用,迅速转变成球形水滴,降落速度也增加,从而使得单位体积内降水粒子数目减少,导致总的散射能力减少,于是亮带以下的回波减弱。
D 粒子形状的作用:冰雪粒子在下降溶化过程中,常不呈球形,绝大多数情况下,非球形粒子的散射能力比球形粒 列举四种典型的强对流雷达强度回波特征。
阵风锋回波:强度图上表现为一条狭长的线状窄带回波;速度图上表现为速度的辐合线。
钩状回波:从强雷暴回波的一侧伸出的呈约状的回波附属体
弓形回波:指快速运动的、向前凸起的、形如弓的
强对流回波 三体散射回波:呈现类似细长的钉子状从强回波
区沿径向伸展。它的径向速度很小,谱宽很大或指状回波雷达PPI 回波上一个突出的外伸手指状的回波。旁瓣假回波、、、弱回波区
60()Z n D D d D
=⎰
()()max
3
(7.5)6
j
D j j j D I N D D v D D π==∆∑°()l l l l P W r r 为基准雨量点处的校准因子,是由r 决定的权重因子,
是各基准雨量距该网格点(i,j )
的距离°(1,2,...,)l
p l m =,,(,)i j i j i j p i j a x y =∑

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