雷达
时间：2024-01-22 05:50:01 | 来源：信息时代
时间：2024-01-22 05:50:01 来源：信息时代
方向性图：表示天线向外辐射电波能量方向性情况的图叫方向性图。
波束宽度：为了定量地表示天线辐射能量的定向程度，可以用方向性图上主波瓣最大辐射方向两侧，辐射能量为最大辐射能量一半的两个矢量之间的夹角的大小来表示，该角叫波束宽度。
天线增益：定向天线最大辐射方向上的功率密度和天线各向均匀辐射能量时同一距离上功率密度的比值。
线极化波：当这两种分量的相位相同时(或相差180°)，则合成电场为线极化且始终在同一平面，称为线极化波。
雷达截面：假设散射粒子向四周作球面波形式的各向同性散射，并以符号σ表示总散射功率与入射波能流密度之比，即雷达截面
雷达反射率因子：单位体积中降水粒子直径6次方的总和。
分贝(dB) 晴空回波：雷达在大气中的无云区，或由不可能被探测到的很小粒子所组成的云区内探测到的回波称为晴空回波。
折射指数：真空中光速与空气中光速的比值。
等效地球半径：设想地球半径加大到某一数值Rm’时，使得Rm’为半径的球面上沿直线传播的超短波的最大探测距离和真实地球表回上沿折射曲线轨道传播的最大深测距离相同，则Rm’就称为等效地球半径。
等射束高度图：等射束高度图就是在一定折射条件下，测站四周出于地物阻挡，绘制出各个方向上、各种斜距下波束中心轴线能够到达的最低高度等值线图。
多普勒效应：由于波源和接收者之间存在着相互运动而造成接收者接收到的频率与波源发出的频率之间发生变化。
多普勒两难：由于最大不模糊距离Rmax与脉冲从夫频率PRF成反比，而最大不模糊速度Vmax与脉冲重复频率成正比，因此不存在一个单一的脉冲重复频率PRF能够同时使Rmax与Vmax都比较大。这通常称为“多普勒两难”。
最大不模糊速度：多普勒天气雷达能够测量的一个脉冲到下一个脉冲的最大相移的上限是1800（π），与1800脉冲对相移所对应的目标物径向速度值称为最大不模糊速度。
距离折叠：指雷达确定的目标物方位是正确的,但距离是错误(模糊)的。当目标物位于雷达的最大不模糊距离（Rmax）之外时，雷达却把目标物显示在Rmax以内的某个位置，我们形象地称之为‘距离折叠’。
气象回波：大气中云、降水中的各种水汽凝结物对电磁波的后向散射和大气中温、压、湿等气象要素剧烈变化而引起的回波。
非气象回波：地物、飞机等非气象目标物对电磁波的反射以及由于雷达的性能而引起的虚假回波。
虚假回波：当旁瓣、尾瓣发射的电磁波在近距离遇到强降水，或因主瓣存在一定宽度所产生的回波。
零度层亮带：强度PPI图上回波呈片状分布，结构较均匀，强度梯度较小。有时出现强度特别大成弧状或圆环状的窄带，称为零度层亮带。
WER：低层上升气流较强，降水质点被携带上升，加上风暴顶的辐散和环境风的影响，形成了低层无回波或回波很弱的回波区。
BWER：强上升气流在反射率核处形成了一个空洞称为有界弱回波区（BWER）.
辉斑回波：雷达探测冰雹云时，由于冰雹（强回波中心）和地面的多次反射使电磁波传播距离变长，产生异常回波信号，回波返回所用的额外时间被雷达显示成更远处的回波，表现为从冰雹云中沿回波中心径向方向延伸出去的尖峰，称为“冰雹尖峰”回波，也称辉斑回波、三体散射回波。
穹窿：倾斜上升气流把云滴迅速带到-400C高度后，才能增大到雷达波能探测的尺度。因此上升气流区下方就成为缺少雷达回波的
“穹窿”结构。
“V”型缺口：由于云中大冰雹、大水滴等大粒子对雷达波的强度衰减作用，雷达探测时电磁波不能穿透主要的大粒子（冰雹区），在大粒子区的后半部分形成的“V”型缺口。
1.
新一代天气雷达与常规雷达相比有何优势？ 答：常规天气雷达是一种模拟信号雷达、将云雨降水质点散射回的信号在模拟显示器上显示，给出降水及其云体的空间位置和范围。而新一代天气雷达不仅提供降水分布和定量估测，还提供了降水区内风场信息。 在完成多部雷达联合组网实时定量探测的基础上，可利用雷达测雨的观测资料，结合卫星观测，进行更大范围的降水预报。
2. 天气雷达测距和测角的基本原理？ 答：雷达根据从
开始发射无线电波到
接收到目标物回波的时间间隔，来测定目标与雷达之间的距离。
雷达测量目标的方位角和仰角是依靠雷达天线的定向作用去完成的。定向天线的特点是它辐射的电磁波能量只集中在某一个方向上，此时，其他的方向上没有或只有很少的发射能量。
3.
PPI、RHI和CAPPI有何不同？ 答：平面位置显示器是天气雷达
应用得最多显示器，简称平显，也叫PPI。当天线仰角为０°，天线围绕铅直轴转动时，平面位置显水器表示的是波束扫描平面上的降水分析。距离高度显示器简称高显或RHI。在高显中，横坐标表示云、雨目标的斜距，纵坐标是云雨目标的高度。平面位置显示器只是在仰角为０时得到降水目标的平面分布，仰角大于０时得到的是一个远处高近处低的漏斗面上的云雨分布。为了解不同高度上的云和降水分布，了解降水发生发展的三度空间情况，人们使用了 “等高平面位置显示器”，简称CAPPI。等高平面位置显示器能够显示不同高度平面上的云雨分布。
4.
粒子群的总回波功率能否是单个粒子的回波功率之和？为什么？ 答：不能，因为粒子群内部各粒子之间的无规则运动，使粒子群造成的瞬时回波功率会现出脉动性。那么，对于处在某一固定距离上具有一定滴谱分布的云、雨，就不能测得确定的回波功率瞬时值与它相对应，即粒子群造成的回波，所以不能简单地看作各个粒子单独产生的回波的叠加。
5.
有了雷达反射率，为什么还要引入雷达反射率因子？ 答：反射率因子Z值的大小，反映了气象目标内部降水粒子的尺度和数密度，常用来表示气象目标的强度。由于反射率因子Z只取决于气象目标本身而与雷达参数和距离无关，所以不同参数的雷达所测得的Z值可以相互比较。
6.
标准大气折射时电磁波传播有何特征？ 答：电磁波的路径微微向下弯曲，其曲率半径为25000km，约4倍于地球的半径。其曲率比地球曲率小，标准大气折射时可能最大探测距离增大了16%。
7.
什么是大气超折射？它对雷达探测有何影响？ 答：电磁波在真空中是以约2*10
8m/s的速度传播的，但在大气中传播时，特别是在远渡重洋且大气中气象要素有异常的潜质分布时，电磁波会出现明显的曲线传播现象。这种光波或电磁波在大气中曲线传播的现象称之为大气折射。
大气某些区域，如海陆交界处、海陆锋、锋面两侧气象要素的水平变化不能忽视，折射指数梯度可相差达到30N单位以上，水平均一的假设对高精度探测就不适用了。由于大气水平分布不均匀，N单位梯度的存在会导致雷达水平探测定位存在误差。
8.
什么是脉冲对处理技术？该技术能不能得到多普勒速度谱？ 答：利用相继两个返回脉冲对之间的位相变化，这种脉冲对位相变化可以比较容易并且比较准确地被测量，叫做“脉冲对处理”。用这种方法确定从一个给定的距离库相继反射回来的两个脉冲之间的相移。用脉冲对处理方法得到多普勒速度信息。
9.
解释距离折叠的成因？ 答：指雷达确定的目标物方位是正确的,但距离是错误(模糊)的。当目标物位于雷达的最大不模糊距离（Rmax）之外时，雷达却把目标物显示在Rmax以内的某个位置，这样就形成了‘距离折叠’。
10.
解释速度折叠的成因？ 答：粒子的经向速度超过了最大不模糊速度±Vmax之间的可分辨的速度范围，那么速度值就会
混淆。从而产生速度折叠。
11.
什么是谱宽？影响速度谱宽的气象因子有哪些？ 答：谱宽表征着有效照射体内不同大小的多普勒速度偏离其平均值的程度。谱宽可以用做速度估计质量控制的工具：当谱宽增加，速度估计的可靠性就减小。对气象目标物而言，影响谱宽的主要因子有四个：
(1)垂直方向上的风切变；(2)波束宽度引起的横向风效应；(3)大气湍流运动；(4)不同直径降水粒子产生下落末速度的不均匀分布
12. 多普勒雷达测量大气垂直速度的原理是什么？
答：当多普勒雷达垂直指向天顶时，所测量的平均多普勒速度实际上是有效照射体内粒子的平均下落末速度和大气垂直速度之和。一般通过w0~z关系法等方式近似估计某一直径粒子的下落末速度或所有粒子的平均下落末速度，从而根据实测的平均多普勒速度算出大气的垂直速度。
13. 什么是VAD技术？均匀流场的风向风速如何测量？
答：VAD技术就是速度——方位显示方法、即让雷达天线以某一固定的仰角作方位扫描，并把探测到的降水粒子在某一距离和方位上的径向速度
VR(β)记录并显示出来。
VAD曲线的非简谐振荡形式提供了水平风场更多的信息。对VAD曲线作谐波分析，应用傅氏级数的零次，一次和二次谐波展开，可以得到水平辐合、水平风向和风速以及水平风场的形变等信息。
14. 利用多普勒速度资料如何判别高低空的基本气流？
答：由低仰角的多普勒径向速度场的总体特征来识别，即正、负速度区对原点的对称性及通过原点的零径向速度线走向，基本气流方向从朝向中心吹向远离中心并和零径向速度线所在向径垂直。高仰角时、不同距离圈径向速度分量代表了不同高度上径向速度分量值。从基本垂直廓线形态特征．可以判断高空温度平流：风向随高度顺时针旋转（呈s型）时有暖平流；而风向随高度逆时针旋转（呈反s型）时则有冷平流。
15. 利用多普勒雷达资料如何识别冷锋位置？
答：(1)开始有NE一SW走向然后折向NW一SE方向的零线，零线附近等值线密集，零线有明显折角。(2)冷锋位于等值线密集带靠近远离速度中心一侧，并向零线折角方向延伸。(3)折角位于测站以北，冷锋未过境，折角位于测站以南，冷锋已过境。(4)有NE—SW走向的雷达回波带与冷锋相配合。
16. 中尺度气旋和反气旋的速度图像有何特征？辐合与辐散的速度图像有何特征？
答：按气旋流场，由于在垂直气旋中心方向上只有切向速度而无经向速度，因此零径向速度线穿过涡旋中心，在左面为指向雷达流场，呈负值；右面则为原理雷达流场，呈正值。由于反气旋情况与气旋流畅刚好相反，呈顺时针旋转。因此，在零径向速度线左侧为原理中心呈正值，右侧为指向中心呈负值。当气旋接近雷达时，零值线开始弯曲。
零径向速度和雷达扫描线垂直。当辐合流场离开雷达无穷远处，零径向速度线将式一条直线。但是，在有限距离处，零径向速度线朝雷达方向弯曲。在零径向速度线上面（即离开雷达较远的一侧），气流朝向雷达吹。在零径向速度线下面，气流是离开雷达吹的。
17. 地物回波有何特点？利用多普勒雷达资料如何辨别地物回波？
答：回波边缘特别清晰，位置固定不变，且回波和地物所在的地理位置一致。
辨别方法：（1）比较法：由于降水回波的变化较大，而地物回波图像比较固定；（2）用PPI探测来判断：由于地物回波的高度比较低，故抬高仰角后地物回波将逐渐消失，而降水回波仍旧存在；（3）用RHI探测垂直剖面结构来判断：由于地物回波高度一般都较低，而降水回波的垂直高度则较大，个别对流云甚至可穿过对流层顶；（4）在A/R显示器上，气象回波有速度脉动的特征，而地物回波是固定的。
18. 零度层亮带形成的物理原因？
答：当冰晶下落通过溶化层时，它们的外表面开始溶化。在溶化层（0°层面）下面，这些包着水外衣的冰晶反射率因子非常高，产生增强的雷达信号，在PPI上象弧形结构，在雷达图像上被叫做“亮带”，亮带会造成降水率的过高估计。
19. CINRAD雷达产品的组成？
答：CINRAD雷达系统提供了较高灵敏度及较高分辨率的反射率因子、平均径向速度及谱宽三种数据。雷达产品分为：（1）基本产品是指由基数据直接形成的不同分辨率和数据显示级别的；（2）导出产品是指经过RPG中的气象算法处理后得到的产品。（3）在RPG中基数据经过算法处理可形成39个种类的分析产品以及相应的分析产品。
20. 如何分析雷达回波强度图像？
答：（1）回波强度通常用雷达反射率因子Z值来度量，
，可知改量仅与云、雨滴谱分布有关，因此用不同波长雷达探测到的云、雨可以进行比较；（2）从回波形态特征、回波特殊结构和形态、回波移动特点可知回波强度。
21. 影响对流风暴结构和类型的环境因子有哪些？
答：（1）环境的热力不稳定：对流有效位能CAPE指气块在给定环境中绝热上升时的正浮力所产生的能量的垂直积分，是风暴潜在强度的一个重要指标。CAPE数值的增大表示上升气流强度及对流发展的潜势增加 。
（2）垂直风切变：垂直风切变是指水平风速（包括大小和方向）随高度的变化 , 环境水平风向风速的垂直切变的大小往往和形成风暴的强弱密切相关。 一般来说，在一定的热力不稳定条件下，垂直风切变的增强将导致风暴进一步加强和发展。
（3）水汽条件：风暴的发展要求低层有足够的水汽供应，但如果水汽含量过高则会阻碍上升气流的发展（如热带海洋地区）。
（4）触发机制：重点注意边界层辐合线，包括锋面、干线、雷暴出流边界（阵风锋）、海陆风锋面等。也要注意中尺度地形和重力波等。雷暴倾向于在边界层辐合线附近，特别是两条辐合线的相交处生成。
22. 辉斑回波的形成原因？
答：雷达探测冰雹云时，由于冰雹（强回波中心）和地面的多次反射使电磁波传播距离变长，产生异常回波信号，回波返回所用的额外时间被雷达显示成更远处的回波，表现为从冰雹云中沿回波中心径向方向延伸出去的尖峰，称为“冰雹尖峰”回波，也称辉斑回波、三体散射回波。
23. 判断降雹潜势指标有哪几个？
答：（1）-20C等温线以上超过50dBZ的反射率因子；（2）BWER或WER区域大小；（3）VIL的大值区。
论述题
1.简述天气雷达的未来发展方向？
答：
云雨雷达 ；
脉冲多普勒天气雷达；双偏振天气雷达；实现对降水进行分类与识别；双波长天气雷达；推测被测粒子的大小；多参数天气雷达；提供云及降水物的尺寸、相态和类型等信息；双/多基地天气雷达；能测出诸如风场的三维矢量、降雨粒子的垂直速度等信息；机载天气雷达；雷达分辨力、精度和灵敏度好；相控阵天气雷达；优点很多，是天气雷达的发展方向
2.简述脉冲多普勒天气雷达径向速度场分析技术。
答：对脉冲多普勒天气雷达径向速度场分析技术按其特征的零径向速度线；朝向雷达分量（负）、离开雷达分量（正）范围、分布及中心；强多普勒径向速度梯度带三个方面进行分析。
1）多普勒零径向速度线特征：
a零径向速度线是否与向径平行；b零径向速度线走向有无显著折角；c零径向速度线走向是否和距离圈平行。
2）朝向雷达分量（负）和远离雷达分量（正）范围、分布及中心特征：
a大片正区和负区是否和原点（测站）对称，范围是否大致相等；b大片正区和负区是否与向径对称；c有无紧密相邻的成对强小尺度正、负中心存在；d有无多普勒径向速度等值线密集带存在。
3）强多普勒径向速度梯度带
径向速度切向梯度愈大，水平风速愈大，它往往与强对流大气（快速移行冷锋、飑线、中尺度气旋）相联系；当他们成弧状排列时，可能存在强辐合带或飑线；当它们成近似圆形排列，则可能存在强中尺度气旋。
3.层状云降水与对流云降水的雷达回波特征。
答：层状云：（1）强度PPI图上回波呈片状分布，结构较均匀，强度梯度较小。有时出现强度特别大的窄带（零度层亮带），成弧状或圆环状。（2）反射率因子空间梯度小，反射率因子一般大于15dBZ，小于35dBZ。
对流云：（1）PPI上由许多分散的回波单体所组成，排列成带状、条状，离散状或其它形状。回波单体结构紧密，边界清晰，棱角分明，回波强度强，持续时间变化大。单体尺度较小，从几公里到几十公里。
（2）RHI上回波单体呈柱状、砧状、花菜状、纺锤状，一般发展得比较高，多数在6—7km以上，但随地区、季节和大气系统不同差异很大，最高可达对流层顶高度。
（3）反射率因子空间梯度大，强中心的反射率因子一般大于35dBZ。
4.超级单体的雷达回波结构特征。
答：（1）在平面位置显示器PPI上，超级单体是一个单泡结构，形状呈圆形或椭圆形，典型的水平尺度是20～30km长，12～15km宽；
（2）在风暴的右侧有一个持久的有界弱回波区（BWER），它的水平尺度约为5～12km。这个有界弱回波区经常呈圆锥状，延伸高度约为风暴宽度的一半到三分之一。有界弱回波区的存在表示风暴的强上升气流区，它在低层有时被称为入流缺口，这里的垂直速度可达25～40km；
（3）最强的雷达回波出现在有界弱回波区的左侧，包括冰雹在内的强降水就发生在靠近有界弱回波区的一侧；
（4）在低层，有界弱回波区的右侧经常可以观测到一个钩状的附属物，即钩状回波，它是超级单体的一个特征性回波；
（5）在主要的回波强中心的下游，有一个伸展达60～150km甚至更远的毡状回波，以及一个长达100～300km的可见毡状云区。
5.论述冰雹云的回波特征及其形成原因。
答：（1）回波强度特别强。根据微波散射理论，由于云中冰雹的尺度较水滴来得大，加上其他原因，冰雹云的雷达回波强度总是大于同地区、同季节出现的普通积雨云的回波强度。超级单体风暴的雷达回波强度是所有对流云回波中最强的。
（2）回波顶高度高。由于冰雹云中的上升气流强于普通雷暴，所以冰雹云雷达回波的高度也高。
（3）上升气流(下沉气流)特别强。云中的冰雹形成区，即含水量累积区内含有大量的过冷却水滴即冰雹，因而也是强回波区。在多普勒雷达上有明显特征：一组方向相反的密集等风速线。
（4）PPI上的形态特征
(1)“V”型缺口。由于云中大冰雹、大水滴等大粒子对雷达波的强衰减作用，雷达探测时电磁波不能穿透主要的大粒子（冰雹）区，在大粒子（冰雹）区的后半部形成所谓的“V”型缺口。
(2)钧状回波。它们通常是超级单体风暴回波型的一种识别标志，所以只要确认探测到了钩状回波，结合回波体的强度、高度和尺度，一般能够辨认出超级单体风暴，从而确认是冰雹云。
(3)辉斑回波。雷达探测冰雹云时，由于冰雹（强回波中心）和地面的多次反射使电磁波传播距离变长，产生异常回波信号，回波返回所用的额外时间呗雷达显示成更远处的回波，表现为从冰雹云中沿回波中心径向方向延伸出去的尖峰。
（5）RHI上回波持征
(1)超级单体风暴中的穹窿、回波墙和悬挂回波。由于超级单体风暴中上升气流特别强，在其上升运动区出现了相对弱的回波区 ；在降雹区，由于雹块集中降落，形成了垂直方向的特别强回波区；在其前沿，小冰雹循环上升的区域构成了悬挂回波。
(2)强回波中心高。时间证明，用RHI上的回波型判别冰雹云，“强回波高度”是一个成功的标志。
(3)旁瓣回波。雷达天线向外发射电磁波，电磁波能量绝大部分集中在主瓣内，在雷达作垂直剖面观测时，RHI上的强雷暴回波顶上会出现一尖锐回波，即旁瓣回波。
(4)辉斑回波。在沿雷达回波中心作剖面的雷达反射率因子和平均径向速度图可以清晰看到辉斑。
6.叙述典型对流单体的生命史各阶段的特征。
答：根据积云中盛行的垂直速度的大小和方向，普通风暴单体的生命史通常包括三个阶段：1）塔状积云阶段； 2）成熟阶段；3）消亡阶段。
塔状积云阶段：1）由上升气流所控制，上升速度一般随高度增加，上升速度一般为5～10m/s，个别达到25m/s。2）初始回波水平尺度为1km左右，垂直尺度略大于水平尺度。初始回波顶通常在-40C～-160C之间的高度上，回波底在00C高度附近。初始回波形成后，回波向上向下同时增长，但是不及地，回波强度最强在云体的中上部。3）在塔状积云的后期，降水能够激发下沉气流。
成熟阶段：1）风暴成熟阶段上升气流和下沉气流共存，成熟阶段开始于降水之时。也可认为雷达回波及地是对流单体成熟阶段的开始。2）云中上升气流达到最大。出现的冷性下沉气流在垂直和水平方向上扩展，与单体运动前方的低层暖湿空气交汇而形成飑锋，又称阵风锋。3）成熟阶段的对流单体云顶伸张到对流层顶附近时，不再向上发展，而向该处的环境风下风方向扩展，出现水平伸展的云砧 。
消亡阶段：1）下沉气流扩展到整个单体；2）降水发展到整个对流云体；3）雷达回波强中心下降到地面附近，回波强度减弱；
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