雷达气象部分名词解释

雷

名词解释

1. 脉冲重复频率：脉冲重复频率是每秒钟雷达发射脉冲波的次数。两个相邻脉冲波之间的时间间隔叫做脉冲重复周期。用F 表示脉冲重复频率，T 表示脉冲重复周期，他们互为倒数关系

2. 平均功率：平均功率是指脉冲功率在其重复周期内的平均值。用Pt 表示脉冲，P t 错误！未指定书签。表示平均功率，有P t =P t ⨯τ T

3. 脉冲功率：脉冲功率是指发射机发射脉冲波期间产生的高频功率。脉冲功率也叫峰值功率。脉冲功率大，雷达接收到来自云雨的回波比较强，雷达可以探测比较远，比较弱的目标

4. 方向性图：表示天线向外辐射电波能量方向性情况的图叫做方向性图

5. 波束宽度：为了定量的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表示，该角叫做波束宽度

6. 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。天线增益数值越大，表示天线定向辐射的能力越强

7. 雷达截面：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S s (π) 4πR 2

波能流密度之比，即雷达截面σ=或σ=4πβ(π) S i

8. 雷达反射率：单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和，并以η表示，常用单位是cm /m 即η=23

单位体积∑σ

6i 9. 反射率因子：单位体积中降水粒子直径6次方的总和称为反射率因子，用Z 表示，其常用单位是mm /m ，即Z =3

单位体积∑D , Z =⎰6i ∞0n (D ) D 6dD

R P r 10. 分贝(dB):功率比的常用对数的10倍 10lg =-2⎰4. 343k L dR 0P r 0

11. 衰减系数：由于衰减作用，单位接收功率在大气中往返单位距离时所衰减掉的能量k L =-d P γ

2P γdR

12. 衰减截面：从电磁场理论吸收截面、散射截面和衰减截面可表示为

∞P t λ2Q t ==-Re ∑(2n +1)(a n +b n ) S i 2πn -1

P s λ2Q s ==S i 2π∑(2n +1) (a

n -1∞2n +b n ) 2

Q a =P a =Q t -Q s S i

13. 雷达气象方程：雷达气象方程是定量的表示云和降水的回波强度与有关因子之间关系的方程。利用雷达气象方程，可以根据回波的强度判断降水区的物理状况，并正确地选择雷达的参数。（对应的参量，均匀的）

14. 有效照射深度：只有在波束中距离为R 到R+h/2范围内的那些粒子散射的回波，才能在同一时刻到达天线，称h/2这个量为波束有效照射深度

15. 有效照射体积：在波束宽度(θ, Φ)范围内，粒子所产生的回波能同时到达天线的空间体积，称为有效照射体积

16. 折射指数N 单位 N =(n (h ) -1) ⋅10=677. 6e (h ) (P (h ) +481) T (h ) T (h )

17. 折射指数B 单位 B (h ) =⎢(n -1) +⎡

⎣h ⎤6h 6 10=N (h ) +() 10⎥4R m ⎦4R m

18. 等效地球半径：设想地球半径加大到某一数值Rm' 时，使得Rm' 为半径的地球表面上沿直线传播的超短波的最大探测距离和真实的球表面上沿折射曲线轨道传播的最大探测距离相同，则Rm' 就称为等效地球半径

19. 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

20. 多普勒两难：最大不模糊速度Vmax ：雷达能够不模糊地测量的最大平均径向速度，其对应的相移是180度。最大不模糊距离 Rmax:指一个发射脉冲在下一个发射脉冲发出前能向前走并返回雷达的最长距离

21. 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，我们称为距离折叠

22. 气象回波：形成这的直接原因是大气中云、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引起的。降水回波：层状云连续性降水回波、对流云阵性降水回波、积层混合云降水回波、雪的回波、其它类型降水回波（冻雨、沙暴中降水、第二次扫描回波）。非降水回波：云的回波、雾的回波、闪电信号及其回波、晴空大气回波（点状或圆点状、窄带状、细胞状、层状、大气波动和湍流、环状、海风）。

23. 非气象回波：形成的直接来源是地物、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。但是在这类回波中，有些回波的出现也和气象条件有关，有：地物回波、超折射回波、同波长干扰回波、飞机、船只等的回波、海浪回波、由天线辐射特性造成的虚假回波

24. 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。

25. 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的窄带称为零度层亮带，亮带也可能成弧状或圆环状

26. 雷暴单体：雷暴云的基本组成单元，是具有强烈上升和伴随有下降气流的云中紧密区域

27. 速度矢端图：垂直风切变矢量大小和方向的变化极大的影响着对流风暴的组织和演变。速度矢端图是反映垂直风廊线信息的一种工具。其主要目的是将风向、风速随高度变化或风

的垂直切变三维空间特征在一个采用极坐标的平面上表示出来。极坐标中风矢量以大小和方向表示。

28. 多单体风暴：多单体风暴，是强对流风暴中出现机会最多的一种。雷暴经常组织成复合系统，这种系统被称为多单体风暴，它由一个演变着的单体系列组成，每个单体能区分出大致轮廓

29. 中气旋：中气旋是指尺度小于10km 的漩涡，满足或超过一定的气旋（切变）、垂直伸展和持续性判据

简答题

1. 新一代天气雷达与常规雷达相比有何优势?

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，可利用雷达测雨观测资料，结合卫星观测，进行更大范围的降水预报。常规天气雷达是一种模拟信号雷达，将雨云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

2. 天气雷达的基本工作原理？

基本原理同一般雷达，定向地向空中发射电磁波列（探测脉冲），然后接受被气象目标散射回来的电磁波列（回波信号），并在荧光屏（或计算机系统）上显示出来，从而确定气象目标物的位置和特性

3. 雷达天线的作用和组成？

雷达天线的作用是定向地辐射高频脉冲波和接收来自该方向的回波。气象上使用的雷达天线一般由两部分组成：

（1）天线辐射喇叭，把发射机产生的高频脉冲能量向外辐射

（2）天线反射器，把来自辐射喇叭的脉冲电波，以很小的张角高度定向地向外反射

4.PPI 、RHI

平面位置显示器是天气雷达应用得最多的显示器，简称平显，也叫PPI 。当天线仰角为0，天线围绕铅直轴转动时，平面位置显示器表示的是波束扫描平面上的降水分析。

为了了解云、雨的形成和垂直结构情况，在天气雷达上还有一种常用的显示器——距离高度显示器。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

5. 粒子群的回波功率能否是单个粒子的回波功率之和？为什么？

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出现脉动性。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，不能简单地看作各个粒子单独产生的回波叠加

6. 有了雷达反射率，为什么还要引入雷达反射率因子？

反射率因之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 值可互相比较

7. 决定雷达最大探测距离的因素有哪些？

增加Pt ，减小脉冲重复频率，目标物最大高度，雷达架设高度，地球曲率等影响，与波长—4成正比，与雷达接收机灵敏度以及电磁波在途中衰减情况等

8. 大气水平分布非均一情况下出现探测盲区的原因是什么？

大气水平分布不均一时引起折射与超短波在垂直方向上类同，会产生水平临界折射和超折射（即全反射），因此，在锋面另一侧方向上，雷达天线无法探测到，形成探测盲区

9. 解释距离折叠的成因？

雷达测距公式R=0.5ct，t 为脉冲发出到返回的时间

雷达测距按照最新发出的脉冲从出发到返回的时间来计算

目标位于Rmax 之内，没有距离折叠

目标位于Rmax 之外，有距离折叠

一个目标位于nRmax 之后若干海里的话（n 为任意正整数），它将错误地出现在距雷达同一海里远的位置上。

10. 解释速度折叠的成因？

Inquest 间隔可分辨的速度范围，最大不模糊速度±Vmax 之间

如果粒子的径向速度超过了Nyquist 间隔，那么速度值就会aliased （folded ）。这叫苏的折叠/混淆

11. 什么是谱宽？影响速度谱宽的气象因子有哪些？

由于重力和大气的阻力作用，不同大小的粒子具有不同的下落末速度，在雷达以一定仰角探测时，由它们 造成的雷达波束轴线上的径向分量也就不同，因而产生了多普勒速度谱宽。显然，雷达有效照射体中粒子直径差别越大，由此造成的多普勒速度谱越宽。因此速度的谱宽实际上也取决于降水粒子的谱分布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. 什么是VAD 技术？均匀流场的风向风速如何测量？

V AD 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。

当天线指向上风方向时β=β0+π, ν=ν1=νf sin d +νh cos d ；当天线指向下风方向时β=β0, ν=ν2=νf sin d -νh cos d 所以可求得被探测高度上的水平风速νh =

水平风的来向，就是径向速度极小值时天线所指的方向。粒子的平均下落速度(ν1-ν2) 2cos α

νf =(ν1+ν2) ，对于给定高度，根据标准径向距离（缺省16.2海里），选定与给定高度最2sin α

接近的仰角资料。然后将该仰角中给定高度上每个距离库上平均径向速度点绘在径向速度—方位图上，横坐标为方位角（0o 或360o 为正北方向，180o 朝向正南），纵坐标表示径向速度。最小二乘法拟合这些点，可得到一条正弦波曲线，振幅表示水平风向，波谷（负值最大点）所在方位角表示水平风向

13. 利用多普勒速度资料如何判别高低空的基本气流？

低空基本气流：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径向垂直。

基本气流垂直廓线和温度平流：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

14. 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？

中尺度气旋多普勒径向速度的特征：零值线与雷达扫描径向一致，从雷达中心往外看，其正极值中心在右，负极值中心在左。中尺度气旋多普勒径向速度图：一对数值相同的正负多普勒径向速度，趋向雷达分量在左，离开雷达的分量在右侧。反气旋多普勒径向速度图：一对

数值相同的正负多普勒径向速度，趋向雷达分量在右，离开雷达分量在左

辐合/辐散中尺度气旋图像：多普勒径向速度零值线与距离圈斜交，一对“牛眼”既不沿径向排列，也不沿距离圈对称排列，都有一个角度。与辐合型中尺度气旋相比主要是正、负中心上下分布相反

15. 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？

特点：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 （2）用PPI 探测判断 （3）用RHI 探测判断 （4）用A/R探测判断 （5）其它

16. 零度层亮带形成的物理原因？

当冰晶下落通过融化层时，它们的外表面开始融化。正好位于融化层（0o 层面）下面，这些包着水晶外衣的冰晶反射率因子是高的，产生增强的雷达信号，在PPI 上象弧形结构，在常规天气雷达上叫做亮带，亮带会造成降水率的过高估计

17. 影响对流风暴结构和类型的环境因子有哪些？

环境热力不稳定：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流强度及对流发展的潜势增加

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，在一定热力环境不稳定条件下，垂直风切变的增强将导致风暴进一步加强和发展。

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

触发机制：重点注意边界层辐合线，包括锋面、干线、雷暴处流边界、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

18. 耀斑回波的形成原因？

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

论述题

1. 推导天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时单个目标的雷达气象方程。 理想情况：天线作各向同性的球面发射S av (R ) =

引入天线增益 G =P t 24πR S max S av

P t G 24πR 距离R 处的入射能流密度 S m a x =GS av =

S s (π) 4πR 2

引入雷达 σ= S m a x

目标物散射回天线的后向散射能流密度 S s (π) =P t G σ 22(4πR )

P t G σA e λ2考虑天线的面积 P t =S s (π) A e = A e =G 4π(4πR 2) 2

P t G 2σλ2

雷达方程 P t = 34(4π) R

2. 推导天线辐射强度在两半功率点间均匀分布时云和降水的雷达气象方程。

P t G 2λ2

P t =(4π) 3r 4∑σi =1

N

i =1N i

∑σi =V 单位体积∑σi =V η

P t G 2λ2

=V ∑σi 34(单位体积

V =π(r θϕh )(r ) 222

P t G 2λ2h θϕ =∑σi 512π2r 2单位体积

3. 简述脉冲多普勒天气雷达径向速度场分析技术

零向速度线：1. 零向速度线是否与向径平行 2. 零径向速度线走向有无显著折角 3. 零径向速度线走向是否和距离圈平行

朝向雷达分量（负）、离开雷达分量（正）范围、分布及中心 1. 大片正区和负区是否和原点（测站）对称范围是否大致相等 2. 大片正区和负区是否与向径对称 3. 有无紧密相邻的成对强小尺度正、负中心存在 4. 有无多普勒径向速度等值线密集带存在

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，往往与强对流大气（快速移行冷锋、颮线、中尺度气旋）相联系。成弧状排列时，可能存在强辐合带或颮线，近似圆形排列时，则可能存在强中尺度气旋

4. 层状云降水与对流云降水的雷达回波特征。

层状云降水：层状云降水常常呈带状，长达数百公里，宽约2—100km. 大范围层状云降水主要出现在冬季。但在中尺度对流系统降水后期，或者在中尺度对流系统降水回波的后部，常常出现各种范围的层状云降水。在雷达回波上，层状云降水以出现连续或不连续的0C 层亮带回波为标志

对流云降水：在各种天气系统的降水中，对流云降水无所不在，但对流天气的强度差异很大，从一般常见小阵雨，到狂风、冰雹、龙卷。锋面气旋的暖区降水很多是从零星对流、阵雨开始的，这种阵雨总的来说成带状。暖区降水作为一个整体它移动得比地面锋快。较大的对流单体，其运动受3km 高度（约700hPa ）的高度气流控制，沿雨带移动得更为迅速

5. 叙述典型对流单体的生命史各个阶段的特征。

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。各经历约8～15分钟，整个生命史约25～45分钟 o

塔状积云阶段：由上升气流所控制，上升速度一般随高度增加，上升速度一般约为5～10m/s，个别达到25m/s。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-4C ～-16C 之间的高度上，回波底在0C 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中上部

在塔状积云的后期，降水能够激发下沉气流。

成熟阶段：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。也可以认为雷达回波及地是对单体成熟阶段的开始。

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，与单体运动前方的底层暖湿空气交汇而形成颮锋，又称阵风锋。

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：下沉气流扩展到整个单体；降水发展到整个对流云体；雷达回波强中心下降到地面附近，回波强度减弱

-0. 2⎰kdR P t hG 2θ1ϕ11m 2-1Z ⋅100中各参数的含义，6. 写出雷达气象方程 P r =2221024ln 2λR m +2o o o π32R

并讨论该雷达方程的适用范围？

P r 回波接受功率，P t 发射功率，h 脉冲长度，θ1水平波束宽度，ϕ1垂直波束宽度，G 天线-0. 2⎰kdR m 2-1增益，2⋅Z , 100都是气象因子分别影响是目标物的后向散射特性；波束路径上m +2R

各种粒子对雷达波的衰减作用，R 表示距离

此方程只在瑞利散射条件下成立