[科普中国]-天气雷达

原理

天气雷达多为脉冲雷达，它以一定的重复频率发射出持续时间很短（0.25～4微秒）的脉冲波,然后接收被降水粒子散射回来的回波脉冲。降水对雷达发射波的散射和吸收同雨滴谱、雨强、降水粒子的相态、冰晶粒子的形状和取向等特性有关（见云和降水粒子的微波散射、云和降水粒子的微波吸收）。因此，分析和判定降水回波，可以确定降水的各种宏观特性和微物理特性。在降水回波功率和降水强度之间已建立有各种理论和经验的关系式，利用这些关系，可以根据回波功率测定雷达探测范围内的降水强度分布和总降水量（见雷达测量降水）。

结构天气雷达由以下几个基本部分组成：发射机──产生高频脉冲，定向天线──发射探测脉冲和接收回波脉冲，按收机──放大回波脉冲信号，显示器──显示气象目标物（如降水区、风暴）相对于雷达的位置、回波强度和结构。天气雷达常用的显示器有 3种：①距离显示器(A显或A/R显)。显示不同距离上气象目标物的回波强度的一种仪器。②平面位置显示器 (PPI)。以雷达站为显示中心，把气象目标物的方位和距离的平视图以极坐标形式显示出来的一种指示仪器。它可反映降水区、风暴等的水平分布。③距离高度显示器 (RHI)。把在给定方位的铅直平面内气象目标物的距离和高度以直角坐标形式显示出来的一种指示仪器。它可反映降水区、风暴等的铅直结构。70年代以后，定量探测的天气雷达还附有小型计算机的数字处理系统。

特点天气雷达的结构有以下一些特点：①采用对数中频放大器。它可使输出近似正比于输入信号强度的对数，从而保证变化范围比较大的云和降水回波强度都能得到相应的显示。②有距离订正。由于接收功率Pr和距离R的平方成反比（见气象雷达方程），经距离订正后便可直接比较不同距离上的回波的强弱。③具有视频积分处理器(VIP)。由于降水回波信号具有随机起伏的性质,需要把探测范围分成苦干小区域，对每一个小区域的回波信号进行平均。然后,按回波强度,实现黑白、彩色和数字分层显示。④定量测定降水的雷达已有实时监测雷达参数设备。⑤先进的天气雷达已由电子计算机控制，并由电子计算机处理气象资料，如降水量、气流速度等。

新一代多普勒天气雷达常规天气雷达的探测原理是利用云雨目标物对雷达所发射电磁波的散射回波来测定其空间位置、强弱分布、垂直结构等。新一代多普勒天气雷达除能起到常规天气雷达的作用外，还可以利用物理学上的多普勒效应来测定降水粒子的径向运动速度，推断降水云体的移动速度、风场结构特征、垂直气流速度等。新一代多普勒天气雷达可以有效地监测暴雨、冰雹、龙卷等灾害性天气的发生、发展；同时还具有良好的定量测量回波强度的性能，可以定量估测大范围降水；多普勒天气雷达除实时提供各种图像信息外，还可提供对多种灾害性天气的自动识别、追踪产品。2

新一代多普勒天气雷达在灾害性天气监测、预警方面，发挥着不可替代的作用。目前我国已建成的新一代多普勒天气雷达主要分S、C两种波段，S波段雷达主要分布在沿海地区及主要降雨流域，C波段雷达主要分布在内陆地区。到"十一五计划"末期，全国将建成158部多普勒天气雷达构成的天气雷达网。

1、C波段天气雷达（CINRAD/CC）

北京市气象局的C波段多普勒天气雷达可以对台风、暴雨等大范围强降水天气的监测距离大于400并能获取150公里半径范围内的降水区降水及风场信息，可对150公里半径范围内的降雨进行较准确估测。与常规天气雷达相比，CINRAD/CC雷达增加了风场信息，能有效地监测和预报阵风锋，下击暴流，热带气旋，风切变等灾害性天气。

2、S波段雷达（CINRAD/SA）

北京新一代S波段多普勒天气雷达可以监视半径为400公里范围的地区内台风、暴雨、飑线、冰雹、龙卷等大范围强降水天气，对雹云、龙卷气旋等中小尺度强天气现象的有效监测和识别距离可达230公里，可在距离雷达150公里处识别雹云中尺度为2～3公里的核区，或判别尺度为10公里左右的龙卷气旋。其先进的技术手段将显著增强对暴雨、冰雹等灾害性天气的监测和预警能力，进一步提高降水预报的时间、空间分辨率，实现降水预报的定点、定量、定时化，为工农业生产和人民生活提供更好的气象预报服务。2