多普勒天氣雷達和偏振多普勒天氣雷達

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1、第四章 多普勒天氣雷達和偏振多普勒天氣雷達,目 錄,4.1多普勒天氣雷達 4.1.1多普勒頻移 4.1.2 多普勒譜的提取方法 4.1.3 多普勒速度和多普勒速度譜 4.1.4 距離折疊和速度折疊 4.1.5 多普勒天氣雷達的應(yīng)用 4.2 偏振多普勒天氣雷達 4.2.1 偏振雷達 4.2.2 雙線偏振多普勒天氣雷達的基本參量 4.2.3 雙線偏振多普勒天氣雷達的應(yīng)用,4.1多普勒天氣雷達,常規(guī)數(shù)字化天氣雷達利用的是降水回波的幅度信息，即利用信號強度來探測雨區(qū)的分布、強度、垂直結(jié)構(gòu)等。 多普勒天氣雷達是基于物理學(xué)中的多普勒效應(yīng)發(fā)展起來的，除常規(guī)天氣雷達功能之外，還可利用降水回波頻率與發(fā)射頻率之

2、間變化的信息來測定降水粒子的徑向速度，并通過此推斷風(fēng)速分布，垂直氣流速度，大氣湍流，降水粒子譜分布，降水中特別是強對流降水中風(fēng)場結(jié)構(gòu)特征。,,常規(guī)天氣雷達僅能提供反射率因子資料。多普勒天氣雷達將提供兩種附加的基本資料，徑向速度和速度譜寬，它們將增強對強風(fēng)暴的探測能力，也能改進對中尺度和天氣尺度系統(tǒng)的預(yù)報。,1.多普勒效應(yīng),多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家J.Doppler1842年首先從運動著的發(fā)聲源中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，定義為“當(dāng)接收者或接收器與能量源處于相對運動狀態(tài)時，能量到達接收者（器）時頻率的變化”。,一個例子是：當(dāng)一輛緊急的火車（汽車）鳴著喇叭以相當(dāng)高的速度向著你駛來時，聲音的音調(diào)（頻率

3、）由于波的壓縮（較短波長）而增加。當(dāng)火車（汽車）遠(yuǎn)離你而去時，這聲音的音調(diào)（頻率）由于波的膨脹（較長波長）而減低。,,發(fā)射頻率,多普勒頻移,發(fā)射頻率 Vs 多普勒頻移,對于一個運動的目標(biāo)，向著雷達運動或遠(yuǎn)離雷達運動所產(chǎn)生的頻移量是相同的，但符號不同：如果目標(biāo)移向雷達為正；如果目標(biāo)遠(yuǎn)離雷達為負(fù)。,假設(shè)多普勒雷達發(fā)射脈沖的工作頻率為f0，目標(biāo)與雷達的距離為r，則雷達波發(fā)往目標(biāo)到返回天線所經(jīng)過的距離為2r。這個距離用波長來度量，相當(dāng) 個波長；用弧度來衡量相當(dāng)于 個弧度。若所發(fā)射的電磁波在天線處的位相為 ，那么電磁波被散射回到天線時的相位應(yīng)是,,,,,位相的時間變化率,,,由于目標(biāo)物的徑向運動引起

4、的雷達回波信號的頻率變化，它就是多普勒頻移或多普勒頻率,2. 多普勒頻率/頻移,1.目標(biāo)移向雷達為正，遠(yuǎn)離雷達為負(fù),2.目標(biāo)移向雷達為負(fù)，遠(yuǎn)離雷達為正,徑向速度簡單地定義為目標(biāo)運動平行于雷達徑向的分量。它是目標(biāo)運動沿雷達徑向的分量，既可以向著雷達，也可以離開雷達。 需要記住的是：徑向速度總是小于或等于實際目標(biāo)速度；由WSR-88D測量的速度只是目標(biāo)向著或離開雷達的運動；當(dāng)目標(biāo)運動垂直于雷達徑向或靜止時徑向速度為零。,3. 徑向速度,方向定義有兩種情形：,目標(biāo)的實際速度與WSR-88D描述的徑向速度間的關(guān)系能用數(shù)學(xué)方法描述成徑向速度方程 Vr=Vcos 其中Vr為徑向速度，V為實際速度，

5、為實際速度V與雷達徑向之間最小的夾角，cos為余弦函數(shù)。,4. Pulse-Pair Method 脈沖對方法,取兩個連續(xù)的脈沖然后測量接收脈沖的相位,d/dt 實際上就是角速度 = w = 2fd,5. 關(guān)于相干的幾個概念,6. 最大不模糊距離與距離折疊,最大不模糊距離：最大不模糊距離是指一個發(fā)射脈沖在下一個發(fā)射脈沖發(fā)出前能向前走并返回雷達的最長距離,其中，Rmax為最大不模糊距離，c為光速，PRF為脈沖重復(fù)頻率,距離折疊（模糊）,雷達測距公式 R=0.5ct，t為脈沖發(fā)出到返回的時間。 雷達測距按照最新發(fā)出的脈沖從發(fā)出到返回的時間來計算。 距離折疊是指雷達確定的目標(biāo)物方位是正確的但距離是錯

6、誤的。當(dāng)目標(biāo)物位于雷達最大不模糊距離之外時會發(fā)生這一現(xiàn)象，也就是說，目標(biāo)物的定位是模糊的。換句話說，當(dāng)目標(biāo)物位于雷達的最大不模糊距離（Rmax）之外時，雷達卻把目標(biāo)物顯示在Rmax以內(nèi)的某個位置，我們形象地稱之為距離折疊。,,目標(biāo)位于最大不模糊距離之內(nèi)，沒有距離折疊（模糊）發(fā)生。,距離折疊是如何發(fā)生的？,雷達最大探測距離是250nm,nm=1.852km nautical mile,目標(biāo)位于最大不模糊距離之外，距離折疊（模糊）發(fā)生。,一個目標(biāo)物位于nRmax之后若干海里的話（這里n是任意一個正整數(shù)），它將錯誤地出現(xiàn)在距雷達同一海里遠(yuǎn)的位置上。如果雷達的Rmax=250nm，那么位于0-250n

7、m的目標(biāo)物處于第一程；251-500nm的目標(biāo)物處于第二程等等，以此類推。一個實際位于550nm（超過2Rmax）處的目標(biāo)物，如果被Rmax=250nm雷達探測到，它在雷達上的顯示位置是50nm；一個實際位于300nm（超過1Rmax）處的目標(biāo)物，如果被Rmax=250nm雷達探測到，它在雷達上的顯示位置也是50nm。,距離折疊回波的特點： 方位角是正確的 強度較弱 有時具有奇怪的多普勒速度 怎樣排除距離折疊回波？ 改變雷達機的脈沖重復(fù)頻率(PRF) Use a different PRF every 2-3 pulses, if the echo moves,it is bogus!

8、,7. 最大徑向速度與速度模糊,最大不模糊速度 Vmax：最大不模糊速度是雷達能夠不模糊地測量的最大平均徑向速度，其對應(yīng)的相移是180度。,速度模糊 速度的可能值 v-2nVmax或v+2nVmax,速度折疊,Nyquist 間隔 可分辨的速度范圍 最大不模糊速度Vmax之間 如果粒子的徑向速度超過了Nyquist 間隔，那么速度值就會aliased, or folded. 這叫速度折疊/混淆(velocity folding/aliasing). 例如: 若nyquist 速度是25 m/s ，粒子的radial velocity是-30 m/s, 那么 就會發(fā)生折疊，導(dǎo)致其值是+20 m/

9、s,速度模糊的成因,解決測速模糊的兩種方法,一、用雙脈沖重復(fù)頻率擴展多普勒雷達可測速區(qū)間,標(biāo)準(zhǔn)化多普勒速度,,雷達交替發(fā)射兩種脈沖重復(fù)頻率F1和F2 ：,最大不模糊速度,多普勒速度：,,擴展？,二、用退折疊技術(shù)消除多普勒速度的折疊,(一)折疊成因,當(dāng)目標(biāo)物的多普勒頻移fd大于脈沖重復(fù)頻率F的一半(相位大于1800)時，對fd的識別就會產(chǎn)生混淆。,若,則,即,(二)退折疊所依據(jù)的原理,軟件退折疊主要依據(jù)連續(xù)性原理，即在大氣中風(fēng)場的 分布總是連續(xù)的因此，只要雷達的分辨率足夠高、保證風(fēng)場的連續(xù)變化特征不會模糊掉，那么從理論上講，在有回波之處運用連續(xù)性原理，總可以從點推得整個回波區(qū)的速度值，因為速度的

10、折疊總是使相鄰庫問的速度增加而呈現(xiàn)出明顯的突變，選擇適當(dāng)?shù)腘，使該速度梯度明顯減小時即可認(rèn)為此時的速度值是實際速度。,(三)退折疊的方法,一旦反射率因子、速度和譜寬基本數(shù)據(jù)由RDA傳輸?shù)絉PG，則開始執(zhí)行速度退模糊算法。該算法的可調(diào)參數(shù)設(shè)置（adaptable parameter settings）隨所使用的脈沖長短而變化。不同的設(shè)置是為了減少VCP31中速度退模糊的失敗率。,由于在RDA中已經(jīng)過距離去折疊處理，所以現(xiàn)在速度數(shù)據(jù)的距離（位置）是正確的，速度退模糊算法試圖識別和校正模糊的速度。速度退模糊算法本質(zhì)上是根據(jù)連續(xù)性原則將每個速度初猜值與它的周圍的相臨速度值相比較。如果一個速度初猜值與它

11、的周圍值顯著不同，則該算法試圖用另一個可能的值替換那個速度初猜值。由于PRF和Vmax是已知的，所以計算速度初猜值值的可能的替代值是直截了當(dāng)?shù)?。由于算法依賴于周圍的?shù)據(jù)，因此它主要建立在連續(xù)性的基礎(chǔ)上。,8.多普勒兩難(The Doppler Dilemma),最大不模糊速度 Vmax：最大不模糊速度是雷達能夠不模糊地測量的最大平均徑向速度，其對應(yīng)的相移是180度。 最大不模糊距離Rmax：最大不模糊距離是指一個發(fā)射脈沖在下一個發(fā)射脈沖發(fā)出前能向前走并返回雷達的最長距離,Vmax和Rmax 都與PRF有關(guān),由于沒有唯一的PRF能使得Vmax和Rmax都能達到最大，所以要使用變化的PRF。每臺W

12、SR-88D使用不同的PRF，從一組8個PRF中選擇。,typical example,1、回波功率譜,2、平均多普勒速度及速度譜寬度,9.降水回波信號的幾個統(tǒng)計特征,多普勒速度和速度譜寬度,10. 影響速度譜寬的氣象因子,(1)垂直方向上的風(fēng)切變； (2)由波束寬度引起的橫向風(fēng)效應(yīng)； (3)大氣的湍流運動； (4)不同直徑的降水粒子產(chǎn)生的下落末速度的不均勻分布,譜寬數(shù)據(jù)指的是速度譜寬數(shù)據(jù)，它是對在一個距離庫中速度分離度的測量。譜寬在數(shù)學(xué)上與一個距離庫內(nèi)的各個散射體的速率和速度方向的方差成正比例。譜寬可以用做速度估計質(zhì)量控制的工具。當(dāng)譜寬增加，速度估計的可靠性就減小。,影響速度譜寬的氣象因子,

13、若每項因子對速度譜寬的貢獻近似看作相互獨立，則速度譜方差為各因子造成的方差之和，即 。四個因子中，不同降水粒子產(chǎn)生的下落末速度（4）對譜寬的影響一般較大（水平時探測沒有影響，垂直影響最大），而湍流效應(yīng)（3）產(chǎn)生的多普勒譜寬，既依賴于湍流強度本身，也依賴于粒子對大氣湍流運動響應(yīng)的靈敏程度，前兩個因子（1）（2）對譜寬的影響一般可忽略。,,各因子對速度譜寬的貢獻,一些典型的氣象特征和條件可導(dǎo)致相對高的譜寬，它們包括： 氣團的界面附近，如鋒面邊界和雷暴的出流邊界等； 雷暴； 切變區(qū)域； 湍流； 風(fēng)切變； 不同尺度的雨、雪，不同的降落速度。 一些非氣象條件也可使譜寬增加，包括： 天線

14、運動； WSR-88D的內(nèi)部噪聲。,11.天氣多普勒雷達的應(yīng)用,一、測量大氣垂直速度,當(dāng)多普勒雷達垂直指向天頂時，所測量的平均多普勒速度實際上是有效照射體內(nèi)粒子的平均下落木速度和大氣垂直速度之和。若能近似估計某一直徑粒子的下落末速度或所有粒子的平均下落末速度，則可根據(jù)實測的平均多普勒速度算出大氣的垂直速度。目前主要有下三種測量方法。 速度譜低端法 w0-z關(guān)系法 綜合測量法,二、測量滴的譜分布,當(dāng)降水中氣流的垂直運動速度W已知時，從5.1式可由雷達測得的多普勒平均徑向速度，計算出質(zhì)點的下降末速度。由于質(zhì)點的重力下降末速度與質(zhì)點的直徑之間存在著一定的關(guān)系，由此便可以導(dǎo)出雨滴滴譜分布N(D)。本

15、方法對穩(wěn)定性降水效果較好，而對于對流云降水效果則比較差。 當(dāng)質(zhì)點大小不等，下降速度不等，而氣流垂直運動已知時，則先求質(zhì)點下降末速度，再求質(zhì)點大小。,三、VAD技術(shù)測量水平流場及降水量,什么是VAD技術(shù)？,,,VAD技術(shù)就是速度方位顯示方法、即讓雷達天線以某一固定的仰角作方位掃描，并把探測到的降水粒子在某一距離和方位上的徑向速度vR()記錄并顯示出來。,（一)測量均勻流場的風(fēng)向風(fēng)速,水平風(fēng)的來向，就是徑向速度最大時天線所指的方向。,速度方位顯示產(chǎn)品,算法假定在某一高度上風(fēng)場是均勻的。對于給定高度，算法根據(jù)用戶設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)徑向距離（缺省16.2海里），選定與給定高度最接近的仰角資料。然后將該仰角中給

16、定高度上每個距離庫上平均徑向速度點繪在徑向速度一方位圖上，橫坐標(biāo)為方位角0或360為正北方向，180朝向正南），縱坐標(biāo)表示徑向速度。 假如有25個以上非零數(shù)據(jù)點（用戶設(shè)定），算法用最小二乘法擬合這些點，可得到一條正弦波曲線，正弦曲線的振幅表示水平風(fēng)速，正弦曲線上的波谷（負(fù)值最大點）所在方位角表示水平風(fēng)向。,(二)測量非均勻流場的風(fēng)向、風(fēng)速、輻散和形變,,(三)估計區(qū)域降水量,(四)VAD作不均勻間隔采樣時確定風(fēng)場的方法,（自學(xué)）,四、多部多普勒雷達聯(lián)合探測風(fēng)場,1三部雷達方法探測風(fēng)場 2雙多普勒雷達探測,單部多普勒雷達只能探測大氣目標(biāo)物相對于雷達的徑向運動速度，從徑向速度分布特征再來推斷大氣流

17、場的特點，因此，單部多普勒天氣雷達探測能力是有限的，它不能直接探測空氣運動的二維或三維的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，為了能從單部多普勒天氣雷達測得的徑向速度分布，從而推斷氣流的空間情況，必須作出一些假定。,Lhernitte方法：Lhernitte（1968年)提出了用三臺多普勒天氣雷達進行觀測的方案.這種方法的原理比較清楚，但實際上很難做到同步同時對準(zhǔn)空間某一點取樣。切實可行的代替方案是三個波束獨立地掃描，多距離同時取樣、記錄、然后用內(nèi)插方法計算各時刻、各地點雷達的徑向速度。這樣做實際上隱含著整個測量過程中氣流分布是定常的假設(shè)，而且，資料處理程序非常復(fù)雜，運用三部雷達進行探測的實例還很少。而在Lhernitt

18、e探測方案基礎(chǔ)上發(fā)展的幾種雙部天氣多普勒雷達探測的方法，已在一些探測試驗中得到應(yīng)用。,1三部雷達方法探測風(fēng)場,2雙多普勒雷達探測,Browning等（1968年）提出，用一部雷達（如圖）作垂直指向，測量雷達的上空的云粒子的垂直運動徑向速度，另一部雷達設(shè)在距雷達一定距離，同時對垂直指向雷達的上空進行探測。雷達的天線的方位角固定不變，改變仰角由1度到45度作多普勒徑向速度測量，這樣就可以得到點上空的垂直速度和水平風(fēng)速。 這種方法仍然得不到對流云完整的三維結(jié)構(gòu)。,Miller等人在年提出對兩部多普勒天氣雷達共面探測方案。該方案是、兩部雷達在同一個平面上掃描取樣。該平面與地平面的交線為、兩部雷達的基線

19、。變化夾角對不同的平面共同取樣就可以得到三維流場資料。,共面探測方案,共面探測時兩部雷達天線掃描需要很好配合，才能系在同一面上掃描，操作仍很困難。NSSL（國家強風(fēng)暴實驗室）采用兩部雷達同時在、兩地各自進行固定仰角的方位掃描，從仰角零度開始，每抬高度仰角進行一次方位掃描，直到降水云頂為止，、兩個雷達站取得整個降水云體的多普勒速度資料 。,資料處理步驟:,對所得資料的處理方法是：先利用插值方法求出兩部雷達共面時的數(shù)據(jù)，再采用前述資料處理方法進行處理。,為了能夠獲得最大不折疊距離探測范圍同時獲得最大的不模糊徑向速度，在雷達硬件工作模式方面，采用了連續(xù)監(jiān)測模式CS、連續(xù)Doppler模式CD和批模式

20、B，對雷達脈沖對數(shù)、脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率等雷達參數(shù)進行了組合，以適應(yīng)上述要求。 在觀測模式方面，設(shè)有四種觀測模式，其中：降水模式有VCP11模式和VCP21模式兩種，以適應(yīng)不同降水類型的需要。CINRAD-SA雷達由于發(fā)射機功率強大，接受機靈敏度高，還設(shè)有晴空模式：VCP31模式和VCP32模式，用以探測晴空湍流、風(fēng)切變等。在上述降水觀測模式中，為了達到獲得最大探測不折疊距離和最大不模糊徑向速度，雷達采用了掃描方式與雷達參數(shù)相結(jié)合的辦法實現(xiàn)上述目標(biāo)。,12. WSR-88D取樣技術(shù)： 硬件工作模式和觀測模式,WSR-88D硬件工作模式,WSR-88D使用不同的技術(shù)從大氣中搜集反射率因子和速

21、度數(shù)據(jù)。這些技術(shù)使用不同的PRF（脈沖重復(fù)頻率）測量反射率因子和速度數(shù)據(jù)：用低PRF測反射率因子，用高PRF測速度。,1、連續(xù)監(jiān)測（Contiguous Surillance簡寫為 CS）方式, 這是一個常定的低PRF（長PRT和長Rmax模式），為確定準(zhǔn)確的目標(biāo)位置和強度。在VCP11、21、32中，它用于最低的兩個仰角；在VCP31中，它用于最低的3個仰角。因為大的Rmax值（低PRF），所以不需要使用距離去折疊算法。,2、連續(xù)多普勒（Contiguous Doppler簡寫為 CD）方式, 這是一個常定的高PRF（短PRT、短Rmax和高Vmax）模式，用它可以測量準(zhǔn)確的速度和譜寬數(shù)據(jù)。

22、它用于VCP11、21、32中最低的兩個仰角；用于VCP31中最低的3個仰角。由于是短Rmax（高PRF），所以必須使用距離去折疊算法。,3、Batch(B) 方式 這種技術(shù)是在中間仰角（2.5-6.5）的每個仰角交替使用高低PRF。這技術(shù)只用于VCP11、21、32（不用于VCP31）。此時地物雜波不是個問題。低的PRF（脈沖重復(fù)頻率）可以得到長的Rmax（最大不模糊距離），同時高的PRF可以給出更精確的速度數(shù)據(jù)。,4、連續(xù)多普勒X（CDX或沒有距離折疊的連續(xù)多普勒）方式, 這是一種在較高仰角（7）使用高PRF獲取速度數(shù)據(jù)的技術(shù)。 數(shù)據(jù)沒經(jīng)過距離去折疊處理，因為沒有必要。例如：用7.5仰角時

23、，62 nm（最短的CDRmax）處雷達波束的高度已達50,000英尺，產(chǎn)生距離折疊的回波是不太可能的。CDX用于VCP11和21中大于7的所有仰角的掃描，用于VCP31 中大于3仰角的掃描，但不在VCP32 中使用。,5、分離掃描方式(split cut), 雷達在最低的2個仰角分別使用CS和 CD進行重復(fù)掃描。從最低仰角開始一個完整的360CS波形掃描，然后仍在這個仰角進行完整的360CD波形掃描。然后，天線才抬升到第2個仰角，分別進行360CS掃描和360CD掃描。 在中仰角，雷達用Batch技術(shù)，每個仰角掃一遍（360）。然后，雷達仰角進一步抬高，在每個仰角用CDX進行360掃描。,V

24、CP11 --- VCP11（scan strategy #1，version 1）規(guī)定5分鐘內(nèi)對14個具體仰角的掃描方式。一般用于測云和降雪。 VCP21 --- VCP21 （scan strategy #2，version 1）規(guī)定6分鐘內(nèi)對9個具體仰角的掃描方式。一般用于較強的大氣對流。 VCP31 --- VCP31 （scan strategy #3，version 1）規(guī)定10分鐘內(nèi)對5個具體仰角的掃描方式。主要用于低層晴空大氣觀測。 VCP32 --- VCP32（scan strategy #3，version 2）確定的10分鐘完成的5個具體仰角與VCP31相同。不同之處在

25、于VCP31使用長雷達脈沖而VCP32使用短脈沖。,WSR-88D觀測模式,VCP11 規(guī)定5分鐘內(nèi)對14個具體仰角的掃描方式。 一般用于測云和降雪。,VCP21 規(guī)定6分鐘內(nèi)對9個具體仰角的掃描方式。 一般用于較強的大氣對流。,VCP31 規(guī)定10分鐘內(nèi)對5個具體仰角的掃描方式。 主要用于低層晴空大氣觀測。,VCP32 確定的10分鐘完成的5個具體仰角與VCP31相同。不同之處在于VCP31使用長雷達脈沖而VCP32使用短脈沖。,新一代多普勒雷達基本構(gòu)成,WSR-88D 結(jié)構(gòu)框圖,地物雜波抑制，模數(shù)轉(zhuǎn)換和多普勒資料距離退折疊。,基于電磁波的散射特性,電磁波不僅有強度特性，還有偏振特性。 通

26、常用電場矢量在垂直于波傳播方向平面內(nèi)的變化軌跡來描述偏振狀態(tài)。依其軌跡為線、圓和橢圓而分為線偏振、圓偏振和橢圓偏振波，且發(fā)射相應(yīng)偏振波的雷達分別叫線偏振、圓偏振和橢圓偏振雷達。,13.偏振雷達的探測原理,根據(jù)散射理論,在忽略傳輸介質(zhì)的影響時,球形散射體對給定偏振電磁波的后向散射電磁波仍然是單一偏振電磁波,即不產(chǎn)生退偏振效應(yīng)。但對于非球形粒子,其后向散射電磁波除了與入射波偏振狀態(tài)相關(guān)的主分量外,還有不同的正交分量,其大小反映了偏離球形狀態(tài)的程度,這就是退偏振效應(yīng)。由于云內(nèi)許多水成物粒子都不是理想的球體,而且粒子的軸在空間分布上存在優(yōu)勢取向,所以可用偏振技術(shù)對其進行研究,這就是偏振氣象雷達發(fā)展的理

27、論基礎(chǔ)。,偏振雷達的探測原理,20世紀(jì)50年代,科學(xué)家就對水成物粒子對偏振波的后向散射效應(yīng)進行了研究。 60年代蘇聯(lián)科學(xué)家用偏振方法研究云和降水,試圖確定降水物相態(tài)和評價人工影響天氣的效果。 60年代末, 加拿大科學(xué)家研制成高精度雙通道圓偏振雷達起,偏振雷達的氣象應(yīng)用研究才真正開展起來。 到了70年代中期,美國科學(xué)家提出了雙線偏振雷達的理論,并在外場試驗中取得成功后,偏振雷達才如雨后春筍般發(fā)展起來。 80年代法國、德國、英國、澳大利亞、日本等國都相繼發(fā)展了自己的偏振雷達。 中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所(原蘭州高原大氣所)也研制成功了我國第一部線圓偏振和5波長雙線偏振雷達。并開展了雙線偏振

28、雷達在云和降水物理、遙測區(qū)域降雨量和人工影響天氣方面的應(yīng)用研究。,14.發(fā)展歷史,有水平和垂直2個偏振通道,可以同時或交替發(fā)射和接收水平和垂直2種線偏振波,有2種制式: 一種是工作時雷達同時發(fā)射和接收水平和垂直2種偏振信號,其dr,它反映了探測目標(biāo)偏離球形的大小和在水平和垂直方向上的優(yōu)勢取向程度。如只發(fā)射水平線偏振波,而分別接收回波的水平線偏振和其正交分量,則回波的正交分量和水平線偏振分量之比的對數(shù)就是水平線性退偏振比LDR,也反映了探測目標(biāo)的形狀、大小、取向或傾斜角分布(均值和方差)以及濕度和成份。對于這種制式的雙線偏振雷達,要求有性能完全相同的2個發(fā)射機和接收機,技術(shù)相對復(fù)雜且造價高,它的

29、優(yōu)點是2通道的隔離度可以做得較高,相關(guān)性好,偏振性能優(yōu)越.,15.雙線偏振,還有一種制式是雷達只有1個發(fā)射和接收機,工作時雷達以觸發(fā)脈沖為時間間隔,交替發(fā)射和接收水平和垂直兩種線偏振波,這樣得到的dr、dp和的相關(guān)性稍微差些,它要求雷達的觸發(fā)脈沖頻率較高。這種雷達相對簡單,造價低,在常規(guī)雷達上改裝較容易。各國在開始發(fā)展雙線偏振雷達技術(shù)時大都采用此種制式。,雙線偏振,16.偏振雷達在氣象中的應(yīng)用,1用于識別云中粒子的相態(tài)如把云中水成物粒子分成小雨、中雨、大雨、大粒子降雨、雨夾雹、冰雹、霰、干雪、濕雪、水平排列冰晶、垂直排列冰晶共11類。 2遙測區(qū)域降水量偏振雷達由于能以比常規(guī)雷達高得多的精度實時

30、快速獲取降雨量數(shù)據(jù),是防止局地暴洪較好的探測工具。 3 用于雷電探測冰相粒子和強烈上升氣流的存在,是云中粒子電荷產(chǎn)生的主要原因。 4 用于人工影響天氣工作偏振雷達(特別是短波長云偏振雷達)由于其固有的特性,能在了解云發(fā)展過程中一系列微物理變化特征方面發(fā)揮重要作用。,17.DLPDR能從降水云中提取的物理量,1水平偏振的反射率因子 2垂直偏振的反射率因子 3差示反射率因子 4雙程差示傳播相位變量 5相關(guān)系數(shù) 6. 多普勒相移及多普勒勒速度 7多普勒速度譜寬,17.用雙線偏振變量估測降雨強度,常規(guī)單偏振天氣雷達測雨的缺點：,ZhI關(guān)系隨雨滴譜型變化較大，使其普適性及穩(wěn)定性均較差 假定雨滴是球形的，

31、忽略了大雨滴非球形帶來的影響,雙線偏振多普勒天氣雷達的優(yōu)點：,采用ZDR、KDP等偏振變量建立的測雨方程，對雨滴譜的變化相對說來較不敏感 考慮了雨滴非球形的影響,幾種測雨方程的形式,常規(guī)天氣雷達,雙線偏振雷達,雙線偏振多普勒雷達,各測雨方程精度比較結(jié)果:,,測雨方程對雨滴譜變化的敏感性：,,18. 不同降水粒子時各偏振變量的情況,(1)對于純降雨區(qū) (2)對于雨和冰雹共存區(qū) (3)中等大小且方向性很好的融化冰雹 (4)大的冰雹,19.用偏振變量識別冰雹,,,,冰雹參量：HDR0有冰雹,雨區(qū)邊緣分布廓線,,,名詞解釋：多普勒效應(yīng)、多普勒頻率、相干波、非相干波、全相干多普勒天氣雷達、脈間相干多普勒天氣雷達、最大不模糊距離與距離折疊、最大徑向速度與速度模糊、多普勒兩難、回波功率譜、多普勒速度和速度譜寬度、Nyquist 間隔 新一代多普勒雷達的觀測模式有哪些？ 影響速度譜寬的氣象因子？ VAD技術(shù)及多普勒雷達測量均勻流場的風(fēng)向風(fēng)速？ 什么是雙線偏振多普勒雷達？ 差示反射率因子ZDR，KDP，DP 不同降水粒子偏振變量的狀態(tài),