4)第四章_多普勒天气雷达和偏振多普勒天气雷达

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1、第四章多普勒天气雷达和偏振多普勒天气雷达目录4.1多普勒天气雷达4.1.1多普勒频移4.1.2多普勒谱的提取方法4.1.3多普勒速度和多普勒速度谱4.1.4距离折叠和速度折叠4.1.5多普勒天气雷达的应用4.2偏振多普勒天气雷达4.2.1偏振雷达4.2.2双线偏振多普勒天气雷达的基本参量4.2.3双线偏振多普勒天气雷达的应用4.1多普勒天气雷达常规数字化天气雷达利用的是降水回波的幅度信息，即利用信号强度来探测雨区的分布、强度、垂直结构等。多普勒天气雷达是基于物理学中的多普勒效应发展起来的，除常规天气雷达功能

2、之外，还可利用降水回波频率与发射频率之间变化的信息来测定降水粒子的径向速度，并通过此推断风速分布，垂直气流速度，大气湍流，降水粒子谱分布，降水中特别是强对流降水中风场结构特征。常规天气雷达仅能提供反射率因子资料。多普勒天气雷达将提供两种附加的基本资料，径向速度和速度谱宽，它们将增强对强风暴的探测能力，也能改进对中尺度和天气尺度系统的预报。1.多普勒效应多普勒效应多普勒效应是奥地利物理学家J.Doppler1842年首先从运动着的发声源中发现的现象，定义为“当接收者或接收器与能量源处于相对运动状态时，能量到达

3、接收者（器）时频率的变化”。一个例子是：当一辆紧急的火车（汽车）鸣着喇叭以相当高的速度向着你驶来时，声音的音调（频率）由于波的压缩（较短波长）而增加。当火车（汽车）远离你而去时，这声音的音调（频率）由于波的膨胀（较长波长）而减低。发射频率多普勒频移发射频率Vs多普勒频移对于一个运动的目标，向着雷达运动或远离雷达运动所产生的频移量是相同的，但符号不同：①如果目标移向雷达为正；②如果目标远离雷达为负。假设多普勒雷达发射脉冲的工作频率为f0，目标与雷达的距离为r，则雷达波发往目标到返回天线所经过的距离为2r。这个

4、距离用波长来度量，相当个波长；用弧度来衡量相当于个弧度。若所发射的电磁波在天线处的位相为，那么电磁波被散射回到天线时的相位应是位相的时间变化率由于目标物的径向运动引起的雷达回波信号的频率变化，它就是多普勒频移或多普勒频率2.多普勒频率/频移1.目标移向雷达为正，远离雷达为负2.目标移向雷达为负，远离雷达为正径向速度简单地定义为目标运动平行于雷达径向的分量。它是目标运动沿雷达径向的分量，既可以向着雷达，也可以离开雷达。需要记住的是：①径向速度总是小于或等于实际目标速度；②由WSR-88D测量的速度只是目标向着

5、或离开雷达的运动；③当目标运动垂直于雷达径向或静止时径向速度为零。3.径向速度方向定义有两种情形：目标的实际速度与WSR-88D描述的径向速度间的关系能用数学方法描述成径向速度方程│Vr│=│V│·cosβ其中Vr为径向速度，V为实际速度，β为实际速度V与雷达径向之间最小的夹角，cos为余弦函数。4.Pulse-PairMethod脉冲对方法取两个连续的脉冲然后测量接收脉冲的相位dΦ/dt实际上就是角速度=w=2πfd5.关于相干的几个概念6.最大不模糊距离与距离折叠最大不模糊距离：最大不模糊距离是指一个发

6、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其中，Rmax为最大不模糊距离，c为光速，PRF为脉冲重复频率距离折叠（模糊）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发出到返回的时间来计算。距离折叠是指雷达确定的目标物方位是正确的但距离是错误的。当目标物位于雷达最大不模糊距离之外时会发生这一现象，也就是说，目标物的定位是模糊的。换句话说，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

7、’。目标位于最大不模糊距离之内，没有距离折叠（模糊）发生。距离折叠是如何发生的？雷达最大探测距离是250nmnm=1.852kmnauticalmile目标位于最大不模糊距离之外，距离折叠（模糊）发生。一个目标物位于nRmax之后若干海里的话（这里n是任意一个正整数），它将错误地出现在距雷达同一海里远的位置上。如果雷达的Rmax=250nm，那么位于0-250nm的目标物处于第一程；251-500nm的目标物处于第二程等等，以此类推。一个实际位于550nm（超过2Rmax）处的目标物，如果被Rmax=250

8、nm雷达探测到，它在雷达上的显示位置是50nm；一个实际位于300nm（超过1Rmax）处的目标物，如果被Rmax=250nm雷达探测到，它在雷达上的显示位置也是50nm。距离折叠回波的特点：方位角是正确的强度较弱有时具有奇怪的多普勒速度怎样排除距离折叠回波？改变雷达机的脉冲重复频率(PRF)UseadifferentPRFevery2-3pulses,iftheechomoves,itisbogus!7.最大径