气象雷达新技术及其应用思路研究

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1、气象雷达新技术及其应用思路研究陈海坚（海南省三亚市气象局，572000）摘要：本文基于笔者多年从事气象雷达的相关工作经验，以气象雷达技术的发展及其在防灾减灾中的应用为研究对象，分析了气象雷达新技术的特点，全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。关键词：气象雷达，偏振雷达，机载雷达，相控阵气象雷达近几十年来呈高速发展的态势，受到世界上大多数国家和包括世界气象组织在内的气象、水文和相关学科的国际气象组织的高度重视。特别是多普勒天气雷达技术的应用，使获取更多的大气运动状态信息成为可能

2、，极大地提高了各国气象和水文部门对极端灾害性天气的监测和预报能力，已成为世界各国构建业务雷达网之首选。此外，以美国和欧洲国家为主的研究机构和大学开展了各种特种雷达的研制和开发，如双线偏振雷达、激光雷达、风廓线雷达等，这些雷达大多数处于试验阶段或主要用于大型外场试验。但它们所具有的目前业务雷达网无法达到的性能，大大提高了对大气系统的认识水平。同时新型雷达的研制和试验，对于改进业务雷达信号和产品的处理水平，探索今后业务雷达网的发展方向也做出了非常有益的贡献。本文首先阐述了国外发达国家气象雷达的发展现状，然后分别简要介绍双(多)基地天气

3、雷达、双线偏振雷达、相控阵天气雷达、激光天气雷达、风廓线雷达等新型雷达探测大气的原理及其在气象中的应用。1气象雷达发展现状美国在80年代初开始研制全相干脉冲多原普勒天气雷达，1988年开始批量生产，并由此组成的美国下一代天气雷达网(NEXRAD)作为美国气象现代化的重要组成部分开始实施。WSR-88D多普勒天气雷达不仅提高了探测能力，还具备了获取风场信息的功能，并提供了丰富的监测和预警产品。2000年NEXRAD业务布网完成，包括了158部业务雷达，分布在美国本土以及近海和岛屿，雷达间的最大距离为250海里。NEXRAD网的布设，

4、大大提高了对灾害性天气，尤其是暴雨的预报能力，对龙卷形成前奏-中尺度气旋和机场附近的下击暴流的识别具有特殊的能力。上世纪末，美国开始NEXRADOpenSystem的改进工作，重点在双线偏振技术的引入和数据网络结构的改进。计划在2010年完成WSR-88D雷达的双线偏振雷达改造。加拿大自1998起的6年时间内完成了“国家多普勒雷达计划”，主要沿人口密集、灾害性天气频发并造成巨大灾害的海岸线布设了30部多普勒雷达，其中11部多普勒雷达是完全新建的，其余19部则是原有的常规雷达翻建成具有多普勒雷达功能的。雷达的有效探测距离为240km

5、，多普勒模式下为120km。目前加拿大正在进行将多普勒模式下的作用距离加大到240km的技术开发。雷达网的建成，使得对龙卷的预报从几乎不可能到提前15~20min，对风暴位置和雨雪量级做出了比以前更为准确的预报。欧洲国家由于国土紧密相连，采取联合方式建立雷达网，使雷达探测资料在天气预报中得到充分利用。从1970年代后期，欧盟COST-72(CooperativeinScienseandTechnologyProject72)项目开始实施并持续了6年，至1980年代中后期的COST-76项目，欧洲形成了世界上两大雷达网之一，共有13

6、0多部雷达，其中一半具有多普勒雷达能力，并建立了风廓线雷达网，进行欧洲大面积降水监测和风廓线观测。COST717项目的主要目的是对先进的雷达信息进行评估、演示和记录，如将径向速度、垂直风廓线、反射率、估算出的降水等作为参数，对数值天气预报和水文模式进行评估。2气象雷达新技术2.1双线偏振雷达为了识别降水目标、区分不同的降水类型，人们采用多参数雷达进行天气研究，其中双偏振雷达是人们常采用的技术之一，它是根据不同的降水粒子对入射电磁波极化散射特性不同对降水类型进行识别和分类的。双线偏振天气雷达能交替发射和接收水平和垂直的线偏振波，与常

7、规天气雷达相比，除能测量水平反射率因子ZH外，还可以测量差分反射率ZDR、比差分传播相移KDP、相关系数ρHV(0)、退偏振比LDR等，从而了解降水粒子的形状、相态、粒子谱分布、以及粒子的空间取向等，在提高定量测量降水精度、识别冰雹并确定冰雹的大小、区分冬季降水类型、识别风暴中的闪电活动、确定飞机结冰条件等方面具有广泛的应用。双线偏振天气雷达对云雨时空变化的连续观测，可明显提高对水成物形成的微物理过程的理解，提高降水强度的估测精度，改善雷达测量单点和流域的降水强度和降水总量的效果。双线偏振雷达探测的云和降水的ZH和ZDR可用于确定

8、降水粒子的滴谱分布，R(KDP)方法不受发射机和接收机的标定误差影响，对雨滴谱分布的变化不敏感，并可用于探测异常传播效应等。通过数值计算和观测数据统计表明，R(KDP)的累积误差在10%~20%之间，R(ZDR，KDP)的误差略好或相似于R(KDP