气象雷达之演讲稿

气象雷达之演讲稿老师好，同学们好，我们小组的课题是气象雷达的现状。下面我们将从四个方面阐述我们小组对气象雷达现状的认识。在这之前要说一说气象雷达的概况。气象雷达是专门用于大气探测的雷达，属于主动式微波大气遥感设备，气象雷达主要用来探测气象状况以及变化趋势，如风、雨、云等，是用于警戒和预报中、小尺度天气系统（如台风和暴雨云系）的主要探测工具之一。下面进入第一个模块，气象雷达的分类及作用。测云雷达是用来探测未形成降水的云层高度、厚度以及云内物理特性的雷达。其常用的波长为1.25厘米或0.86厘米。主要用来探测云顶、云底的高度。如空中出现多层云时，还能测出各层的高度。毫米波测云雷达就是其中的一种，它通常用于识别云的相态，主要用于机场、港口、气象、大气物理研究等部门进行的非降水云和弱降水云探测，可以提供云底高度、云顶高度及云厚等信息，判别云的属性、晕的相态及云滴谱分布等。然而测云雷达只能探测云比较少的高层云和中层云。对于含水量较大的低层云,如积雨云、冰雹等,测云雷达的波束难以穿透，因而只能用测雨雷达探测。测雨雷达又称天气雷达，是利用雨滴、云状滴、冰晶、雪花等对电磁波的散射作用来探测大气中的降水或云中大滴的浓度、分布、移动和演变，了解天气系统的结构和特征。测雨雷达能探测台风、局部地区强风暴、冰雹、暴雨和强对流云体等，并能监视天气的变化。据不完全的资料分析．世界上的测雨雷达发展至今，已有上千部之多。而其中以美国英国、日本、法国的发展最为迅速，不仅装备本国，而且出口到世界上的许多国家。多普勒天气雷达是现如今应用最广泛的测雨雷达。多普勒天气雷达是以多普勒效应为原理测量云和降水粒子等相对于雷达的径向运动速度（叫作多普勒速度）的雷达。它为大气探测；水平风场的结构；垂直气流的结构；某些降水云中粒子直径的分布；特别是比较准确地辨认与龙卷、冰雹、地面危险风等现象相一致的“中气旋”的存在,研究湍流的基本特性和大范围的平均流初提供了前所未有的机会。多普勒天气雷达包括脉冲多普勒天气雷达和双线偏振多普勒天气雷达。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。脉冲多普勒天气雷达是大气探测和天气预报的有力工具，它不仅能够探测云高、云厚、云底高、云内含水量、云中流场径向分量及风暴中的气流和湍流的活动区，而且对300KM的中尺度风暴、强的风切变、冰雹、龙卷、大风等灾害性天气具有实时监测和报警能力。可以广泛应用于机场、部队、油田、林场、盐场、农场、海洋等专业气象台及地区、县、市气象台站并能够在灾害天气预报、气象导航、防灾减灾，农业增产以及辅助军事作业等方面发挥重要作用。脉冲雷达原理：以一特定频率发射高频能量脉冲时，在同一距离门内接收的不同径向速度目标回波有不同的多普勒频移测风雷达用来探测高空不同大气层的水平风向、风速以及气压、温度、湿度等气象要素。测风雷达的探测方式一般都是利用跟踪挂在气球上的反射靶或应答器，不断对气球进行定位。根据气球单位时间内的位移，就能定出不同大气层水平风向和风速。在气球上同时挂有探空仪，遥测高空的气压、温度和湿度。风廓线雷达是典型的例子~大气中存在着各种不同尺度随时间变化的湍流,它们能引起折射指数的不规则变化,对无线电波产生散射作用。风廓线雷达向天空发射无线电波,接收到的回波是由于大气湍流对电磁波的散射而产生的。通过对回波的处理和分析就可以获得湍流大气的多普勒系数和强度系数,从而反演出湍流强度、运动方向和运动速度随高度的分布。调频连续波雷达是一种探测边界层大气的雷达。有极高的距离分辨率和灵敏度，主要用来测定边界层晴空大气的波动、风和湍流（见大气边界层）。在边界层外，流体的速度接近定值，不随位置而变化。在边界层内，在固定表面上流速为0，距固定表面越远，速度会趋近一定值。圆极化雷达。一般的气象雷达发射的是水平极化波或垂直极化波，而圆极化雷达发射的是圆极化波。雷达发射圆极化波时，球形雨滴的回波将是向相反方向旋转的圆极化波，而非球形大粒子（如冰雹）对圆极化波会引起退极化作用，利用非球形冰雹的退极化性质的回波特征，圆极化雷达可用来识别风暴中有无冰雹存在。气象雷达对大气探测起到了很大的帮助，然而雷达在气象观测中的应用尚存在一些局限性。例如,目前的气象雷达技术尚不能完全满足气象科学与业务的实际需要,用雷达探测降水尚受到地物(低仰角观测时)等因素的影响;还不能将气象雷达装载在气象卫星上使用等。关于气象雷达的组成其实很简单，控制面板、显示器、天线和收发机构成了气象雷达主要部件。机载气象雷达还需由垂直陀螺提供倾斜和俯仰稳定信号，倾斜和俯仰信号可以由单独的垂直陀螺组建提供，也可由惯性基准系统提供。在控制面板上可以选择雷达的工作方式，显示距离范围，扫描区域，设置增益等各项功能。现在飞机的气象雷达信息一般都显示在EFIS而不再用单独的雷达显示器。除可显示目标的强度及位置信息外，还可以显示各种文字信息、辅助信息及系统状态等。用不同的颜色直观的表示出气象信息的强弱，以极坐标的方式表示出探测的目标的距离及方位，通过距离标志圈可读出其数值。天线主要作用是辐射和接收回波，同时还要进行方位扫略与俯仰、倾斜稳定，气象雷达天线组安装于飞机前端的雷达罩内，天线的方向性越强，雷达的作用距离越远，测向精度和分辨率也越高。收发机是该系统的核心部件，发射机产生具有足够功率的周期性的矩形脉冲射频信号，而接收机则是提取所需的回波信号并将其转换为数据传输给显示器。雷达收发组总是安装在靠近天线的位置，以尽可能减少连接波导的长度。三、那么气象雷达的发展现状是什么样的呢。首先来看看国外的情况。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。欧洲天气雷达仍然以发展C波段多普勒雷达为主,双PRF技术可能用脉冲压缩技术来代替。日本开发了一种直径仅1米的小型雷达,其性能与机场等使用的大型气象雷达相当。观测几乎是实时的,时间仅需约1分钟。由于体积小,能安装在汽车和小型船舶上,可预测1平方公里小范围内的天气现象，非常方便。美国在20世纪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。美国联邦航空局在纽约已成功地研制成一部风切变告警雷达。该雷达是一部多普勒C波段雷达,可以全自动探测和告警显示机场周围的恶劣天气,防止风切变造成的危害和微爆现象。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。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15min～20min,对风暴位置和雨雪量级做出了比以前更为准确的预报。那么国内的水平目前是再来看中国。气象雷达随着国家气象局以及各地方政府关于气象防灾减灾工作的日益重视，在“十二五”计划中得到体现，如未来5年，新一代天气雷达将在现有158部的基础上继续增补60部左右；风廓线雷达探测系统将建设对流层风廓线雷达探测站120个，边界层风廓线雷达探测站180个；添置10部左右的机动式多普勒测雨雷达的需求等。我国于20世纪90年代开始了多普勒天气雷达阶段。随着国际天气雷达技术发展的新趋势和国家需求的增长，我国确定了发展新一代多普勒天气雷达的思路，并相应制定了新一代多普勒天气雷达功能规格需求。此阶段，我国多普勒天气雷达的颜值和应用水平得到了极大提高，与发达国家在技术和应用上的差距已在10年以内。我们在不久前进行了【实地参观】海洋局站经国家海洋局北海分局的张主任介绍，海洋方面运用气象雷达不多，主要是运用了多普勒雷达探测海面上云层含水率从而预测天气变化。在其他方面：X波端雷达：测波浪，安放在山头站点或车上SAR雷达：卫星雷达，主要观测海洋环境，用于预报灾害性海洋环境污染，如溢油，虎苔事件。地波雷达：测两个站点间的海流，测一个剖面，使用不频繁。只有在对海流有特别精细要求时使用，如奥帆赛期间。大洋海流数据主要来自浮标，站点和船舶。气象局站我们在麦岛的气象观测点了解到，海洋要素的观测一般通过海上小浮标来实现，主要测量波高及波的周期，对海啸、地震的监测会与海洋局内网建立联系，还有对气温、气压、能见度、潮位的监测。在验潮室，有对称的卷尺测量潮高，验潮室与海面之间建有温盐传感器，这些数据均可在专门的仪器上显示出。麦岛的气象观测场是25*25m的标准观测场，由于多普勒气象雷达刚刚建起还没有投入使用，我们观看了气象观测场的其他仪器。我们亲眼看到了干湿球温度器、自动测温传感器、人工及自动的雨量器，其中有翻斗式雨量传感器、还有海啸预警观测台和GNSS测量地壳的仪器。在雷达周围还有避雷针和测风的仪器。现如今气象雷达还有许多新型技术。双(多)基地雷达双(多)基地雷达主要针对常见的单基地雷达而言的。单基地雷达一般是收发同址,即接收站和发射站位于同一个地方,而双(多)基地雷达则是收发异址,具有一(多)个发射站和一(多)个接收站,以离散的形式配置。从布置的位置方面来看,可分为地发/地收,空发/地收,地发/空收等几种形式,多基地雷达还具有一发多收,多发多收等形式。而双(多)基地天气雷达系统一般采用地发/地收,由一部常规的多普勒天气雷达与一个或多个没有发射系统和天线伺服系统、布置在远处的双基地接收站组成。它可以从不同的角度对同一个天气目标进行观测,还可直接测量得到反射率、垂直风、涡流等,利用这些参数应用大气热力学原理可进一步反演出相关的气压与温度。相控阵天气雷达相控阵多普勒天气雷达,主要优势是可以提高获取资料的时间分辨率、进一步提高探测能力，它能够快速而精确地转换波束的能力使该雷达能够在1min内完成全空域的扫描,同时获取大量的气象信息。所采用的阵列天线是由大量相同的辐射单元组成的孔径,每个单元在相位和幅度上是独立控制的,能得到精确可预测的辐射方向图和波束指向。激光天气雷达激光雷达是一种拥有可以精确地、快速地获取地面或大气三维空间信息的主动探测技术的雷达，应用范围和发展前景十分广阔。它主要是通过分析由激光器发射的激光与大气中的折射率不均匀层以及遇到气溶胶等大气粒子后,产生的后向散射(回波信号)而得到的大气一些物理参数,如风速、大气温度、大密度等。根据激光与大气作用方式和探测目的的不同,演变出多种不同类型的激光雷达。米(Mie)散射激光雷达可连续地探测大气边界层中气溶胶粒子的光学特性以及气溶胶粒子和大气边界层高度的时空分布。差分吸收(DIAL)激光雷达可探测大气边界层中污染气体,如NO2、SO2、O3等含量的时空分布。拉曼(Raman)激光雷达根据同时接收到的水汽和氮气分子对激光后向散射信号的比值,就可以计算出水汽混合比,探测边界层中水汽含量的时空分布。双波长雷达双波长雷达是通过比较不同波长的回波强度,给出定量结果,它使强对流天气的分析取得了一定的进展,当今苏联已在全境设置了双波长天气雷达网。双极化雷达又叫偏振分集雷达,这种雷达主要用于考察散射粒子的变形特性,从而研究风暴中不同粒子的空间分布,研究非球形降水粒子对电磁波散射特性的影响以及雨区中识别冰雹。我国兰高所在双极化雷达的研究上已经做了大量工作,取得了有效的进展,为双极化雷达的研制打下了基础。气象雷达组网气象雷达是灾害天气监测和预警的重要手段，但单部雷达的监测能力有限，一些天气系统本身会跨越多部雷达覆盖区域，且由于扫描策略（只能在0.5度到19.5度仰角范围内以一定时间间隔扫描）以及地球曲率的影响，即使在雷达的有效探测范围内也有部分区域无法被观测到。因此，为了提高中尺度灾害性天气