《雷达气象学》课件:第一章 天气雷达的基本工作原理和参数.ppt
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- 雷达气象学 雷达气象学课件:第一章 天气雷达的基本工作原理和参数 雷达 气象学 课件 第一章 天气 基本 工作 原理 参数
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1、第一章 天气雷达基本工作原理及主要设备、参数主要内容主要内容重点掌握:多普勒天气雷达最大不模糊速度及距离、多普勒频率重点掌握:多普勒天气雷达最大不模糊速度及距离、多普勒频率 参数:参数:PRF、PRT、h、Vr、Vrmax、Rmax、fD 及各计算公式及各计算公式一、天气雷达的基本工作原理二、天气雷达的组成和主要技术参数1、天气雷达的组成 2、主要技术参数三、多普勒天气雷达工作原理1、多普勒天气雷达概述 2、多普勒雷达探测原理1)、多普勒效应2)、多普勒频率3)、多普勒频率与目标物径向速度的关系4)、多普勒天气雷达原理方框图3、速度模糊现象的主观识别 4、速度退模糊方法5、多普勒天气雷达的最大
2、不模糊速度与最大不模糊距离(包括:Vr、VT互求)6、回波信号的多普勒频谱分析一、天气雷达工作原理一、天气雷达工作原理天气雷达工作原理:天气雷达工作原理:天气雷达工作原理二、天气雷达的组成和主二、天气雷达的组成和主要技术参数要技术参数1、天气雷达的组成、天气雷达的组成 2、天气雷达主要技术参数、天气雷达主要技术参数3、天气雷达显示方式、天气雷达显示方式1、天气雷达组成框图、天气雷达组成框图天气雷达工作示意图天气雷达工作示意图2、天气雷达主要技术参数天气雷达主要技术参数 1)、波束宽度)、波束宽度 2)、天线增益)、天线增益G 3)、天线有效面积)、天线有效面积Ae 4)、脉冲长度)、脉冲长度h
3、、脉冲宽度、脉冲宽度 5)、脉冲重复周期)、脉冲重复周期T(PRT: Pulse Repetition Time) 6)、脉冲重复频率)、脉冲重复频率PRF (Pulse Repetition Frequency) 7)、最大探测距离)、最大探测距离 Rmax 8)、扫描方式:)、扫描方式:PPI 、RHI、 CAPPI定义定义:在天线方向图上,二个半功率点方向的夹角,称为波束宽度,用来衡量天线主瓣的宽度,是天线的一个重要技术参数。1)、波束宽度)、波束宽度( ),单位:度,垂直水平 天线的方向图定义天线的方向图定义max),(),(EEF在半径恒定时接收功率描绘的图形称接收功率描绘的图形称为
4、为功率方向图功率方向图,而在半径一定时,描述电场空间电场空间与方向 (,?)之间场强的图形称为天线的场强方向图或简称为方场强方向图或简称为方向图向图。即为场强振幅的归一化方向性函数F(, ?)的图形: 半功率主瓣宽度、零值主瓣宽度半功率主瓣宽度、零值主瓣宽度 主瓣最大辐射方向两侧的两个半功率点主瓣最大辐射方向两侧的两个半功率点(即功率下降为最大值的一半,场强下(即功率下降为最大值的一半,场强下降到最大值的降到最大值的 )的矢径之间的夹角,)的矢径之间的夹角,称为称为半功率主瓣宽度或主瓣宽度半功率主瓣宽度或主瓣宽度,记为:,记为:20.5 或2?0.521零值主瓣宽度:即全主瓣宽度,记零值主瓣宽
5、度:即全主瓣宽度,记为为20 或2?0天线方向图的波瓣天线方向图的波瓣零值主瓣宽度零值主瓣宽度半值主瓣宽度半值主瓣宽度1)、波束宽度)、波束宽度( )波束宽度的大小取决于抛物面反射体的直径波束宽度的大小取决于抛物面反射体的直径d和雷达工作波长和雷达工作波长,一般,一般2一般天气雷达:一般天气雷达:=1.5; 新一代多普勒天气雷达新一代多普勒天气雷达 =0.91.0Vrmax或VrT4m/s;3) 0层附近:干湿雪、雨滴共存,下落速度差异大,谱宽值约为4m/s;检验平均多普勒速度的可信度:检验平均多普勒速度的可信度:一般谱宽较大时,可能对估算平均多普勒速度的准确性有较大的影响。引进与谱宽及信噪比
6、有关系的指标“信号质量指数”SQI,若SQI低于某一指标值,则数据不可靠,弃之。识别多普勒速度场中的风切变区识别多普勒速度场中的风切变区识别强湍流区识别强湍流区具体应用还需结合当地的地形和天气等实际情况具体应用还需结合当地的地形和天气等实际情况中国新一代天气雷达系统简介中国新一代天气雷达系统简介1、雷达数据采集系统(、雷达数据采集系统(RDA)2、雷达产品生成子系统、雷达产品生成子系统 (RPG)3、主用户处理器子系统、主用户处理器子系统 (PUP)参见第十六章雷达的三部分RPGRDARDAPUP雷达站雷达站气象台值班室气象台值班室 1 1、雷达数据采集系统(雷达数据采集系统(RDARDA)采
7、用脉冲多普勒体制的全相干系统采用脉冲多普勒体制的全相干系统 速调管放大、高功率全相干速调管放大、高功率全相干发射机发射机 窄波束低旁瓣的窄波束低旁瓣的天线天线 低噪声宽动态范围的相干低噪声宽动态范围的相干接收机接收机 多参数的多参数的信号处理器信号处理器 主要参数的主要参数的自动检测自动检测发发 射射 机机取得雷达数据的第一步是发射一个射频取得雷达数据的第一步是发射一个射频f f0 0信信号。这主要由速调管放大器(相当于老式雷达中号。这主要由速调管放大器(相当于老式雷达中的的磁控管)来完成。该放大器产生一个高功率的的磁控管)来完成。该放大器产生一个高功率(峰值功率(峰值功率750kw750kw
8、)非常稳定的)非常稳定的1010厘米的射频(厘米的射频(f f0 0)脉冲。脉冲。在这里稳定是非常重要的,产生的每个脉冲在这里稳定是非常重要的,产生的每个脉冲必须具有相同的初位相以保证回波信号中的多普必须具有相同的初位相以保证回波信号中的多普勒信息能够被提取。一旦勒信息能够被提取。一旦f fd d脉冲被产生,就被送到脉冲被产生,就被送到天线。天线。全相干发射机全相干发射机相干接收机相干接收机信号处理信号处理监控系统监控系统天线天线窄波束低旁瓣的天线窄波束低旁瓣的天线天线是天线是RDA的一个部件,它将发射机产生的一个部件,它将发射机产生的高频脉冲信号以波束的形式发射到大气并接的高频脉冲信号以波束
9、的形式发射到大气并接受返回的能量(粒子的后向散射能量)。受返回的能量(粒子的后向散射能量)。 WSR-88D雷达的天线仰角范围雷达的天线仰角范围:-10600。天线。天线仰角的设置取决于天线的仰角的设置取决于天线的扫描策略扫描策略(scan strategy共有三种)、共有三种)、体积覆盖模式体积覆盖模式(volume coverage pattern :VCP)和)和操作模式操作模式(operational mode 分为晴空和降水两种模式)。分为晴空和降水两种模式)。 雷达操作员不能手动调节天线仰角,天线仰角雷达操作员不能手动调节天线仰角,天线仰角只能通过上述三要素预设。只能通过上述三要素
10、预设。天天 线(线(antennaantenna)扫描策略决定一个体扫描包含多少个仰角,以及完成一扫描策略决定一个体扫描包含多少个仰角,以及完成一次体扫描所需的时间,次体扫描所需的时间,WSR-88D中有三个扫描策略中有三个扫描策略:scan strategy #1:scan strategy #1:规定一个体扫描包含规定一个体扫描包含1414个具体个具体 仰角,用时仰角,用时5 5分钟。分钟。scan strategy #2scan strategy #2: :规定一个体扫描包含规定一个体扫描包含9 9个具体个具体 仰角,用时仰角,用时6 6分钟。分钟。 scan strategy #3:s
11、can strategy #3:规定一个体扫描包含规定一个体扫描包含5 5个具个具 仰角,用时仰角,用时1010分钟。分钟。扫描策略(扫描策略(scan strategyscan strategy)体积覆盖模式体积覆盖模式(volume coverage pattern VCPvolume coverage pattern VCP) 体积覆盖模式决定一个扫描策略中体积扫体积覆盖模式决定一个扫描策略中体积扫描的具体仰角值描的具体仰角值,WSR-88D,WSR-88D包含有包含有2020个不同的个不同的VCP,VCP,但目前仅定义了但目前仅定义了4 4个。个。主要用于低层晴空大气观测主要用于低层晴
12、空大气观测WSR-98D未定义未定义VCP32操作模式操作模式(operational mode )WSR-88D有两个操作模式:有两个操作模式:Mode A:降水模式降水模式 使用使用VCP11或或VCP21,相应的体相应的体扫描策略为扫描策略为Scan Strategy 1(14层层/5分钟)或分钟)或Scan Strategy 2 (9层层/6分钟)分钟)。 Mode B:晴空模式晴空模式 使用使用VCP31或或VCP32,相应的相应的体扫描策略为体扫描策略为Scan Strategy 3(5层层/10分钟分钟)1)Mode A 降水模式降水模式2)Mode B 晴空模式晴空模式WSR-
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