天气雷达概述在线视频

哈喽

大家好

今天给大家带来的课程是

雷达气象学

我知道

如果你不是大气科学相关专业的同学

或者不是气象爱好者的话

你应该不会看这个视频

但是我还是得录

我是夏兰

来自云南大学

请不要记得我

记得我讲过的内容

雷达气象学是雷达技术和气象学相结合的

一门新型学科

在课程正式开始之前呢

首先是一个绪论的部分

给大家简单的介绍我们这个课程的基本内容

引入雷达气象学的一些基础概念

并进一步介绍我国新一代天气雷达网的发展

使得大家对我们的课程

有一个整体的把握和一个感性的认识

提升对这个课程的学习兴趣

本课程主要包括三个方面的内容

首先是基础理论部分

包括云和降水粒子对雷达波的散射

大气、云和降水粒子对雷达波的衰减

以及气象条件对雷达波传播的影响等等

这部分内容是本课程的重点和难点

但也是本课程的基础

只有掌握本部分内容

才可以深刻理解天气雷达的工作原理

才可以合理选择雷达参数

也才可以正确分析雷达回波

同时

我们这门课程是有很强实用性和应用性

我们要分析雷达回波

并且把可能的天气现象对应起来

这需要我们结合前续专业课程

如天气学、大气物理学和动力气象学

能够通过雷达回波

分析天气现象背后的物理机理

达到不同课程间的融会贯通

最后

我们这门课程涉及到雷达技术

所以我们需要对雷达的

基本原理和参数有所了解

这样我们在实际操作或是业务开展中

才更方便或是更容易上手

因此

可以看到

我们这个课程既有理论又有实践

还有技术

是一门内容丰富的课程

希望同学们在学习的时候

也要注意理论联系实践

边理论边实践

边实践边理论

相互加深

最后能较好地完成本门课程的学习

雷达是radio detection and ranging的简称

即无线电探测和测距

是一种主动遥感设备

主动发射电磁波

再接收目标物反射

或是散射回来的电磁波信号

确定目标物的位置和强度

也有被动遥感设备

例如卫星探测

通常就是被动遥感

只接收目标物发出的电磁波信号

当然也有星载雷达

所以卫星也能进行主动遥感观测

雷达是在二次世界大战以后

才引入我们气象系统的

现在已经是大气探测的重要组成部分

在监测灾害性天气和防灾减灾中

发挥重要作用

那么雷达天气学就是利用天气雷达

进行大气探测

研究雷达波与大气相互作用的学科

涉及到大气物理学、大气探测和天气学

是一个交叉学科

天气雷达主要的应用领域

包括灾害性天气如强降水

强对流等的监测和预警

定量估测降水

风场反演

数值天气预报模式同化

获取云雨微物理信息

人工影响天气

及探测大气晴空回波和边界层湍流等

应用非常广

已经成为现代大气探测非常重要的一个分支

大家猜一下

目前全世界大概有多少部天气雷达

这里说的是气象领域使用的雷达

不包括其他领域

如军事、航空等方面使用的雷达

如果加上这些

多了去了

目前世界上有

超过1000部天气雷达布设在世界各地

是气象业务部门重要的探测和监测手段

这是2019年8月发生的超强台风利奇马

是我国近年来最严重的台风灾害

共造成我国70人死亡或失踪

经济损失至少653亿元

是2016年台风尼伯特后

我国遇难人数最多的台风

成为建国后造成我国经济损失最多的台风

从左图的雷达回波图上

可以清楚的看到台风利奇马的三层结构

从内往外可见台风眼、云强和螺旋雨带

右图是雷达回波动画

可以看到台风移动的路径

是有北上的趋势

因此对山东等地也造成了强烈的影响

同时雷达观测得到的

径向速度场和反射率因子数据

可以用于高分辨率数值预报模式的初始场

对于提高模式预报效果是很有意义的

辐射的概念

大家在大学物理或是大气物理当中

都学过

是指任何物体

当温度大于绝对零度

都以电磁波形式向四周发射能量

同时也接收来自四周的电磁波能量

例如温度很低的雪面

可以向外辐射长波辐射

也会反射短波辐射

我们人体或是桌子都会向外发射长波辐射

我们的地球系统也同样

这是有物质的本质所决定的

是由物质本身的

电子、分子、原子运动产生的

是客观存在的物理规律

同时也是我们遥感观测的基础

我们只要根据目标物辐射的特性

选取合理的电磁波波长

就可以探测到目标物

因此辐射使得我们遥感观测成为可能

假如

物体都不向外发射辐射

也就不能进行遥感观测了

对不对

我们自然界中存在广泛的电磁辐射

从伽马射线到紫外

可见光 红外

再到无线电波

是不同波长的电磁波

那问题来了

我们雷达要选取什么波长的电磁波进行观测呢

我们前面说了

雷达是主动遥感设备

要主动发射电磁波信号

来进行观测

那我们应该如何选取电磁波信号呢

答案就是要根据目标物的散射特性出发

同时考虑电磁波在大气中的衰减

这两方面综合考虑

来选取合适的电磁波信号做探测

例如

你关注的目标物是云雨天气

是植被还是地形

还是飞机轮船或是卫星

不同的目标物散射特性是不同的

因而可能要选取不同的雷达电磁波来进行探测

同时

这也就是为什么我们要学习基础理论部分的内容

只有学习了这部分内容

才能更加深入地领会雷达探测的原理

我们介绍下我们国家新一代天气雷网的建设情况

我国天气雷达网的建设目标

在我国装备先进的S波段和C波段天气雷达系统

组成探测空间相互衔接覆盖的监测网

实时监测提供降水强度

平均径向速度和速度谱宽等信息

对降水

特别是暴雨、热带气旋

强对流等灾害性天气和重要天气系统

进行有效的监测和警报

为国民经济发展和保护人民群众生命财产安全服务

我国业务组网的新一代天气雷达（CINRAD）

其主要性能已经专家讨论提出

确定采用WSR-88D的指标

在沿海和多强降水地区

布设S波段

蓝色圆点：10cm波长

新一代天气雷达

在强对流天气发生和活动较频繁

经济比较发达的中部地区布设C波段

红色方框：5cm波长

同学们可能要问了

为什么沿海地区布设10cm波长的雷达

而中西部地区布设5cm波长的雷达呢

这里埋个伏笔

我们在后续基础理论的部分会反复讨论

但是还是那两句话

首先和我们关注的气象目标物有关

其次还要考虑雷达波在大气中的衰减

其他地区暂不布设全国组网的站点

但省会所在地和重要地区根据需要

和可能布设C波段新一代天气雷达

在天气、气候相近的地区

组网的新一代天气雷达在波段

和规格上尽可能统一

组网雷达站距密度应保证雷达探测

能有效覆盖布网区域

到2008年

完成158部S波段和C波段

新一代天气雷达系统的布点建设

形成基本覆盖全国的天气雷达监测网

到2015年

根据国家经济建设发展需求

在服务重点地区和经济发达地区

建设30部左右 新一代天气雷达系统

再通过适当数量小型雷达实现对低层风

近地表降水和山区天气现象的地理覆盖

形成精细网格的雷达布局

形成完备的

新一代天气雷达综合业务应用系统

和支持保障体系

达到对中小尺度天气及暴雨雨量

雨区的定点、定量的预警功能

开展双偏振、相控阵、多基地

多波长、激光、毫米波等先进技术试验

对已建雷达完成双线偏振功能升级改造

新建雷达应采用双线偏振技术

下面我们来看看各地的天气雷达

这是西安的天气雷达

北京的天气雷达

南昌的天气雷达

长乐天气雷达

昆明的天气雷达

这些是部分天气雷达

通常都放在一个高塔上

同时还兼具景观性

雷达和雷达之间还可以相互衔接

组成雷达拼图

覆盖更广的监测范围

根据新一代天气雷达的

平均径向速度和谱宽不模糊距离范围的性能

雷达站间距以200-250公里左右为宜

以相互衔接覆盖

可以组成雷达拼图

经济发达地区和东南沿海为更好利用风场资料

可适当加密

如京、津、冀和沪、杭地区可在100多公里

西部地区站距略大于250公里

从刚才我们看到的天气雷达的图片

可以发现

天气雷达通常会放在一个高塔上面

这是雷达的天线

通常会放在白色的罩子里面

这是为什么呢

放于高塔处

主要是为了避免周围障碍物的影响

如地形、树木、建筑物等

利于观测

天线放在天线罩里

主要是为了保护收发天线

提高天线的可靠性

延长天线的使用寿命

本节内容就说到这谢谢