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下一节:气象目标物对雷达波的散射

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雷达反射率和雷达反射率因子课程教案、知识点、字幕

大家好

我们上次学习了雷达截面

要继续学习两个重要的概念

雷达反射率和雷达反射率因子

我是夏兰

来自云南大学

请不要记得我

记得我讲过的内容

引入了雷达截面

便可以了解单个粒子的后向散射能力

可以知道这个粒子对雷达天线所造成的

实际的后向散射功率

而在实际探测的中

雷达天线所接受到的

是一群云雨粒子的后向散射功率之和

假设云、雨滴粒子是相互独立

无规则分布的

则天线处接收到的总散射功率平均值

等于各个粒子的散射功率的总和

为此

我们定义单位体积内全部降水粒子的

雷达截面之和称为雷达反射率

以η表示

由于雷达截面σi可以反映一个粒子后向散射

在天线处造成的回波功率的大小

故η值可以反映单位体积内一群云雨粒子

在天线处造成的回波功率的大小

引进雷达反射率η的目的

不仅是为了考虑单位体积内云雨粒子的数目

而且还考虑云雨粒子滴谱的

分布情况造成的粒子的不同

设以n表示粒子的数密度

n(D)dD为单位体积内

直径介于D~D+dD之间的云、雨滴粒子数

那么雷达反射率因子还可表示为

滴谱分布就是粒子数目随大小的分布

即这么大的粒子有多少个

小的粒子有多少个

不同大小的粒子的雷达截面不同

因此不同大小的粒子数目乘以

这个大小的雷达截面

再积分也就是求和

就得到雷达反射率

那么我们看一下

D1表示这么大的直径

数目是n1(D1)

这么大的粒子他有多少个

雷达截面是σ(D1),

这些粒子的雷达截面和是n1*σ(D1)

D2 数目是n2(D2)

每个粒子的雷达截面是σ(D2)

这些粒子的雷达截面和是n2*σ(D2)

引进雷达反射率的意义

第一

反映的是单位体积内一群云、雨粒子

在天线处产生的回波功率的大小

第二

单个云、雨滴粒子的雷达截面越大

产生的回波功率越大

对于单位体积内的一群云、雨滴粒子

η越大

产生的回波功率也就越大

引入雷达反射率的目的

不仅可以考虑单位体积内散射粒子的数目

而且可以考虑由于云、雨滴谱分布情况的

不同造成回波功率的不同

根据雷达反射率的定义

即是单位体积内粒子的雷达截面之和

我们可以把雷达截面的表达式代入

即可得到雷达反射率的表达式

注意

此时代入的雷达截面

是满足瑞利散射条件下的粒子的雷达截面

我们可以看到

雷达反射率不仅和云雨粒子大小和多少有关

还和雷达参数波长λ有关

因此雷达反射率的大小

虽然在一定程度上反映了云雨粒子群的情况

但它还与雷达波长有关

也就是用不同波长的

雷达所探测得到的η还不能直接比较

来了解目标物的情况

因此

我们希望找到一个能够直接

将不同波长的雷达探测的云

雨情况进行比较的参数

这样

不同雷达探测的目标物的强弱

才可以比较

因此我们引入雷达反射率因子这个量

η是这个式子

则定义雷达反射率因子Z

可以看到Z只与云雨粒子的滴谱情况有关

与雷达参数无关

注意

雷达反射率η可以写为这个式子

Z的这个表达式的前提是满足瑞利散射条件下

才是这个式子

因为此时我们代入的

是瑞利散射条件下的雷达截面

因此这个式子的前提是满足瑞利散射

引入雷达反射率因子的意义

Z值的大小只取决于云、雨滴谱的情况

Z正比于

一方面表明粒子越大

Z越大

回波功率也就越大

另一方面也表明少数大粒子

将提供回波功率的越大部分

根据雷达方程

可以方便的通过雷达回波功率了解云、雨情况

雷达观测得到回波功率Pr

在由雷达方程得到Z

来了解目标物的情况

而且利于不同雷达间进行比较

对于不满足瑞利散射条件的降水粒子呢

怎么办呢

我们引入等效雷达反射率因子Ze

引入Ze后

即使是较复杂的米散射

仍然可以使雷达气象方程

保持瑞利散射时较为简单的形式

等效雷达反射率因子如何确定呢

有两个方法

首先可以通过雷达方程来确定

即得到回波功率

根据雷达方程得到Ze

另一个方法是比较法

米散射的雷达截面之和对应的是

等效雷达反射率因子Ze

瑞利散射的雷达截面之和对应的

是雷达反射率因子Z

因此进行移向后

Ze可由米散射的雷达截面和

与瑞利散射的雷达截面和之比乘以Z得到

把瑞利散射条件下的雷达截面之和

即瑞利散射条件下的雷达反射率η代入

即可得到Ze

雷达反射率因子的单位

根据

和滴谱分布和粒子直径的6次方有关

滴谱分布通常说每立方米中有多少个粒子

因此单位是/m3

粒子直径通常取毫米

粒子直径的6次方单位就是mm^6

毫米的六次方

因此Z的单位是mm^6/m^3

但Z也常用分贝来表示

取Z0

1毫米的六次方每立方米为标准值

Z常用分贝来表示

取Z0=1mm6/m3为标准值

用Z与Z0相比

再取10为底的对数lg

再乘以10

就是1dBZ

1dBZe也是类似的

这个表给出了dBZ和Z的对应关系

例如此时Z是10的五次方

则10的五次方取10为底的对数为5

5再乘以10

为50dBZ

一般冰雹的反射率因子可达50dBZ

那么dBZe的计算也是类似

好的 我们这节就讲到这 谢谢大家

雷达气象学课程列表:

第一章 天气雷达概述

-1.1 天气雷达概述

--天气雷达概述

--天气雷达概述

--天气雷达概述

-1.2 天气雷达工作的基本原理

--天气雷达工作的基本原理

--天气雷达工作的基本原理

-1.3 天气雷达的组成及雷达参数

--天气雷达组成及雷达参数

--天气雷达的组成及基本参数

--雷达参数

-天气雷达概述

第二章 气象目标物对雷达电磁波的散射

-2.1 散射的基本知识

--散射的基本知识

--散射的基本知识

-2.2 雷达截面

--雷达截面

--雷达截面

-2.3 雷达反射率和雷达反射率因子

--雷达反射率和雷达反射率因子

--雷达反射率和雷达反射率因子

-2.4 气象目标物对雷达波的散射

--气象目标物对雷达波的散射

--气象目标物对雷达波的散射

--为什么冰雹的回波很强?

-气象目标物对雷达电磁波的散射

第三章 大气、云、降水粒子对雷达波的衰减

-3.1 衰减概述

--衰减概述

--衰减概述

-3.2 大气和云对雷达波的衰减

--大气和云对雷达波的衰减

--大气和云对雷达波的衰减

-3.3 雨、雪和冰雹对雷达波的衰减

--雨、雪和冰雹对雷达波的衰减

--雨、雪和冰雹对雷达波的衰减

-为何在我国沿海地区要布设10cm波长的天气雷达?

第四章 雷达探测能力和准确度

-4.1 雷达探测盲区及其解决办法

--雷达探测盲区及其解决办法

--雷达探测盲区及其解决办法

-4.2 等效地球半径在雷达测距中的应用

--等效地球半径在雷达测距中的应用

--等效地球半径在雷达探测中的应用

-4.3 测高公式和雷达探测能力

--测高公式和雷达探测能力

--测高公式和雷达探测能力

-雷达探测能力讨论

第五章 雷达定量探测降水

-5.1 雷达定量测量降水

--雷达定量测量降水

--雷达定量测量降水

-5.2 天气雷达观测降水

--天气雷达观测降水(一)

--天气雷达观测降水(二)

--天气雷达观测降水

-雷达定量测量降水的优缺点

第六章 多普勒天气雷达回波的识别和分析

-6.1 最多不模糊距离和多普勒两难

--最大不模糊距离和多普勒两难

--最大不模糊距离和多普勒两难

-6.2 用多普勒天气雷达观测中小尺度天气系统

--用多普勒天气雷达观测中小尺度天气系统

--用多普勒天气雷达观测中小尺度天气系统

-6.3 多普勒天气雷达径向速度场分析

--多普勒天气雷达径向速度场分析

--多普勒天气雷达径向速度场分析

-多普勒天气雷达径向速度场分析的讨论

雷达反射率和雷达反射率因子笔记与讨论

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