双基地多普勒天气雷达探测能力分析

双基地多普勒天气雷达系统是由一个常规多普勒天气雷达和一个或多个远程被动低增益接收机共同组成,是大气风场探测领域的新技术之一。文中首先在瑞利散射假设的前提下,考虑了雷达波的偏振方向、散射体的空间位置等条件,推导了小球形粒子散射函数在双基地雷达系统中的表达形式,建立了双基地雷达气象方程,并将该方程应用于双基地雷达的探测能力、有效探测范围等方面分析,模拟计算了侧向散射能力和被动雷达回波功率在空间的分布变化,为探讨去除旁瓣影响提供了依据。通过分析证明了双基地雷达系统工作状态垂直偏振优于水平偏振的结论。在入射波为水平偏振情况下,高空探测好于低空,而垂直偏振情况则是低空的散射能力强。如果采用双线偏振发射体制,根据需要采用不同的偏振波组合,能够有效扩大双基地探测的范围和信息量。在水平偏振情况下较强回波区域在基线附近和被动雷达一侧的基线延长线周围。由于侧向散射强度低于后向散射强度,双基地雷达对于弱天气回波不太敏感,它的探测范围小于单基地雷达的探测范围。在双基地雷达探测中旁瓣污染是一个不容忽视的问题。文中对双基地雷达参数进行了模拟回波强度计算,并与实测回波资料进行了比较,两者较一致,存在差别的重要原因可能是被动接收天线的垂直变化影响。     

双基地多普勒雷达在云内风场探测中的应用研究

与双多普勒雷达联合观测相比，双基地多普勒雷达价格低廉，易于观测和维持，并且可以同时探测到不同方向的径向速度，利用它探测的资料可以很好地反演出风场的三维结构。但它的探测范围小，由于双基地多普勒雷达采用了低增益的天线系统，它易受到雷达波旁瓣和多次散射的影响；同时，它对频率的稳定要求更高，在时间同步等方面还有很多问题需要研究。比基地多普勒雷达技术是一种很有应用潜力的探测手段。     

风廓线雷达与多普勒天气雷达风矢产品对比及相关分析

利用成都地区2010年8月和北京沙河地区2011年7—8月风廓线雷达以及多普勒天气雷达的风廓线探测资料,结合对应时段的天气现象相关记录,通过对比分析得到以下结论:①弱降水条件下,在300~2100m高度内,风廓线雷达与多普勒天气雷达探测具有很好的相关性,风向相关系数平均值为0.596,风速相关系数平均值为0.736,在做预报时两者可以同时应用,互为补充;②强降水天气条件下,风廓线雷达与多普勒天气雷达探测的风向、风速变化趋势基本一致,特别是在300~2100m之间各个高度上风向、风速相关性较好,风向相关系数平均值为0.573,风速相关系数为0.508,且风廓线雷达比多普勒天气雷达探测到的各层风向、风速变化更为详细、直观;③阴天条件下风廓线雷达与多普勒天气雷达的风向、风速相关性低层比高层好;④晴天条件下,风廓线雷达更适合用于预报和监测天气。     

中国气象科学研究院雷达气象研究50年

该文回顾了自20世纪50年代以来, 中国气象科学研究院在模拟信号的天气雷达、数字化天气雷达、多普勒雷达和雷达新技术如双线偏振雷达、双基地多普勒雷达等雷达技术研究及其在冰雹、暴雨、台风等中尺度天气过程的监测和临近预报等方面的应用工作, 特别介绍了近年来开展的针对暴雨、台风的中尺度外场试验、双多普勒雷达和双多基地多普勒雷达技术在风场中尺度结构中的应用、双线偏振雷达在云和降水微物理结构探测中的应用、新一代天气雷达三维数字组网及临近预报方法研究等工作; 对中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室在雷达气象领域研究的未来进行了分析和展望。     

新一代天气雷达及其遥感新技术应用研究

围绕气象业务需求和雷达气象的国际前沿,新一代天气雷达建设及雷达新技术以在灾害性天气监测和预测中的应用为主要目标,开展了新一代天气雷达资料质量控制、风场反演、三维数字组网等工作.双多普勒雷达和双多基地多普勒雷达在暴雨和对流系统三维探测、反演、中尺度动力和热力结构分析中发挥了重要作用.与业务单位和雷达生产厂家开展了广泛的合作,在暴雨和新疆对流过程风场中尺度结构分析等方面形成了有创新性的科研成果.在新一代天气雷达应用方面形成了有业务应用前景的成果.     

雷达遥感新技术及其在灾害性天气探测中的应用

为了推进我国雷达新技术的发展及其在灾害性天气监测和预测中的应用，分析了国内外雷达遥感新技术的发展现状，总结了我国特别是中国气象科学研究院在双多普勒雷达、双基地多普勒雷达、双线偏振雷达、相控阵雷达、激光雷达在灾害性天气的热力、动力和微物理中尺度结构探测中的应用研究所做的部分工作及其在外场试验中的应用情况。这些技术大部分是在新一代天气雷达技术上发展起来的。     

新一代天气雷达及其遥感新技术应用研究

围绕气象业务需求和雷达气象的国际前沿，新一代天气雷达建设及雷达新技术以在灾害性天气监测和预测中的应用为主要目标，开展了新一代天气雷达资料质量控制、风场反演、三维数字组网等工作。双多普勒雷达和双多基地多普勒雷达在暴雨和对流系统三维探测、反演、中尺度动力和热力结构分析中发挥了重要作用。与业务单位和雷达生产厂家开展了广泛的合作，在暴雨和新疆对流过程风场中尺度结构分析等方面形成了有创新性的科研成果。在新一代天气雷达应用方面形成了有业务应用前景的成果。     

双基地多普勒雷达探测小椭球粒子群的雷达气象方程

以椭球粒子的电磁波散射理论（Gans理论）为基础,考虑粒子群旋转轴一致铅直取向情况下,深入研究散射体对雷达波的侧向散射特性,推导出发射水平偏振波与垂直偏振波时的双基地雷达气象方程,并重新定义相应的雷达反射率因子、侧向反射率-后向反射率之比及差分反射率因子等雷达探测参数的表示式,为进一步研究和应用双基地多普勒天气雷达提供理论依据。     

吉林省雷电雷达回波特征分析及预警指标

本文应用2004-2005年多普勒雷达回波资料和探空资料,对发生在雷达有效探测范围内的雷电天气进行分析,发现随季节的不同,雷电天气雷达回波高度和强度存在一定差异;二次回波对雷电天气有一定的指示意义;多普勒雷达径向速度大尺度辐合风场特征,对雷电落区及强度预报意义较大;垂直累积液态水含量具有一定的阈值;K指数、正不稳定能量对雷电的发生反映明显。     

避雷针对天气雷达回波影响的研究

针对避雷针对天气雷达回波影响的问题,通过对天气雷达的盲区及雷达散射截面(RCS)的理论分析,利用HFSS仿真软件及实验的方法,研究水平极化下,不同材料不同尺寸的避雷针的雷达散射截面,结论是:在相同材料避雷针及相同雷达波长情况下,避雷针高度、半径与其雷达散射截面呈正相关;在相同雷达波长情况下,避雷针为理想金属的雷达散射截面比塑钢与理想金属组合材料的雷达散射截面大;实验结果表明避雷针架设在X波段多普勒天气雷达天线附近时,对雷达回波造成的影响可忽略不计.研究结果为在天气雷达附近架设避雷针提供了理论和实验依据,具有应用价值.     

云南多普勒天气雷达网探测冰雹的覆盖能力

冰雹是常见的天气现象之一,天气雷达是探测冰雹的一种强有力工具。多普勒天气雷达网除体扫模式的局限外,复杂的山地地形对雷达波束造成的遮挡,对于雷达探测冰雹天气现象的不利影响非常大。针对雹云回波的垂直结构特征,考虑0℃、-20℃层高度和回波强中心高度几个关键参数,分析雷达探测雹云的区域覆盖能力。以位于低纬度高原的云南省C波段多普勒天气雷达网为对象,分析其探测雹云的覆盖情况,并按探测效果进行了区域分型。与实际降雹天气的对比表明,该评估方法衡量雹云探测范围较合理;云南多普勒天气雷达网雹云适合探测区约占全省面积的75%,约2%的面积部分遮挡,0.2%被完全遮挡,遮挡比较严重的区域主要位于昭通东北部和临沧东北部。云南省规划的9部雷达全部业务化运行后,理论上90%的地面降雹区能被雷达有效监测和识别,约有3%的地面冰雹区只有当雹云发展到8 km以上才能被识别,约6%只能探测8 km高度以下的回波,可能导致漏判、误判,约8.5%面积为冰雹识别的盲区。     

风廓线雷达天线阵面不平整度对探测性能影响分析

根据雷达气象方程,分析了影响风廓线雷达探测高度的因素;建立了风廓线雷达相控阵天线阵面不平整度对天线方向图影响的数学模型。通过仿真实验,给出了在垂直波束和偏离天顶15°的倾斜波束下天线增益和旁瓣电平随阵面不平整度的变化结果。仿真结果表明,风廓线雷达天线增益随阵面不平整度的增大而减小,近似呈指数规律变化;天线旁瓣电平总体上随阵面不平整度的增大而抬升。工程设计人员可以在风廓线雷达探测高度变化允许的范围内,同时考虑目前国内风廓线雷达天线结构设计、工艺制造水平和安装精度,对天线阵面不平整度提出合理的技术指标要求。     

北京大兴国际机场相控阵雷达强对流天气监测

北京大兴国际机场相控阵雷达性能先进,可实现对灾害性飞行天气的高效监测.对比该雷达和S波段多普勒天气雷达在2020年6月18日和25日两次强对流过程探测能力表明:2020年6月18日相控阵雷达探测到雷暴清晰的外流边界等弱回波,直到弱回波触发新对流单体并加强后,S波段多普勒天气雷达才探测到该弱回波,时间上比相控阵雷达晚24...     

L波段雷达低空低仰角探测技术

根据新一代L波段测风雷达的测风原理,探讨了海岛测站在大风、台风天气雷达低仰角探测中,低空难以实现角度自动跟踪与近距离抓球等问题。阐述了丢球的原因和解决方法,并以个例分析来说明低空低仰角丢球、旁瓣球的特征。提出在地面风速大的情况下,低空低仰角丢球可利用风速判断仰角范围、配合下风方位帮助抓球。总结L波段雷达的探测经验,为台站灵活使用L波段雷达提供借鉴。     

基于GNSS差分定位的天气雷达坐标精确定位研究

天气雷达天线馈源的精确定位关系到雷达数据的精确使用和天气雷达全网拼图的使用效果.目前,国内新一代天气雷达天线馈源坐标基本都是使用GNSS(GLobal Navigation Satellite System)系统中的美国GPS(Global Position System)系统接收机,在雷达塔楼楼顶单点瞬时定位测量得到的,误差一般大于30 m.为了提高定位精度,将GPS精确定位技术与全站仪测量相对高度结合起来,提出了一种测量天气雷达的馈源坐标的方法,可使天线馈源的海拔高度测量精度达到10 m以内.使用这种方法对北京市气象局S波段新一代天气雷达天线馈源坐标进行了实地测量,精度达到设计要求.     

相控阵天气雷达波束特性

为了缩短雷达的探测周期, 相控阵天气雷达必须采用宽波束发射, 多波束接收。该文在天线口径为均匀分布和非均匀分布情况下讨论了相位扫描天线的方向图, 对波束特性进行分析, 提出采用非均匀划分子空间方法可对相位扫描天线带来的波束展宽效应和增益减小进行补偿, 并模拟设计了一个相控阵天气雷达天线方案, 给出宽波束和多个窄波束方向图及波束参数。结果表明:海明加权方法可使副瓣电平降低到-25 dB, 能基本满足天气探测需求; 采用非均匀划分子空间能够对波束宽度和天线增益进行补偿; 文中所设计的天线方案不仅能够缩短雷达的探测周期, 还能充分利用雷达的照射能量。     

CINRAD/CB脉冲多普勒天气雷达数字中频接收机

介绍CINRAD/CB脉冲多普勒天气雷达数字中频接收机的主要功能和技术性能.CINRAD/CB雷达接收机的主要特点是高灵敏、采用了数字中频采样、带AGC的大动态接收范围、低相噪频率综合器、在线测试、系统在线定标和整机性能的测量等技术,采用了高稳定频率源和全相干技术体制.简述了CINRAD/CB雷达接收机的组成和工作原理,给出接收系统的组成框图,对该系统接收机的灵敏度、噪声系数、动态范围等性能指标进行了分析.