大型雷达的高层大气波动研究

以1982—1985年实施的中层大气研究计划(MAP)为契机,一改过去的情况,人们越来越认识到中层大气的存在对于了解上下大气圈是不可缺少的。大型雷达(指中层、平流层、对流层探测雷达)在前些时候已成为中层大气运动观测的主要手段。近几年,用大型雷达进行的高层大气观测,在科研和实际应用两方面得到了很大发展。不过,它的能力和界限还未必被人充分了解。     

双多普勒天气雷达联合探测大气风场技术进展

本文详细总结了目前国内外关于双多普勒天气雷达联合探测大气风场的技术和发展动态，阐述了双多普勒天气雷达联合探测大气风场技术方法的发展进程和几种探测方法的优缺点。从中可以了解到目前双多普勒天气雷达联合探测大气风场的最新技术——综合和连续调整技术。     

芬兰EO11型声雷达

声雷达是连续监测大气边界层的一种新手段。声雷达探测时,先发射声脉冲,再接收大气反射(散射)的回波。这种探测方法,是对常规仪器观测的重要补充,其优点有二:①可以进行连续监测,从而有可能探测短暂的天气现象,判别其发展动向;②建造和运转费用都较低。声雷达对监测下列气象现象特别有用:逆温层高度及其日变化;污染控制所需要的混合层深度;对流活动(热股流);边界层波;雾层厚度或低层云厚度。     

苏联根据多年流星带的雷达观测资料研究春-秋环流的转变

国际中层大气研究计划包括对热层下部及中层动力状况气候标准的研究。通过多年的探测包括电离层雷达观测和火箭探测,积累了充分的实验资料。有很多著作通过对春季和秋季上述地区环流调整日期的分析,讨论了平流层、中层及热层下部多年观测时期内的演变过程。春、秋季环流转换的研究主要是与长期天气预报有关。研究表明,流星带春季短期环流调整过程可以用来预报平流下部春季环流的转变。 K.A.卡里莫夫等人,根据1964—1980年,吉尔吉斯共和国地区,雷达测定的流星轨迹偏移资料,对平均约为93公里高的流星带春季和秋季短期环流调整日期进行了分析。就所讨论的观测年代,分别分析了春(3—5     

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。     

基于云雷达的大气0℃层亮带识别

为了研究8.6 mm云雷达探测大气0℃层亮带的能力,利用中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室的车载8.6 mm多普勒偏振云雷达(HMBQ)2008—2012年共计2 063次观测个例,分析云雷达在不同天气形势下的反射率因子、径向速度、线性退偏振因子在0℃层附近的变化特征,改进了一种通过云雷达探测产品反演大气0℃层高度的方法。研究表明:8.6 mm云雷达能够在无降水云、弱降水云、小雨、中雨甚至大雨的天气形势下,对大气0℃层进行观测,而且探测的0℃层亮带变化特征显著,能弥补常规天气雷达在夏季短时强对流、对流单体等小尺度天气预警业务中相关资料的不足。     

相控阵多普勒声雷达

利用大气中湍流引起的声波的散射,可以观测到大气的结构和风速的分布.按此原理制作的声波探测装置称为声雷达(Sodar),它使距地面100 m以上的气温、风速等的观测简单易行,给行星边界层中气象现象的研究带来很大好处.     

GPS探测气象参数的技术进展

回顾了全球定位系统(GPS)探测气象参数(GPS/MET)的技术进展.全球定位系统探测气象参数利用GPS信号穿过大气受到大气折射而产生的延迟来探测大气中的温度、气压、水汽含量或湿度及电离层的电子浓度.就地基GPS/MET来看,GPS对中性大气层水汽的探测研究,主要集中在大气可降水量反演、水汽层析及GPS资料在数值预报模式中的应用等领域; GPS对电离层探测,主要应用于电离层变化的分析和研究,监测和预报电离层的危害方面.天基GPS/MET技术利用了导航卫星GPS星座和LEO小卫星在地球地平线边缘的上下相对运动,获取大气参数的垂直分布.GPS气象小卫星在太空飞行,探测范围大、频率高.两颗天基低轨GPS气象小卫星系统的高空资料收集能力就超过了现行全球高空气象探测能力的总和.天基GPS/MET掩星探测技术的业务实现将是全球高空大气探测技术发展的一次飞跃.GPS/MET的探测精度高、全天候、时间分辩率高、观测稳定、无需校正.可以预期, 这种新型的探测手段将是未来大气探测系统中重要的组成部分,随着GPS探测站网的建设和业务化,它所提供的数据源,将会对气象、环境、水文和空间天气等学科领域的研究产生深刻的影响.     

双多普勒天气雷达风场探测的可靠性研究

从双多普勒天气雷达风场探测原理和多普勒天气雷达数据处理技术出发，分析了影响双勒天气雷达风场反演可靠性的内在因素。即两部雷达观测同一点的非一致性 (空间和时间上的非一致性) 和空间各测量点观测时间及照射体积的非统一性，以及微波在大气中的非直线传播和地球表面的非几何平面引起的坐标、定位等问题都严重影响了双多普勒天气雷达风场反演可靠性。该文提出一些解决办法，但在应用双多普勒天气雷达风场反演数据时，还必须进行可靠性分析。     

一种重要的海洋气象探测手段:HF海岸雷达

自从Crombie(1955)在新西兰对海面引起的高频无线电波散射情况进行开创性的观测研究以后,高频(HF)雷达作为一种海上气象和海洋参数的探测设备,现在无论在理论上还是技术上都已被认为是可行的了。近几年已有一些高频雷达投入业务使用。Heron(1983)指出,在目前用于海上物理现象研究     

风廓线雷达对大气折射率结构常数的探测研究

基于湍流散射理论,构建了风廓线雷达（WPR）强度信息对大气折射率结构常数的估算方法。经过对WPR多种探测模式探测数据的估算分析,发现雷达参数的确切选用、信噪比(SNR)测量方法的合理性以及信号累积得益的认定对大气折射率结构常数的准确估算有较大的影响,为此提出适合WPR多种探测模式对该估算值规范化处理方法。利用北京两部对流层风廓线雷达五种探测模式于2005年获取的部分观测数据,进行了规范化计算及对比分析。结果表明,邻近时刻的不同风廓线雷达探测估算结果有较好的一致性,其垂直分布结构合理,呈指数形式, 统计结果与国内外的分析研究结果较为吻合。     

晴空回波的大气风温湿结构及双偏振雷达参量分析

晴空回波有助于认识大气的风温湿结构,双偏振多普勒天气雷达为探测晴空大气提供了丰富信息。本文以2015年夏季南京信息工程大学C波段双偏振雷达探测的晴空回波为例,结合探空资料分析大气风温湿结构及晴空回波的影响因素,分析了晴空大气的反射率因子Z、径向速度Vr以及差分反射率因子ZDR回波特征。研究表明:大气温、压、湿梯度造成折射指数分布不均以及背景风场引起的湍流增强,均可造成晴空回波,其回波机理为湍流散射;差分反射率因子受到多普勒效应的影响;在风场及大气湍团干湿特性不同的情况下,晴空回波的差分反射率因子呈现不同的特征。研究结果有益于深入认识大气风温湿结构特征对雷达电磁波的散射的影响以及雷达资料质量控制。     

地基GPS水汽总量在人工增雨中的应用

利用成都市地基GPS综合应用网的观测数据,反演出大气水汽总量,并结合多普勒天气雷达探测的垂直积分液态水含量(VIL),分析了这两种新型大气水汽探测资料在人工影响天气作业中的变化特征,初步得出了GPS大气水汽总量(GPS PWV)与人影作业前后降雨量的关系。研究表明:GPS PWV与人工增雨过程有较好的对应关系,人影作业后1～3h伴随小时雨量的增大GPS PWV有下降,体现了催化剂将空中部分冰面过饱和水汽凝华核化转化为降水过程。GPS反演的水汽资料结合新一代多普勒天气雷达探测的液态水资料在指导人工影响天气作业和短临天气预报方面具有良好的应用前景。     

RTTOV散射模块在FY-3 MWHS资料同化中的应用

一直以来,受同化系统中观测算子的限制,云区的卫星微波观测资料在使用时都常会做晴空假设,只考虑大气的吸收作用而忽略散射作用,从而会造成对大气中水汽含量的高估。为了克服这一缺点,文中设计了RTTOV微波散射模块在WRF 3DVAR系统中的应用方案,使得计算辐射能衰减的同时考虑大气的散射作用,并在此基础上通过4组试验进行了风云3 A星微波湿度计亮温以及多普勒雷达反射率因子的同化研究对比。结果表明：RTTOV微波散射模块的引入,能有效抑制晴空辐射模块对大气水汽含量的高估。若先同化雷达反射率因子后再继续同化卫星资料,会发现同化雷达后,同化区域内大气水凝物含量明显增加,受此影响同化卫星资料时大气的散射作用也会随之增大。并且雷达同化区域覆盖率越大,对降水预报的改善效果也愈明显。     

热带测雨卫星的星载雷达和地基雷达探测云回波强度及结构误差的模拟分析

为了揭示热带测雨卫星上的测雨雷达热带测雨卫星的星载雷达与X波段多普勒雷达在探测云的反射率因子的大小和结构方面的差异 ,用散射模式和数值模拟的方法讨论了这两种雷达的波长、雷达波入射方向、波瓣宽度等参量对反射率因子的大小和结构的影响 ,并利用所得结果讨论了两种雷达实际观测的差异。结果表明 :雷达波长和入射方向的不同引起的两种雷达测量的反射率因子的差异在 2 .0dBz以内 ,TRMMPR可在强回波中心探测到更大的反射率因子 ,并在很大程度上平滑了回波的结构 ,在强回波和弱回波区分别低估和高估 3～ 5dBz,造成了观测的云的面积增大、平均回波强度减小、面积积分降水量增大。这些理论结果还不能完全揭示两种雷达实际观测结果的差异 ,看来星载雷达和地基雷达探测结果的对比问题很复杂 ,其中雷达波的衰减问题是必须考虑的。     

FM-CW多普勒雷达

FM-CW(调频连续波)雷达自1969年问世以来,一直用于晴空探测。最初是对雷达反射率的结构进行定性显示。晴空雷达回波往往出现波动,信号频率是取决于目标距离和目标速度,因此一般认为FM-CW雷达不能得到离散目标的多普勒速度谱。但是重复扫描发射频率信号的相仕只取决于目标速度,所以用分析功率频谱的方法可以得到多普勒频谱。1975年进行的FM-CW雷达多普勒处理试验表明:EM-CW雷达除了可以探测晴空雷达散射,还可以探测水汽凝结体的多普勒频谱。     

相控阵天气雷达与多普勒雷达的探测精度与探测能力对比研究

相控阵技术应用到大气探测领域是一项崭新的课题,国外已开展了此项研究.为了研究相控阵天气雷达在大气探测领域的探测能力和探测精度,使用美国相控阵天气雷达与多普勒天气雷达同步探测的两次强天气资料,分析比较了两部不同扫描体制雷达的径向探测精度、切向探测精度、扫描时间、灵敏度以及在探测强风暴反射率因子特征、径向速度和超级单体的演变过程.结果表明:电扫描雷达的探测精度会随着波束指向角的变化而变化,而多普勒雷达在整个扫描范围内不随扫描方向角的改变而改变.相控阵天气雷达的切向分辨率比多普勒雷达低,提出了在方位上采用窄波束、俯仰方向上采用宽波束扫描,同时在接收时采用多个窄波束覆盖发射波束的接收方法.将存在模糊的速度场恢复为连续的速度场然后再对速度数值进行调整的退模糊方法也能剔除波束多路转换扫描方式下的速度模糊现象.     

多普勒雷达风廓线资料可用性评估

利用阳江大气探测基地拥有多普勒雷达、L波段探空雷达和地面观测站于一体的条件,将多普勒雷达高密度的VAD风廓线资料与L波段雷达资料进行对比,分析其相关性,得出多普勒VAD风廓线资料在探测资料齐全时,与L波段雷达资料变化趋势一致;一般情况,多普勒风廓线探测值比同一层的探空风偏小;多普勒风廓线RMS误差资料代表多普勒风廓线资料与探空资料的一种差异趋势。     

基于多源数据的湘北地区春季一次冰雹过程的观测分析

新型探测资料在强对流短临预报中发挥着重要作用.该文以2020年3月22日湘北地区春季一次冰雹过程为研究对象,运用多普勒天气雷达、风廓线雷达和地基微波辐射计等新型探测资料对该过程观测分析。结果表明：①此次过程发生在冷空气南下与南支槽前暖湿空气交汇背景下,受中低层切变线与急流影响,冰雹风暴生成前回暖明显,环境垂直风切变大;风暴由地面辐合线触发产生。②此次超级单体降雹过程在雷达回波中表现出“三体散射”、“V型缺口”、中气旋等特征;VIL、低仰角大风速核对冰雹、大风预警有很好的指示。③风廓线雷达探测到,风暴影响前超低空急流加强,中层有干侵入,低层垂直速度出现波动,风暴临近时超低空急流减弱。④地基微波辐射计监测发现,风暴影响前高空湿度增大,K指数、TT指数呈同趋势变化,而K指数预警灵敏度高于TT指数;风暴影响阶段,高空温度、相对湿度和大气不稳定指数出现不同程度跃升和突降。     

结合毫米波雷达提取降水条件下风廓线雷达大气垂直速度的研究

风廓线雷达主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用,在晴空条件下对大气风场等进行探测。在降水天气下,风廓线雷达能同时接收到大气湍流回波和雨滴的散射回波信号,其探测到的回波功率谱中降水信号谱和大气湍流信号谱叠加在一起,使得大气的运动被雨滴的运动信息所掩盖,给后续的大气风场反演带来误差。而毫米波云雷达在降水天气下仅能探测到云雨粒子的回波而无法探测到大气湍流回波,基于这一差异结合毫米波云雷达资料对风廓线雷达功率谱数据进行订正,剔除其中的降水回波信息,进而获取正确的大气运动垂直速度。通过一次典型弱降水天气过程的雷达资料对该方法进行了可行性验证,并将计算得出的大气垂直速度与传统双峰法提取的大气运动垂直速度及原始风廓线雷达垂直速度进行了对比分析,显示在弱降水天气下该方法能有效消除降水对风廓线雷达垂直速度测量的影响,提高弱降水天气下测速准确率,并且在湍流谱极其微弱的情况下该方法也能准确地获取到大气运动垂直速度信息。但是云雷达回波在降水时会有衰减,虽然是弱降水也会导致在高层距离库上的订正效果变差,故目前只适用于弱降水时低距库处的降水订正。