[科普中国]-雷达气象站

简介

雷达气象站是利用气象雷达对有效范围内进行雷达气象探测的气象站。

利用气象雷达对有效范围内进行雷达气象探测的气象站。在我国，它是全国天气监测网的组成部分之一。雷达探测获取的天气现象（如降性降水区）的回波照片、图表、数据等，是天气预报部门进行短期（0－72小时）和甚短期（0－12小时）天气预报，特别是降水预报的重要依据，更是从事临近（0—2小时）天气预报服务的主要工具。

移动气象站雷世界上的发达国家几乎都建立了全国范围的雷电监测定位网络。其中最为典型的就是美国国家闪电探测网（NLDN）。NLDN由113个IMPACTESP探测器联网组成，探测精度高于500m，并与加拿大CLDN联网组成了200个探测站点的大范围探测网。与此同时，美国也已经在各种气象试验中使用综合探测系统和移动综合探测系统综合探测系统包括SMART雷达（SR21），移动探测车辆，区域协调车辆，移动中尺度自动气象站，车顶探测仪器（天线、采集器、传感器等，其中就安装了雷电预警系统），可以有效地为应急气象环境监测提供保障。在我国，一些部门也已经建立了一定规模的闪电定位系统。2003年底，国家重点工程项目“大气监测自动化系统工程”已在气象部门建设拥有90个闪电探测子站的全国闪电监测网。但全国范围内的闪电监测网尚未形成，我国在雷电预警预报方面的工作也相当薄弱，基本没有开展有针对性的雷电预警预报业务[2]。因此，建立一套快捷、有效的雷电监测预警系统尤为重要。为了解决在非固定地点开展特殊气象服务的问题，应抓紧研究基于移动车载气站的雷电监测预警系统。1

气雷达工作原理气象雷达通过方向性很强的天线向空间发射脉冲无线电波，它在传播过程中和大气发生各种相互作用。如大气中水汽凝结物（云、雾和降水）对雷达发射波的散射和吸收；非球形粒子对圆极化波散射产生的退极化作用，无线电波的空气折射率不均匀结构和闪电放电形成的电离介质对入射波的散射，稳定层结大气对入射波的部分反射；以及散射体积内散射目标的运动对入射波产生的多普勒效应等。

气象雷达回波不仅可以确定探测目标的空间位置、形状、尺度、移动和发展变化等宏观特性，还可以根据回波信号的振幅、相位、频率和偏振度等确定目标物的各种物理特性，例如云中含水量、降水强度、风场、铅直气流速度、大气湍流、降水粒子谱、云和降水粒子相态以及闪电等。此外，还可利用对流层大气温度和湿度随高度的变化而引起的折射率随高度变化的规律，由探测得到的对流层中温度和湿度的铅直分布求出折射率的铅直梯度，并通过分析无线电波传播的条件，预报雷达的探测距离，也可根据雷达探测距离的异常现象（如超折射现象）推断大气温度和湿度的层结

天气雷达结构天气雷达由以下几个基本部分组成：发射机──产生高频脉冲，定向天线──发射探测脉冲和接收回波脉冲，按收机──放大回波脉冲信号，显示器──显示气象目标物（如降水区、风暴）相对于雷达的位置、回波强度和结构。天气雷达常用的显示器有 3种：①距离显示器（A显或A/R显）。显示不同距离上气象目标物的回波强度的一种仪器。②平面位置显示器 （PPI）。以雷达站为显示中心，把气象目标物的方位和距离的平视图以极坐标形式显示出来的一种指示仪器。它可反映降水区、风暴等的水平分布。③距离高度显示器 （RHI）。把在给定方位的铅直平面内气象目标物的距离和高度以直角坐标形式显示出来的一种指示仪器。它可反映降水区、风暴等的铅直结构。70年代以后，定量探测的天气雷达还附有小型计算机的数字处理系统。

天气雷达特点天气雷达的结构有以下一些特点：①采用对数中频放大器。它可使输出近似正比于输入信号强度的对数，从而保证变化范围比较大的云和降水回波强度都能得到相应的显示。②有距离订正。由于接收功率Pr和距离R的平方成反比（见气象雷达方程），经距离订正后便可直接比较不同距离上的回波的强弱。③具有视频积分处理器（VIP）。由于降水回波信号具有随机起伏的性质，需要把探测范围分成苦干小区域，对每一个小区域的回波信号进行平均。然后，按回波强度，实现黑白、彩色和数字分层显示。④定量测定降水的雷达已有实时监测雷达参数设备。⑤先进的天气雷达已由电子计算机控制，并由电子计算机处理气象资料，如降水量、气流速度等。

天气雷达新一代多普勒天气雷达常规天气雷达的探测原理是利用云雨目标物对雷达所发射电磁波的散射回波来测定其空间位置、强弱分布、垂直结构等。新一代多普勒天气雷达除能起到常规天气雷达的作用外，还可以利用物理学上的多普勒效应来测定降水粒子的径向运动速度，推断降水云体的移动速度、风场结构特征、垂直气流速度等。新一代多普勒天气雷达可以有效地监测暴雨、冰雹、龙卷等灾害性天气的发生、发展；同时还具有良好的定量测量回波强度的性能，可以定量估测大范围降水；多普勒天气雷达除实时提供各种图像信息外，还可提供对多种灾害性天气的自动识别、追踪产品。

新一代多普勒天气雷达在灾害性天气监测、预警方面，发挥着不可替代的作用。我国已建成的新一代多普勒天气雷达主要分S、C两种波段，S波段雷达主要分布在沿海地区及主要降雨流域，C波段雷达主要分布在内陆地区。到"十一五计划"末期，全国将建成158部多普勒天气雷达构成的天气雷达网。2

C波段天气雷达北京市气象局的C波段多普勒天气雷达可以对台风、暴雨等大范围强降水天气的监测距离大于400并能获取150公里半径范围内的降水区降水及风场信息，可对150公里半径范围内的降雨进行较准确估测。与常规天气雷达相比，CINRAD/CC雷达增加了风场信息，能有效地监测和预报阵风锋，下击暴流，热带气旋，风切变等灾害性天气。3

S波段雷达北京新一代S波段多普勒天气雷达可以监视半径为400公里范围的地区内台风、暴雨、飑线、冰雹、龙卷等大范围强降水天气，对雹云、龙卷气旋等中小尺度强天气现象的有效监测和识别距离可达230公里，可在距离雷达150公里处识别雹云中尺度为2～3公里的核区，或判别尺度为10公里左右的龙卷气旋。其先进的技术手段将显著增强对暴雨、冰雹等灾害性天气的监测和预警能力，进一步提高降水预报的时间、空间分辨率，实现降水预报的定点、定量、定时化，为工农业生产和人民生活提供更好的气象预报服务。4