氣象雷達新技術及其應用思路研究

陳光輝 陸加寶 王大衛

摘要：近些年來，我國的防災減災工作愈加成熟，以氣象雷達新技術為代表的多項防災減災技術逐漸趨于完善隨著氣象雷達新技術的飛速發展，包括我國在內的絕大多數國家的氣象組織逐漸增加了對氣象、水文以及相關學科的投入力度。尤其是多普勒天氣雷達技術的應用可以算作是氣象檢測的一個分水嶺，為氣象部門和水文部門的極端天氣預測工作提供了便利。為此，本文將具體闡述在防災減災工作中氣象雷達新技術的具體應用情況和研究思路。

關鍵詞：氣象雷達;新技術;防災減災;應用思路

引言：

隨著時代的發展和進步，越來越多的國家把水文、氣象等的研究放在未來國家發展的重要位置，在此前提背景下，氣象雷達在短短幾年的時間里取得了突飛猛進的發展。通過氣象雷達技術，氣象部門和水文部門的相關人員可以隨心所欲地獲取各項大氣運動狀態信息，在監測和預報災害性天氣方面增加籌碼。因此，到目前為止，氣象雷達新技術已經成為各個國家應對氣象災害預測工作的首要選擇，包括雙線偏振雷達、激光雷達、風廓線雷達等在內的雷達新技術正在被開發和研制，由這些氣象雷達新技術所構成的業務雷達網會使氣象工作到達一個新的水準。

1 雙線偏振雷達

氣象預測工作中很重要的一項就是識別降水目標，保證對降水類型的精確劃分，而雙線偏振雷達就是以此為前提基礎開發研制的。作為氣象預測工作中最常用的氣象雷達技術之一，氣象監測人員主要利用雙線偏振雷達對于不同降水粒子的不同入射電磁波極化散射特性作用，識別和劃分降水類型。與一般的雷達技術相比，雙線偏振雷達不僅能接收和發射水平的線偏振波，還能同時發射和接收垂直的線偏振波。所以說，雙線偏振天氣雷達能夠同時測量水平反射率因子Z H和差分反射率ZDR、比差分傳播相移KDP等。在對這些參數進行精確測量的過程中，氣象監測人員就可以根據與降水粒子的形狀、相態、粒子譜分布、粒子的空間取向等一系列的數據中分析預測出氣象變化狀況。由此，氣象監測人員則可以較高的精確度進行定量降水精度測量、預測一些極端天氣活動、判斷飛機是否能夠正常航行等，其應用領域相對來說比較廣泛。而且，借助雙線偏振天氣雷達，氣象監測人員可以實現對云雨時空變化的連續觀測，基于各種氣象天氣的形成原理來理解水成物的形成過程，提高對降水強度預估的準確度，高效完成氣象預測工作。

2 雙（多）基地雷達

在傳統氣象預測監測工作中，單基地雷達的應用相對來說更為廣泛，單基地雷達的接收站和發射站是相同的，而雙基地或多基地雷達則不然，其收發地址具有明顯差異，具有一（多）個發射站和一（多）個接收站，以離散的形式配置。從布置的位置方面來看，可分為地發/地收，空發/地收，地發/空收等幾種形式，多基地雷達還具有一發多收，多發多收等形式。而雙（多）基地天氣雷達系統一般采用地發/地收，由一部常規的多普勒天氣雷達與一個或多個沒有發射系統和天線伺服系統、布置在遠處的雙基地接收站組成。

3 相控陣天氣雷達

相控陣多普勒天氣雷達，主要優勢是可以提高獲取資料的時間分辨率、進一步提高探測能力。一般雷達均基于機械掃描體制，這種掃描方法一般在6min內完成1 4層的掃描，對于快速變化的中小尺度天氣過程如冰雹、龍卷、微下擊暴流、風切變等過程，用這種傳統的方法很難同時滿足高時空分辨探測天氣過程三維結構和發展演變的需求。

4 激光天氣雷達

激光雷達對大氣的探測，主要是通過分析由激光器發射的激光與大氣中的折射率不均勻層以及遇到氣溶膠等大氣粒子后，產生的后向散射（回波信號）而得到的大氣一些物理參數，如風速、大氣溫度、大氣密度等。根據激光與大氣作用方式和探測目的的不同，演變出多種不同類型的激光雷達。米（Mie）散射激光雷達可連續地探測大氣邊界層中氣溶膠粒子的光學特性以及氣溶膠粒子和大氣邊界層高度的時空分布。差分吸收（DIAL）激光雷達可探測大氣邊界層中污染氣體，如NO2、SO2、O3等含量的時空分布。拉曼（Raman）激光雷達根據同時接收到的水汽和氮氣分子對激光后向散射信號的比值，就可以計算出水汽混合比，探測邊界層中水汽含量的時空分布。

5 風廓線雷達

大氣中存在著各種不同尺度隨時間變化的湍流，它們能引起折射指數的不規則變化，對無線電波產生散射作用。風廓線雷達向天空發射無線電波，接收到的回波是由于大氣湍流對電磁波的散射而產生的。通過對回波的處理和分析就可以獲得湍流大氣的多普勒系數和強度系數，從而反演出湍流強度、運動方向和運動速度隨高度的分布。大氣湍流是隨風傳播的，因此，如果獲得了大氣湍流的多普勒速度和方向，同時也就獲得了風的速度和方向。風廓線雷達上加裝無線電探聲系統（RASS）后，可以測量大氣層的有效溫度。RASS雷達系統通常由4個聲源組成，分布在風廓線雷達天線陣的每一邊并垂直向上發射聲波。

6 星載測雨雷達 TRMM/PR

星載天氣雷達可能性研究可以追溯到1960年代，但直到1997年TRMM （TropicalRainfall Measuring Mission ）衛星發射，第一部測雨雷達雷達才被安裝在衛星上。目前TRMM衛星上的測雨雷達（PR）由日本NASDA（National Space and Development Agency）公司制造。發射頻率13.796GHz，采用相控陣天線，波長約2cm，觀測范圍從地表到15km。TRMM/PR雷達可以提供三維降水結構，定量測量陸地與洋面降水量，通過所提供的降水分布的測量資料，提高TRMM中微波圖象的精度等。

7展望

從以上分析，可以看出氣象雷達探測技術的總體發展趨勢是：從地基雷達到空基、天基雷達， 從單基地雷達到多基地雷達，從單一參數到多參數雷達，從單站到全國雷達聯網探測。同時，固定與移動雷達相結合、大型雷達（ S波段和C波段雷達）與小型天氣雷達（X波段雷達）相輔相成，氣象雷達將朝著更加精細化和定量化方向發展。

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