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1、第六章第六章 多普勒天气雷达多普勒天气雷达 回波的识别和分析回波的识别和分析6.1 雷达回波分析技术雷达回波分析技术6.2 多普勒雷达的径向速度模式多普勒雷达的径向速度模式6.3 雷达回波的分类雷达回波的分类6.4 降水回波降水回波第1页/共40页雷达回波可分为n气象回波气象回波 形成这的直接因素是大气中云、降水中的各种水汽凝结物对电磁波的后向散射和大气中温、压、湿等气象要素剧烈变化而引起的。l降水回波降水回波 层状云连续性降水回波、对流云阵性降水回波、积层混合云降水回波、雪的回波、其它类型降水回波(冻雨、沙暴中降水、第二次扫描回波)。l非降水回波非降水回波 云的回波、雾的回波、闪电信号及其回
2、波、晴空大气回波(点状或圆点状、窄带状、细胞状、层状、大气波动和湍流、环状、海风)。n非气象回波非气象回波 形成的直接来源是地物、飞机等非气象目标物对电磁波的反射以及由于雷达的性能而引起的虚假回波。但在这类回波中，有些回波的出现也和气象条件有关，有：地物回波、超折射回波、同波长干扰回波、飞机、船只等的回波、海浪回波、由天线辐射特性造成的虚假回波第2页/共40页6.1 雷达回波分析技术雷达回波分析技术一、回波强度分析技术一、回波强度分析技术n由雷达反射率因子雷达反射率因子Z值大小值大小即可判别回波强弱瑞利散射n另外，回波形态特征、回波特殊结构和形态、回波移动特点可知回波强度n分析回波的发展阶段和
3、演变趋势。第3页/共40页第4页/共40页二、径向速度场分析技术与方法二、径向速度场分析技术与方法三个方面进行分析：三个方面进行分析：n零径向速度线零径向速度线1 1零径向速度线是否与向径平行零径向速度线是否与向径平行2 2零径向速度线走向方无显著折角零径向速度线走向方无显著折角3 3零径向速度线走向是否和距离圈平行零径向速度线走向是否和距离圈平行n朝向雷达分量朝向雷达分量(负负)、离开雷达分量、离开雷达分量(正正)范围、分布及中心范围、分布及中心1 1大片正区和负区是否和原点大片正区和负区是否和原点(测站测站)对称范围是否大致相等对称范围是否大致相等2 2大片正区和负区是否与向径对称大片正区
4、和负区是否与向径对称3 3有无紧密相邻的成对强小尺度正、负中心存在有无紧密相邻的成对强小尺度正、负中心存在4 4有无多普勒径向速度等值线密集带存在有无多普勒径向速度等值线密集带存在n强多普勒径向速度梯度带强多普勒径向速度梯度带 径向速度切向梯度愈大，水平风速愈大，往往与强对流大气（径向速度切向梯度愈大，水平风速愈大，往往与强对流大气（快速移行冷锋、飑线、中尺度气旋）相联系。成弧状排列时，快速移行冷锋、飑线、中尺度气旋）相联系。成弧状排列时，可能存在强辐合带或飑线，近似圆形排列时，则可能存在强中可能存在强辐合带或飑线，近似圆形排列时，则可能存在强中尺度气旋尺度气旋第5页/共40页6.2 多普勒雷
5、达的径向速度模式多普勒雷达的径向速度模式多普勒雷达观测示意图多普勒雷达观测示意图(a)固定仰角固定仰角，绕垂直轴，绕垂直轴z的雷达扫描；的雷达扫描；(b)从上往下看图从上往下看图(a)，即一个，即一个PPI显示。显示。在每个仰角上，沿着雷达波向外径向距离增加代在每个仰角上，沿着雷达波向外径向距离增加代表了离地高度增加，因此，当环境风场只随高度变化表了离地高度增加，因此，当环境风场只随高度变化时，雷达扫描一周便能揭示出从地面直到雷达显示范时，雷达扫描一周便能揭示出从地面直到雷达显示范围边缘高度上的所有风（对晴空来说，这个高度就是围边缘高度上的所有风（对晴空来说，这个高度就是相干雷达回波的高度）。
6、相干雷达回波的高度）。Rs是相应离地高度为H的显示边缘的斜距（在圆锥面上）。任一散射体的三维坐标（x,y,h）由方位角度，仰角度和斜距Rs算出 第6页/共40页nThingstoremember:第7页/共40页l（a）环境风场的平面图：固定风速为40海里/小时，风向在地面为南风（图象中心），均匀地经西南风变为图象边缘处的西风。l（b）相应的单多普勒速度图象。l（c）说明如何利用多普勒零值曲线来解释水平均匀流场的风l（a）中的箭头长度正比于风速。颜色表示多普勒速度值：正值（红色，桔黄色）表示离开雷达，负值（绿色，兰色）表示朝向雷达。第8页/共40页 零值区表明此地的风向是与雷达径向相垂直的。例
7、如，在显示区的外缘，当雷达指向正北和正南时多普勒速度值为零，这意味着在相应的高度上风向要么是由西向东要么是由东向西的，由于在显示区的西部边缘多普勒速度值是负的（朝向雷达的分量），东部边缘的多普勒速度值是正的（离开雷达的分量），那么很明显在相识区边缘的高度上风向是由西向东的。当雷达指向零值带上的点2时，其方位是330，那点上的风向是330 90。由于风从整体上是由西向东的，那么点2处的风向应是330-90=240，以此类推，点3,5和6上的风向分别是300-90=210，120+90=210 和150+90=240。在地面雷达站处零值带是东西向的，因为地面风是由南面过来的，风向180。第9页/共
8、40页一、几种典型流场的一、几种典型流场的PPI多普勒径向速度多普勒径向速度模式模式风向风向天线天线方位方位取径向速度Vr(r)为常数c:雷达作低仰角探测：第10页/共40页 风向若在所有高度上保持一致，那么多普勒速度图象总有一条有一条直直的零值带，图象的其他部分就反映了风速的垂直廓线的零值带，图象的其他部分就反映了风速的垂直廓线。n风速若不随高度变化，是个非零常数风速若不随高度变化，是个非零常数，那么多普勒速度的极值便由显示区边缘向内延伸到中心雷达位置（地面），因此，表示所有其他多普勒速度值的颜色必须收敛于中心点.n当地面风速小于最大（但仍大于零）时当地面风速小于最大（但仍大于零）时，那么相
9、应于小于或等于地面风速值的风速的颜色则会聚在图象的中心，那些相应与较大速度的颜色则向中心会聚但并不到达中心。当地面风速为零时，只有相应与零值速度的颜色穿过中心。n当在显示区高度内存在一个风速的最大值时当在显示区高度内存在一个风速的最大值时，那么图象上就会出现一对近似椭圆的牛眼牛眼，牛眼中心位于雷达的上风向（负值）和下风向（正值）处，对应着风速极大值所在高度的斜距上。(一一)风向不变、风速随高度变化的各种图象风向不变、风速随高度变化的各种图象第11页/共40页 相应于风速风向均不随高度变化的垂直风廓线（左图）的多普勒速度图象（右图）。多普勒速负值是朝向雷达的而正值是离开雷达的。雷达位于图象中心。
10、第12页/共40页风速是从地面20海里/小时增至图象边缘高度的40海里/小时 第13页/共40页 风向不变，风速在与地面与图象边缘高度中间达到最大值（40海里/小时）的风廓线（左图）及相应的多普勒速度图象（右图）。风速在地面及图象边缘高度处均为20海里/小时。多普勒速度负值是朝向雷达而正值是离开雷达。雷达位于图象中心。第14页/共40页(二二)风速不变、风向随高度变化的各种图象风速不变、风向随高度变化的各种图象 当风速随高度保持不变时，各种颜色的多普勒速度带都收敛于显示区的中心（即雷达所在处）。多普勒速度零值带的曲率表明了风向随高度的变化。n风向随高度逆转风逆转风产生一个反型S的零值带n风向随
11、高度顺转风顺转风产生一个S型的零值带n当风向随高度先顺转后逆转时先顺转后逆转时，S 型带随雷达距离的增加（高度增加）而转变为反S带。第15页/共40页风向随高度顺转第16页/共40页第17页/共40页 风向逆转，风速不变的垂直风廓线（左图）以及相应的多普勒速度图象（右图）。多普勒速度负值是朝向雷达而正值是离开雷达，雷达位于图象中心。第18页/共40页风向随高度先顺转后逆转 等速度线先呈S型后呈反S型，表明在中低层呈顺时针旋转，在中高层以上呈逆时针旋转。也就是说，由PDA处的南风向上转为西风，再往上又逆转成南风，即低层S型表明有暖平流，高层反S型表明有冷平流。第19页/共40页一次实测的先呈反S
12、型后呈S型图一次实测的先呈S型后呈反S型图第20页/共40页(三三)风速风向都随高度变化的各种图象风速风向都随高度变化的各种图象 当风速和风向都随高度变化时，可以得到许多不同的多普勒速度图象。第21页/共40页 风速随高度增加（地面为0）、风向随高度顺转的垂直风廓线（左图）以及相应的多普勒速度图象（右图）。多普勒速度负值是朝向雷达而正值是离开雷达，图象东部和西部边缘的颜色突变代表了己被了混淆的更大的速度值，因为它们超出了50海里/小时的奈科斯特速度间隔。雷达位于图象中心。第22页/共40页仰角1.5度的速度PPI扫描 2001年12月12日 07：05：28一次实测的风速随高度增大，风向随高度
13、顺转图第23页/共40页 地面风速改为 30 海里/小时。当地面风速增加时，小于或等于地面风速的颜色带都趋向图象的中心。第24页/共40页 在显示距离的1/2处的高度上有一风速极大值（60海里/小时）。由于风速超出了奈科斯特速度间隔，牛眼也明显出现了混淆效应。第25页/共40页二、几种典型天气系统、流场层结情况下二、几种典型天气系统、流场层结情况下PPI多普勒径向速多普勒径向速度模式度模式(一)基本气流的判别低空基本气流低空基本气流 由低仰角的多普勒径向速度场的总体特征来识别，即正、负速度区对原点的对称性及通过原点的零径向速度线走向，基本气流方向从朝向中心收向远离中心并和零径向速度线所在向径垂
14、直。第26页/共40页基本气流垂直廓线和温度平流基本气流垂直廓线和温度平流 高仰角时、不同距离圈径向速度分量代表了不同高度上径向速度分量值。从基本垂直廓线形态特征可以判断高空温度平流：风向随高度顺时针旋转（呈s型）时有暖平流；而风向随高度逆时针旋转（呈反s型）时则有冷平流 高仰角的多普勒径向速度场（a）暖平流(顺转)南京(b)冷平流(逆转)第27页/共40页(二)锋面和切变线系统冷锋或冷锋式切变线的识别冷锋或冷锋式切变线的识别第28页/共40页第29页/共40页冷锋位置的识别冷锋位置的识别(1)开始有NE一SW走向然后折向NW一SE方向的零线，零线附近等值线密集，零线有明显折角。(2)冷锋位于
15、等值线密集带靠近远离速度中心一侧，并向零线折角方向延伸。(3)折角位于测站以北，冷锋未过境，折角位于测站以南，冷锋已过境。(4)有NESW走向的雷达回波带与冷锋相配合。第30页/共40页一个锋面经过雷达测站的前后，多普勒径向速度分布变化情况：一个锋面经过雷达测站的前后，多普勒径向速度分布变化情况：(1)锋面在测站的西北方 多普勒径向速度零值线出现折角，锋前根据零值线走向及通过原点（测站）判断为西南风，一对“牛眼”说明有低空急流中心，风速为37海里/小时，锋后，根据零线走向和负的极值中心（冷色调）判断为西北风，风速最大中心也出现在低空为43海里/小时，锋后西北风随高度先增加后减小。第31页/共4
16、0页(2)锋面从西北方向移到雷达站上空 多普勒径向速度零值线折角正在测站，地面风速为20海里/小时，风向为西风，锋后为西北风，风速随高度增加。锋面从西北移过雷达站。锋前为西南风，锋后为西北风。在两个风区，风速从地面的20海里/小时增至图象边缘高度处的40海里/小时。第32页/共40页(3)锋面移过雷达站 在测站东南，多普勒径向速度零值出现在测站的南半边中，锋前风向随高度作顺时针转变（形），风速随高度增加。而锋后风向随高度作时针转变（反S），风速随高度增加。第33页/共40页暖锋或暖切变的识别暖锋或暖切变的识别暖切变的多普勒径向速度场(a)暖切变位于测站以南(b)暖切变位于测站以北第34页/共4
17、0页暖切变多普勒径向速度场分布特征暖切变多普勒径向速度场分布特征 (1)多普勒径内速度分布大体具有对称性，东北和北方为远离区，西南方为朝向区 (2)远离分量的范围较朝向分量的范围大，常有两个远离分量极大值，一个偏北一个偏东(3)零径向速度线有明显折角，折角以西零线呈WSWENE走向，并且有密集的多普勒速度等值线(4)暖切变位于朝向区一侧WSWENE走向的等值线密集带的南沿到等值线的折角处 (5)折角位于测站以东时，暖切变位于本站以南，折角位于测站以西时，暖切变位于测站以北(6)有ENEWSW走向的回波带与暖切变相配合。第35页/共40页锢囚锋锢囚锋第36页/共40页急流急流第37页/共40页能使用户集中研究某一块风暴第38页/共40页第39页/共40页