氣象雷達(dá)屬于雷達(dá)領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支,其發(fā)展至今大致經(jīng)歷了從模擬、數(shù)字到以美國NEXRAD為代表的新一代氣象雷達(dá)三個(gè)發(fā)展階段。由控制面板、顯示器、天線和收發(fā)機(jī)構(gòu)成了氣象雷達(dá)主要部件。機(jī)載氣象雷達(dá)還需由垂直陀螺提供傾斜和俯仰穩(wěn)定信號，傾斜和俯仰信號可以由單獨(dú)的垂直陀螺組建提供，也可由慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)提供。

近期，黑龍江省黑瞎子島新一代多普勒天氣雷達(dá)CINRAD/CA系統(tǒng)正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。該雷達(dá)系統(tǒng)由雷達(dá)天線塔、雷達(dá)信息處理中心和撫遠(yuǎn)國家氣象觀測站及配套系統(tǒng)組成，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地獲取更高精度和更大范圍的降水量、天氣過程和風(fēng)場信息等數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了對暴雨、冰雹、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣過程的監(jiān)測能力和氣象防災(zāi)減災(zāi)能力。

天線塔是用于支撐天線并使其保持一定高度的建筑物。一般采用鋼制或鋼筋混凝土制。天線塔有三種設(shè)置方式：一是在高層電信樓頂層設(shè)敞開式天線層(天線平臺);二是在電信樓頂層設(shè)鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)天線塔;三是獨(dú)立的天線塔。塔高由工藝設(shè)計(jì)確定，但在天線發(fā)射方向上應(yīng)高于城市其他建筑物。微波信號對方向性要求較嚴(yán)，因此應(yīng)盡量減少天線的扭轉(zhuǎn)和晃動(dòng)。目前天線正由單一功能向多功能方向發(fā)展。

多普勒天氣雷達(dá)，是一種主動(dòng)遙感的探測工具，在測量云、降雨和各種強(qiáng)對流天氣發(fā)生發(fā)展內(nèi)在因素方面有重要的應(yīng)用，其工作原理即以多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)，可以測定散射體相對于雷達(dá)的速度，在一定條件下反演出大氣風(fēng)場、氣流垂直速度的分布以及湍流情況等。這對警戒強(qiáng)對流天氣等具有重要意義。多普勒雷達(dá)是世界上最 先 進(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)，有“超級千里眼”之稱。相較于傳統(tǒng)天氣雷達(dá)，多普勒雷達(dá)能夠監(jiān)測到位于垂直地面8-12公里的高空中的對流云層的生成和變化，判斷云的移動(dòng)速度，其產(chǎn)品信息達(dá)72種，天氣預(yù)報(bào)的精確度比以前將會(huì)有較大提高。

新一代多普勒天氣雷達(dá)的產(chǎn)品包括基本產(chǎn)品和導(dǎo)出產(chǎn)品。基本產(chǎn)品有三個(gè)：反射率因子、平均徑向速度、譜寬。反射率因子描繪了一個(gè)完整的360o方位掃描的回波強(qiáng)度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)等級用dBZ表示。雷達(dá)操作者可依靠反射率因子產(chǎn)品確定回波的強(qiáng)度，確定風(fēng)暴的強(qiáng)弱和結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)降雨(雪)帶，還可根據(jù)反射率因子隨時(shí)間的變化確定降水回波的移動(dòng)以及未來的趨勢等。

平均徑向速度表示整個(gè)360o方位掃描徑向速度數(shù)據(jù)，徑向速度即物體運(yùn)動(dòng)速度平行與雷達(dá)徑向的分量。徑向速度有許多直接的應(yīng)用，可以導(dǎo)出大氣結(jié)構(gòu)，風(fēng)暴結(jié)構(gòu)，可以幫助產(chǎn)生、調(diào)整和更新高空分析圖等。

平均徑向速度產(chǎn)品有兩點(diǎn)局限性：

一是垂直于雷達(dá)波束的風(fēng)的徑向速度被表示為0;二是距離折疊和不正確的速度退模糊。譜寬數(shù)據(jù)實(shí)際上指的是速度譜寬數(shù)據(jù)，它是一個(gè)對速度離散量的度量。它可提供由于風(fēng)切變、湍流和速度樣本質(zhì)量引起的平均徑向速度變化的觀測，也可用來確定邊界(密度不連續(xù)面)位置、估計(jì)湍流大小及檢查徑向速度是否可靠。

導(dǎo)出產(chǎn)品是雷達(dá)產(chǎn)品生成系統(tǒng)(RPG)根據(jù)基本數(shù)據(jù)資料通過氣象算法處理后得到的產(chǎn)品，比較重要的有相對于風(fēng)暴的平均徑向速度圖、相對于風(fēng)暴的平均徑向速度區(qū)、強(qiáng)天氣分析、組合反射率因子、回波頂、剖面產(chǎn)品等。常用的還是基本產(chǎn)品，導(dǎo)出產(chǎn)品只能起到提示和參考作用。

氣象雷達(dá)的工作范圍包括

距離測定

氣象雷達(dá)發(fā)射的電磁波是以光速c在空中向前傳播，通過測量所接收到的目標(biāo)回波信號與發(fā)射脈沖之間的時(shí)間間隔t，可以算出目標(biāo)相對于飛機(jī)的距離L =ct/2。它的距離分辨力決定于脈沖的寬度，要提高區(qū)分近距離目標(biāo)的能力，必須使用較窄的脈沖寬度。

方位測定

它是通過測定雷達(dá)天線波束軸的瞬時(shí)方位來確定目標(biāo)方位的。雷達(dá)天線所形成的輻射波束是寬度很窄的圓錐形波束，當(dāng)天線指向某一方位時(shí)只有該方位的目標(biāo)回波才能被雷達(dá)所接收，把該信號的位置傳輸給顯示器，使回波圖像顯示在顯示器的相應(yīng)方位，就可以確定目標(biāo)的實(shí)際方位。雷達(dá)的方位分辨能力取決于天線水平面內(nèi)的波束寬度，天線波束在水平面內(nèi)的寬度越窄，其方位分辨力越好，為保障良好的方位分辨力，采用平板縫隙天線陣。

降水探測

雖然雨、冰雹和雪都屬于導(dǎo)電的水物質(zhì)，氣象雷達(dá)可以探測雨滴或濕的冰雹，卻無法探測云、霧、干燥的冰雹、冰晶或雪。含水物質(zhì)對于雷達(dá)發(fā)射的射頻脈沖能量有一部分被吸收、損耗和散射，其余都被有效的反射，只要在雷達(dá)監(jiān)測的范圍內(nèi)，且具有一定的直徑和密度的降雨區(qū)域均能產(chǎn)生有效的回波，從而被氣象雷達(dá)檢測出來。反射回的信號強(qiáng)弱與目標(biāo)含水量有關(guān)，接收器接收到信號就可分析目標(biāo)的性質(zhì)和強(qiáng)弱，并在顯示器是用不同的顏色表示。

湍流檢測

湍流是指在一定的空域中急速且多變的運(yùn)動(dòng)氣流，它會(huì)使進(jìn)入其中的飛機(jī)產(chǎn)生顛簸甚至對飛機(jī)結(jié)構(gòu)造成破壞。暴雨區(qū)域常伴有湍流，其危害不言而喻。對湍流的檢測是基于多普勒原理實(shí)現(xiàn)的，多普勒頻移與相對速度的偏差成正比f=2v/λ。接收機(jī)將所接收到的信號的多普勒頻譜寬度與規(guī)定的門限值作比較，如果大于規(guī)定值，就判斷目標(biāo)是湍流并給出警告信息。需要特別注意的是干燥的湍流是無法被探測和顯示的。

風(fēng)切變檢測

風(fēng)切變是指在一個(gè)較小的區(qū)域內(nèi)，風(fēng)向和風(fēng)速突然發(fā)生改變。風(fēng)切變是導(dǎo)致飛行事故的重要因素，特別是低空風(fēng)切變對飛機(jī)起飛和著陸安全威脅巨大，不僅能使飛機(jī)航跡偏離，而且會(huì)破壞飛機(jī)的穩(wěn)定性。切變檢測方法和湍流基本相同，雷達(dá)根據(jù)風(fēng)切變區(qū)域產(chǎn)生的回波的多普勒頻移的頻譜特征來實(shí)現(xiàn)前視風(fēng)切變檢測的。氣象雷達(dá)并不能保證檢測出所有的危險(xiǎn)天氣區(qū)域，所以決不能把雷達(dá)的顯示圖像作為危險(xiǎn)氣象和地形的依據(jù)，對于探測出的危險(xiǎn)應(yīng)選擇避讓而不是穿越那些區(qū)域。在選擇探測范圍時(shí)不應(yīng)過小，那會(huì)使飛機(jī)進(jìn)入盲區(qū)而無法感知危險(xiǎn)，同時(shí)距離過近也會(huì)造成沒有安全距離來避開已臨近的惡劣氣象，從而發(fā)生危險(xiǎn)。

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