④ 估测的雨强、雨量偏小
⑤ 导致回波识别和跟踪的困难
5.kt 与波长成反比的结论应用。 定性结论：
大面积小雨， 3cm 雷达，雨的衰减要考虑。
中雨， 3cm和 5cm，
大雨或冰雹， 3cm， 5cm和 10cm均要考虑
综合考虑雷达截面 / 雷达反射率与波长成反比 （波长越短散射能力越强） ，衰减和波长也成反
比的关系（波长越短衰减也越强） ，我国雷达布网， 对短时预报，东南沿海多暴雨和台风
( 大
雨滴 ) ，采用 10cm 雷达，内陆西北 5cm 雷达。人影作业的移动性决定其多采用
3cm 雷达。
PS:“ V”型缺口 :
由于云中大冰雹、 大水滴等大粒子对雷达波的强衰减作用，
雷达波不能穿透主要的大粒子区，
在大粒子区的后半部形成所谓的
V 字型缺口。尖角对准测站。
三．雷达气象方程
1、概念：
◆波宽θ：雷达主波束上两个半功率点之间的夹角，有水平波宽和垂直波宽。
雷达发射波能量越集中越好，波宽
<1°
微秒 ) h=ct
◆脉冲宽度τ：脉冲持续时间 (711 is 1 ◆脉冲长度 h：脉冲在空间的延伸距离
◆有效脉冲深度：理论证明：只有在波束中距离 才能在同一时刻到达天线。称
R 到 R+h/2 范围内的那些粒子散射的回波，
h/2 为波束有效照射深度
◆有效照射体积： V
R ct / 2 R
R2dRd ,
有效照射体积的具体求法取决于波束的几何形状，也就是取决天线的形状 :
◆天线增益：假设在这个方向上的波束范围内，天线辐射的能流密度相同，辐射天线 R处的能流密度 Smax与 Sav 的比值称为定向辐射天线的增益。
这样， 距离定向
◆盲区：离雷达站
h/2 的距离内产生的回波将收不到，称为盲区。
2、雷达气象方程（ 3.25 ）式，及对其的讨论。
要求掌握每项物理意义、各参数含义。
3
Pt G 2
1
1h 1 m 2 1 2
R
Pr 1024(ln 2) .
.
2
R2
. .
0.2 kdR
m2 (3.25)
2 Z .10
讨论： Pr
C Z.10
0 .2 kdR
0
R
R 2
◆气象因子的作用：
①目标物的后向散射特性 -- 粒子大小、形状、相态、温度等对散射的影响。
②波束路径上各种粒子对雷达波的衰减作用-- 大气、云、 雨滴、 冰雹等粒子在不同波长、 度时的衰减。
温
◆雷达参数的选择：
①发射功率： 增加 Pt ，可提高雷达探测能力和探测距离。
但增加 Pt 受技术和经济条件限制。
测距的限制常常不是
Pt 不足，而是由于地物阻挡和地球曲率的影响。
②波长λ ( 或振荡频率 f ): 同一目标物对不同波长的电磁波的散射和衰减特性有很大差别。
所以不同用途的气象雷达具有不同的波长。
③脉冲宽度 : 增加脉冲宽度， V 增大，有更多粒子产生的回波能同时到达天线，使
Pr 增大， 从而增大雷达探测能力。 但有两个缺点 : (1)
雷达距离分辨率 (h/2) 变低 ; 指空间径向上两 (2) 雷达盲区变大 : 离雷达站 h/2 的距离内。 个目标物在雷达屏幕上可区分的最小距离。
④天线增益 : 取决于天线口径面积：
增大 Ap 可以提高 G和减小波宽， 从而增大雷达探测能力
和探测的角分辨率。所以，天气雷达常采用较大的 Ap。但是如果 Ap 过大，转动性能、抗风能力和机动能力就差，制作和安装也困难。
⑤脉冲重复频率 (PRF) : PRF的选取决定了最大探测距离，
实际的 PRF选择取决于实际情况。
◆距离因子的作用：
①回波功率 Pr 与距离 R 的平方成反比，即同样强度的降水在远处要比近处弱的多
②最大不模糊距离
Rmax: Rmax
c 2PRF
PS：多普勒两难：
V
PRF 4
Rmax 是指在下一个脉冲发射出去之前，这个脉冲能向前走并返回雷达的
r max
最大不模糊距离：
最长距。
Rmax
c 2PRF
V
max
R
max
c 8
题目：
1. 波长为 5 厘米的天气雷达， 工作在 1000Hz 的脉冲重复频率下， 能否正确探测 180 公里处、
移速为 20 米 / 秒的雷暴系统？如果不能探测，会出现什么结果？（
20 分） 解： 150km;12.5m/s
所以波长为 5 厘米的天气雷达，工作在
1000Hz 的脉冲重复频率下，不能正确探测
（ 5 分）
180 公里 处、移速为 20 米 / 秒的雷暴系统，会有二次回波和速度模糊。 画图分析，在距离雷达
30Km出出现二次回波。 （2 分）
12.5m/s 区域突变成负的最大
（ 3 分）
若 20m/s 是远离雷达的径向速度， 在速度图上显示的正的最大
且渐变为负的 5m/s，表现为速度模糊现象，公式计算过程。
2. 为了正确测量 180 公里处、 移速为 15 米 / 秒的雷暴系统， 可否选用波长为 5 厘米的多普勒 天气雷达？如果再利用波长为10 厘米的多普勒天气雷达，请设定合适PRF。 （ Rmax*Vmax = 180 km * 15 m/s =2.7x106 m2/s, (
λ C)/8 = 0.05*3.0*108 /8
≈ 2*106
m2/s )
因为 Rmax*Vmax > (λ C)/8 ， 所以，不能正确测量
（如果学生回答采用双
PRF技术，则有
可能实现， 这时需要写出 PRF的具体数据）
第二问的具体求解过程：
(1) Rmax= C/ （ 2*PRF） > 180 k,m, (2) Vmax = ( λ *PRF)/4 > 15m/s
PRF < C/(2*180km) = 833 Hz PRF > （ 4*15m/s ） / λ = 600Hz
因此任意介于 600Hz 和 833Hz 之间的 PRF都符合要求。
可以设定 PRF为 800Hz。
3. 波长为 5 厘米的天气雷达， 工作在 1000Hz的脉冲重复频率下， 能否正确探测 180 公里处、
移速为 20 米 / 秒的雷暴系统？如果不能探测，会出现什么结果？（
20 分） 150km;12.5m/s
所以波长为 5 厘米的天气雷达，工作在
1000Hz 的脉冲重复频率下，不能正确探测
（ 5 分）
180 公里 处、移速为 20 米 / 秒的雷暴系统，会有二次回波和速度模糊。
画图分析，在距离雷达
30Km出出现二次回波。 （2 分）
12.5m/s 区域突变成负的最大
（ 3 分）
若 20m/s 是远离雷达的径向速度， 在速度图上显示的正的最大
且渐变为负的 5m/s，表现为速度模糊现象，公式计算过程。
四．折射
1、折射过程及形成折射的物理原因。 过程：电磁波在大气中曲线传播的现象。
物理原因：电磁波在不均匀介质中传播速度变化而引起的传输方向的改变。
2、曲率、地球等效半径、 M
K
d ds
=
dn dh
单位弧长倾角的变化 Rn
1
K
等效地球半径 R’m： h 高目标物的最大探测距离 Rmax，在真实地球和真实射线的情况下与假想的地球和直线传播的情况下相同，称这时假想的地球半径为等效地球半径
K
1
0
1
R 'm
R m dn
Rm R 'm
1R m dh 订正折射指数 M：设地球是平面，来订正大气折射指数。 3、曲率与折射指数随高度变化的关系。
n 1 10 6
N
A P T Be T
① N 值随 P， e 的增大而增大，随 ② 在实际大气中，一般
T 的减小而增大；
P、 T、 e 都随高度的增大而减小，但 P、 e 下降速度较快。所以 N
的垂直变化中 P、 e 起主导作用。也就是说 N 随高度升高而减小。即：
dN
0 or
dn dh
0
dh
③ 可见，以一定仰角发射的电磁波的传播路径一般是略微向地球表面弯曲的。 4、五种折射现象 , 超折射气象条件及意义
1 超折射时回波特点：
地物回波明显增多，且出现位置距离 明显增大。
RDA
2 如何区分地物回波与降水回波？ 与晴空日常地物回波分布对照， 时的地物回波；
区分超折射
◆超折射回波的气象意义：
辐射超折射： 发生大陆上晴朗的夜晚， 由于地面辐射使近地层迅速降温而形成辐射逆温。
特
别当地面潮湿时，水汽不能向上输送。
平流超折射：干暖的空气移到较冷的水面时。
雷暴超折射： 超折射发生在消散期， 强大的下沉气流造成逆温， 逆温又抑制了水汽的向上输送，形成超折射。
5、折射对雷达探测距离的影响。
探测距离较远时，雷达波束偏离地面，一些低目标物观测不到；
雷达气象学考试复习总结.doc
