氣象雷達（專(zhuān)門(mén)用于大氣探測的雷達）
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這段文本主要講述了氣象雷達的用途和類(lèi)型。氣象雷達是一種用于大氣探測的雷達，通常用于警戒和預報中、小尺度天氣系統，如臺風(fēng)和暴雨云系。常規雷達裝置由定向天線(xiàn)、發(fā)射機、接收機、天線(xiàn)控制器和顯示器等組成。與無(wú)線(xiàn)電探空儀配套使用的高空風(fēng)測風(fēng)雷達不屬于此類(lèi)雷達，它是一種專(zhuān)門(mén)用于定位氣球的設備。氣象雷達
專(zhuān)門(mén)用于大氣探測的雷達
氣象雷達,是專(zhuān)門(mén)用于大氣探測的雷達。屬于主動(dòng)式微波大氣遙感設備。與無(wú)線(xiàn)電探空儀配套使用的高空風(fēng)測風(fēng)雷達，只是一種對位移氣球定位的專(zhuān)門(mén)設備，一般不算作此類(lèi)雷達。氣象雷達是用于警戒和預報中、小尺度天氣系統（如臺風(fēng)和暴雨云系）的主要探測工具之一。常規雷達裝置大體上由定向天線(xiàn)、發(fā)射機、接收機、天線(xiàn)控制器、顯示器和照相裝置、電子計算機和圖象傳輸等部分組成。氣象雷達是氣象監測的重要手段，在突發(fā)性、災害性的監測、預報和警報中具有極為重要的作用，
基本信息
中文名
氣象雷達
外文名
meteorological radar
應用學(xué)科
大氣科學(xué)；大氣探測
用途
探測氣象要素、現象的雷達
基本概況
氣象雷達
工作在30～3000兆赫頻段的氣象多普勒雷達。一般具有很高的探測靈敏度。因探測高度范圍可達1～100公里，所以又稱(chēng)為中層-平流層-對流層雷達（MST radar）。它主要用于探測晴空大氣的風(fēng)、大氣湍流和大氣穩定度（見(jiàn)大氣靜力穩定度）等大氣動(dòng)力學(xué)參數的鉛直分布。
氣象雷達使用的無(wú)線(xiàn)電波長(cháng)范圍很寬，從1厘米到1000厘米。它們常被劃分成不同的波段，以表示雷達的主要功能。氣象雷達常用的1、3、5、10和20厘米波長(cháng)各對應于K波段（波長(cháng)0.75～2.4厘米）、X波段（波長(cháng)2.4～3.75厘米）、C波段（波長(cháng)3.75～7.5厘米）、S波段（波長(cháng)7.5～15厘米）和L波段（波長(cháng)15～30厘米），超高頻和甚高頻雷達的波長(cháng)范圍分別為10～100厘米和100～1000厘米。雷達探測大氣目標的性能和其工作波長(cháng)密切有關(guān)。把云雨粒子對無(wú)線(xiàn)電波的散射和吸收結合起來(lái)考慮，各種波段只有一定的適用范圍。常用K波段雷達探測各種不產(chǎn)生降水的云，用X、C和S波段雷達探測降水，其中S波段最適用于探測暴雨和冰雹，用高靈敏度的超高頻和甚高頻雷達可以探測對流層－平流層-中層的晴空流場(chǎng)。
發(fā)展簡(jiǎn)史
氣象雷達屬于雷達領(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、數字到以美國NEXRAD為代表的新一代氣象雷達三個(gè)發(fā)展階段。
第二次世界大戰前雷達用于軍事目的。當時(shí)云、雨等氣象目標的回波被作為干擾看待。1941年在英國最早使用雷達探測風(fēng)暴。1942～1943年，美國麻省理工學(xué)院專(zhuān)門(mén)設計了為氣象目的使用的雷達。在氣象雷達發(fā)展初期，一般都靠手工操作，回波資料只能作定性分析。60年代采用了多普勒技術(shù)，氣象多普勒雷達具有對大氣流場(chǎng)結構的定量探測能力；常規雷達的數字顯示和彩色顯示也相繼出現。
70年代，除聯(lián)合使用多部多普勒雷達外，又相繼發(fā)展了大功率高靈敏度的甚高頻和超高頻多普勒雷達和具有多普勒性能的高分辨率調頻連續波雷達；在雷達結構上，廣泛采用了集成電路，配備有小型或微型電子計算機，使氣象雷達能對探測資料進(jìn)行實(shí)時(shí)數字處理和數字化遠距離傳輸；有的天氣雷達已能按照預先編好的程序，由電子計算機操縱觀(guān)測，并逐步向自動(dòng)化觀(guān)測網(wǎng)的方向發(fā)展。
80年代以后，在多普勒雷達的基礎上，科羅拉多州立大學(xué)電子工程系的教授提出了偏振氣象雷達的思想，為大氣雷達探測，已經(jīng)氣象資料分析提供了一個(gè)更為先進(jìn)的平臺。偏振多普勒雷達參數為分析雨滴等降水信息分布，以及降雨形狀分布提供了更為精確的信息。科羅拉多州立大學(xué)的CSU-CHILL雷達也是世界上該領(lǐng)域最為先進(jìn)的天氣雷達，CSU-CHILL是美國國家天氣雷達設備，由NSF提供資金，科羅拉多州立大學(xué)負責。
組成
在控制面板上可以選擇雷達的工作方式，顯示距離范圍，掃描區域，設置增益等各項功能。俯仰角控制開(kāi)關(guān)可調節天線(xiàn)在±15°內的俯仰變化，以便天線(xiàn)在適當的角度進(jìn)行掃描。增益控制開(kāi)關(guān)可以調節接收器的靈敏度，接收器的自動(dòng)(CAL位)靈敏度因雷達系統的不同而不同。穩定控制開(kāi)關(guān)用于控制天線(xiàn)的穩定性，當飛機有俯仰、傾斜動(dòng)作時(shí)，通過(guò)R/T提供的補償信號控制天線(xiàn)，使其保持在選定的俯仰位置。識別控制開(kāi)關(guān)是為了消除地面的雜波，使得對目標的探測更為準確。
現在飛機的氣象雷達信息一般都顯示在EFIS而不再用單獨的雷達顯示器。除可顯示目標的強度及位置信息外，還可以顯示各種文字信息、輔助信息及系統狀態(tài)等。用不同的顏色直觀(guān)的表示出氣象信息的強弱，以極坐標的方式表示出探測的目標的距離及方位，通過(guò)距離標志圈可讀出其數值。
天線(xiàn)主要作用是輻射和接收回波，同時(shí)還要進(jìn)行方位掃略與俯仰、傾斜穩定，氣象雷達天線(xiàn)組安裝于飛機前端的雷達罩內，天線(xiàn)的方向性越強，雷達的作用距離越遠，測向精度和分辨率也越高。雷達發(fā)射機所產(chǎn)生的脈沖射頻信號，由雷達天線(xiàn)匯聚成束后向空中某一方向輻射出去。雷達天線(xiàn)指向空間某一方向，而此時(shí)只有在這一方向的目標才會(huì )被雷達波束照射到，從而產(chǎn)生相應的回波信號而被雷達所探測，其他方位的目標，由于不可能被雷達信號照射到，所以在這一瞬間是不會(huì )產(chǎn)生回波。為了探測飛機航路前方及其左右兩側的氣象情況，氣象雷達天線(xiàn)在一定范圍內進(jìn)行往復方位掃掠。通過(guò)天線(xiàn)的周期性方位掃掠，雷達就可以探測這一方位范圍內被波束所依次照射到的目標。
收發(fā)機是該系統的核心部件，發(fā)射機產(chǎn)生具有足夠功率的周期性的矩形脈沖射頻信號，而接收機則是提取所需的回波信號并將其轉換為數據傳輸給顯示器。雷達收發(fā)組總是安裝在靠近天線(xiàn)的位置，比如前設備艙或雷達罩內，以盡可能減少連接波導的長(cháng)度。接收機和發(fā)射機是共用一部天線(xiàn)工作的，信號的發(fā)射與回波信號的接收交替進(jìn)行。雷達發(fā)射機在極短時(shí)間中產(chǎn)生的功率強大的脈沖信號，通過(guò)天線(xiàn)輻射出去。在這短短的幾微秒內，雷達接收機的輸入端是關(guān)閉的，沒(méi)有與天線(xiàn)連通。當發(fā)射過(guò)程結束后，雷達便工作于接收狀態(tài)，此時(shí)天線(xiàn)與接收機輸入端相連接，不同距離處目標所產(chǎn)生的回波信號由天線(xiàn)接收而加至接收機進(jìn)行復雜的處理。
工作原理
氣象雷達是通過(guò)目標對雷達波的反射來(lái)確定目標的位置和特性的。物體導電性好，對雷達波的反射能力越強，反射面積越大，反射能量越高，物體的幾何尺寸與波長(cháng)相差很大時(shí)反射的能量變得非常微弱，而當反射面的直徑可與波長(cháng)相比擬時(shí)，反射回來(lái)的能量會(huì )明顯升高。常用的雷達一般工作頻率為200~10000MHz，這主要取決于雷達的用途和性能，而且必須在國際電信聯(lián)盟所指定的頻段內，目前航空公司一般選用X波段的機載氣象雷達。
3.1距離測定
氣象雷達發(fā)射的電磁波是以光速c在空中向前傳播，通過(guò)測量所接收到的目標回波信號與發(fā)射脈沖之間的時(shí)間間隔t，可以算出目標相對于飛機的距離L=ct/2。它的距離分辨力決定于脈沖的寬度，要提高區分近距離目標的能力，必須使用較窄的脈沖寬度。
3.2方位測定
它是通過(guò)測定雷達天線(xiàn)波束軸的瞬時(shí)方位來(lái)確定目標方位的。雷達天線(xiàn)所形成的輻射波束是寬度很窄的圓錐形波束，當天線(xiàn)指向某一方位時(shí)只有該方位的目標回波才能被雷達所接收，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方位，就可以確定目標的實(shí)際方位。雷達的方位分辨能力取決于天線(xiàn)水平面內的波束寬度，天線(xiàn)波束在水平面內的寬度越窄，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(xiàn)陣。
3.3降水探測
雖然雨、冰雹和雪都屬于導電的水物質(zhì)，氣象雷達可以探測雨滴或濕的冰雹，卻無(wú)法探測云、霧、干燥的冰雹、冰晶或雪。含水物質(zhì)對于雷達發(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，只要在雷達監測的范圍內，且具有一定的直徑和密度的降雨區域均能產(chǎn)生有效的回波，從而被氣象雷達檢測出來(lái)。反射回的信號強弱與目標含水量有關(guān)，接收器接收到信號就可分析目標的性質(zhì)和強弱，并在顯示器是用不同的顏色表示。
3.4湍流檢測
湍流是指在一定的空域中急速且多變的運動(dòng)氣流，它會(huì )使進(jìn)入其中的飛機產(chǎn)生顛簸甚至對飛機結構造成破壞。暴雨區域常伴有湍流，其危害不言而喻。對湍流的檢測是基于多普勒原理實(shí)現的，多普勒頻移與相對速度的偏差成正比f(wàn)=2v/λ。接收機將所接收到的信號的多普勒頻譜寬度與規定的門(mén)限值作比較，如果大于規定值，就判斷目標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(wú)法被探測和顯示的。
3.5檢測
風(fēng)切變是指在一個(gè)較小的區域內，風(fēng)向和風(fēng)速突然發(fā)生改變。風(fēng)切變是導致飛行事故的重要因素，特別是低空風(fēng)切變對飛機起飛和著(zhù)陸安全威脅巨大，不僅能使飛機航跡偏離，而且會(huì )破壞飛機的穩定性。切變檢測方法和湍流基本相同，雷達根據風(fēng)切變區域產(chǎn)生的回波的多普勒頻移的頻譜特征來(lái)實(shí)現前視風(fēng)切變檢測的。氣象雷達并不能保證檢測出所有的危險天氣區域，所以決不能把雷達的顯示圖像作為危險氣象和地形的依據，對于探測出的危險應選擇避讓而不是穿越那些區域。在選擇探測范圍時(shí)不應過(guò)小，那會(huì )使飛機進(jìn)入盲區而無(wú)法感知危險，同時(shí)距離過(guò)近也會(huì )造成沒(méi)有安全距離來(lái)避開(kāi)已臨近的惡劣氣象，從而發(fā)生危險。
種類(lèi)劃分
主要的氣象雷達有：
測云雷達是用來(lái)探測未形成降水的云層高度、厚度以及云內物理特性的雷達。其常用的波長(cháng)為1.25厘米或0.86厘米。工作原理和測雨雷達相同，主要用來(lái)探測云頂、云底的高度。如空中出現多層云時(shí)，還能測出各層的高度。由于云粒子比降水粒子小，測云雷達的工作波長(cháng)較短。測云雷達只能探測云比較少的高層云和中層云。對于含水量較大的低層云，如積雨云、冰雹等，測云雷達的波束難以穿透，因而只能用測雨雷達探測。
測雨雷達：又稱(chēng)天氣雷達，是利用雨滴、云狀滴、冰晶、雪花等對電磁波的散射作用來(lái)探測大氣中的降水或云中大滴的濃度、分布、移動(dòng)和演變，了解天氣系統的結構和特征。測雨雷達能探測臺風(fēng)、局部地區強風(fēng)暴、冰雹、暴雨和強對流云體等，并能監視天氣的變化。
測風(fēng)雷達：用來(lái)探測高空不同大氣層的水平風(fēng)向、風(fēng)速以及氣壓、溫度、濕度等氣象要素。測風(fēng)雷達的探測方式一般都是利用跟蹤掛在氣球上的反射靶或應答器，不斷對氣球進(jìn)行定位。根據氣球單位時(shí)間內的位移，就能定出不同大氣層水平風(fēng)向和風(fēng)速。在氣球上同時(shí)掛有探空儀，遙測高空的氣壓、溫度和濕度。
圓極化雷達：一般的氣象雷達發(fā)射的是水平極化波或垂直極化波，而圓極化雷達發(fā)射的是圓極化波。雷達發(fā)射圓極化波時(shí)，球形雨滴的回波將是向相反方向旋轉的圓極化波，而非球形大粒子（如冰雹）對圓極化波會(huì )引起退極化作用，利用非球形冰雹的退極化性質(zhì)的回波特征，圓極化雷達可用來(lái)識別風(fēng)暴中有無(wú)冰雹存在。
甚高頻和超高頻多普勒雷達：利用對流層、平流層大氣折射率的不均勻結構和中層大氣自由電子的散射，探測1～100公里高度晴空大氣中的水平風(fēng)廓線(xiàn)、鉛直氣流廓線(xiàn)、大氣湍流參數、大氣穩定層結和大氣波動(dòng)等的雷達。
在研究試驗的雷達中還有雙波長(cháng)雷達和機載多普勒雷達等。70年代以來(lái)，利用一個(gè)運動(dòng)著(zhù)的小天線(xiàn)來(lái)等效許多靜止的小天線(xiàn)所合成的一個(gè)大天線(xiàn)的合成孔徑雷達的新發(fā)展，必將加速機載多普勒雷達今后的發(fā)展進(jìn)程。機載多普勒雷達的機動(dòng)性很強，可以用來(lái)取得分辨率很高的對流風(fēng)暴的多普勒速度分布圖。
作用
氣象雷達主要用于探測氣象狀況以及變化趨勢，目前已廣泛應用于天氣預報以及農業(yè)、水文、林業(yè)、交通、能源、海洋、航空、航天、國防、建筑、旅游、醫療等領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)氣象服務(wù)。它是人們?yōu)榉婪稓庀箫L(fēng)險，保障飛行安全而研制的航空電子產(chǎn)品。它是利用電磁波經(jīng)過(guò)天線(xiàn)輻射后遇到障礙物被反射回來(lái)的原理，目標的導電系數越高，反射面越大，則回波越強。它能夠在飛行中連續地向飛行員提供航路前方及其兩側的氣象狀況，此外還提供飛機前方地表特征的地圖型顯示，飛行員可據此選擇安全的航線(xiàn)，避繞危險的氣象區域或其它障礙物，識別地標以及判斷飛機的位置。
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這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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