多普勒天氣雷達原理與業(yè)務應用思考題070831

1、1多普勒天氣雷達主要由幾個部分構成？每個部分的主要功能是什么？、多普勒天氣雷達主要由 4個部分構成：雷達數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)( RDA),雷達產(chǎn)品生成子 系統(tǒng)(RPG),主用戶終端子系統(tǒng)(PUP)和連接它們的通信線路。RDA是數(shù)據(jù)采集單元，由發(fā)射機、天線、接收機和信號處理器。它的主要功能是產(chǎn)生 和發(fā)射射頻脈沖，接收目標物對這些脈沖的散射能量，并通過數(shù)字化形成基本數(shù)據(jù)。RPG是一個多功能的單元，它由寬帶通訊線路從 RDA接收數(shù)字化的基本數(shù)據(jù)，對其進 行處理和生成各種產(chǎn)品，并將產(chǎn)品通過窄帶通訊線路傳給用戶。RPG是控制整個雷達系統(tǒng)的指令中心。PUP的主要功能是獲取、存儲和顯示產(chǎn)品。2多普勒天氣雷達的應用

2、領域主要有哪些？多普勒天氣雷達的應用主要在于對災害性天氣， 特別是與風害和冰雹相伴隨的災害性天 氣的監(jiān)測和預警。它還可以進行較大范圍降水的定量估測， 獲取降水和降水云體的風場結構。 還有改善高分辨率數(shù)值天氣預報模式的初值場。3我國新一代天氣雷達主要采用的體掃模式有哪些？目前主要有4個：VCP11:5分鐘內(nèi)對14個具體仰角的掃描；VCP21 :6分鐘內(nèi)對9個具體仰角的掃描；VCP31 :10分鐘內(nèi)對5個具體仰角的掃描；VCP32 :使用短脈沖10分鐘內(nèi)對5個具體仰角的掃描。4天氣雷達有哪些固有的局限性？天氣雷達的主要局限性有三個：一是波束中心的高度隨距離的增加而增加，二是波束寬度隨距離的增加而展

3、寬，三是靜錐區(qū)的存在。前兩點使得雷達對遠距離的目標的探測能力降 低，第三點使得雷達對于非常近的目標物的探測能力受限。5給出雷達氣象方程的表達式，并解釋其中各項的意義。CCI 2- n PG 8中h K - 一 ， 一 一，、一Pr =t一 Z R :降水區(qū)的回波功率的時間平均值，即氣10 2(412)2 r2象目標的回波功率。Pt ：雷達發(fā)射的脈沖功率。G:天線增益。9中：水平、垂直波束寬m2 -1度。H:脈沖長度。入：波長。r：目標物到雷達天線的距離。Z：反射率因子。K=m1 ,m 2m：構成粒子介質(zhì)的復折射指數(shù)。6給出反射率因子在瑞利散射條件下的理論表達式，并說明其意義。單位體積內(nèi)粒子直徑

4、六次方之和，用Z表示。Z值的大小反映了氣象目標內(nèi)部降水粒子的尺度和數(shù)密度，常用來表示氣象目標的強度。單位 mm6/m3 7給出后向散射截面的定義式及其物理意義。設有一個理想散射體，其截面面積為b ,它能全部接收射到其上的電磁波能量，并均勻地向四周散射，若該理想散射體返回雷達天線處的能流密度，恰好等于同距離上實際散射體返回雷達天線的電磁波能流密度，則該理想散射體的截面面積b就稱為實際散射體的后向散射截面。后向散射截面是一個虛擬的面積，它可以用來定量地表示粒子后向散射能力SSs() = TSs(n):粒子后向散射到雷達天線處的能流密度，r：粒子離雷達天4 二r線的距離，Si：到達降水粒子的入射波能

5、流密度。由于實際粒子不是理想散射體，所以它的Ob表示，稱為標準后向散射截面不等于其幾何截面。后向散射截面與幾何截面的比值，用 化的后向散射截面。8什么是天氣雷達工作頻率？什么是天氣雷達脈沖重復頻率？發(fā)射機發(fā)射的脈沖振蕩頻率就是天氣雷達工作頻率，決定了發(fā)射脈沖的波長。每秒產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖的數(shù)目稱為天氣雷達脈沖重復頻率。9什么是波束的有效照射深度和有效照射體積？在徑向方向上，粒子的回波信號同時返回雷達天線的空間長度為h/2,稱為有效照射深度。在波束寬度0和范圍內(nèi)，粒子所產(chǎn)生的回波同時到達天線的空間體積，稱為有效照射體積。10 0 dBZ代表多少反射率因子單位？ 10dBz、30dBZ和40dBZ分別

6、代表多少反射率因子單位？dBZ=10*lg（Z/Z 0）, Zo=1 mm6/m31、0.1、1000、1000011何謂多普勒效應？多普勒雷達測量回波徑向速度的主要技術是什么？多普勒效應：當接收者或者接收器與能量源處于相對運動狀態(tài)時，能量到達接收者（器）時頻率的變化。多普勒速度信息是用脈沖處理方法得到的，用這種方法確定從一個給定的距離段相繼反射回來的兩個脈沖之間的相移。速度信息用三個步驟得到：（1）為了使對每個 0.25km的12什么叫距離折疊？什么叫速度模糊？最大不模糊距離和最大不模糊速度的表達式是什 么？多普勒兩難指的是什么？距離折疊是指雷達對產(chǎn)生雷達回波的目標物位置的一種錯誤；當目標位

7、于最大不模糊距離以外時，雷達卻把目標物顯示在Rmax以內(nèi)的某個位置。多普勒天氣雷達能夠測量的脈沖到下一個脈沖的最大相移上限是180° （兀），如果一個目標在兩個脈沖的時間間隔期間移動得太遠了，它的真實相移超過180。，那么雷達對此目標的速度的第一猜測值是不正確的，就是速度模糊。最大不模糊距離 Rmax=CT/2=C/（2*PRF） 最大不模糊速度 Vmax=入*PRF/4PRF:脈沖重復頻率由于Rmax與PRF成反比，而Vmax與PRF成正比，因此不存在一個單一的脈沖重復頻率 能夠使Rmax與Vmax都比較大。這通常稱為“多普勒兩難”。13 0.5度仰角，Rmax=460km和7.5

8、仰角，Rmax=115 km時為什么不大可能產(chǎn)生距離折疊？Sin0.5=0.0087, 460km 處高度 H=16+4km , sin7.5=0.13, 115 km 處高度 H=1+15km14地物雜波有哪幾種？抑制地物雜波的主要思路是什么？普通地物雜波：雷達波束正常傳播情況下，由高大建筑和地形造成的。異常地物雜波： 在特殊氣象條件下雷達波束的超折射造成的地物雜波。利用多普勒功率譜可以對基數(shù)據(jù)進行分析。對特定的距離庫，其系列脈沖回波的功率和速度有所不同。通過檢驗每一個距離庫回波的多普勒功率譜，可以區(qū)別氣象信號和雜波信號。雜波信號具有較高的回波功率，徑向速度以零為中心分布，譜寬很窄；氣象信號

9、具有時間變化的回波功率，徑向速度很少以零為中心分布。15指出超折射在雷達回波圖上的特點。出現(xiàn)超折射表明當時的大氣狀況怎樣？發(fā)生超折射時，雷達回波圖上的地物回波顯著增多、增強。在平顯上，常常是一些呈輻轅狀排列的短線，當強度較大時，這些短線狀的回波相互彌合成片狀。出現(xiàn)超折射表明當時大氣氣溫向上遞增，同時水氣壓向上迅速遞減， 即出現(xiàn)暖干蓋大氣 層結。16速度退模糊算法的主要思路是什么？CINRAR-SA 雷達速度退模糊算法的主要步驟是哪幾步？基于連續(xù)性原則，將每個速度初猜值與它的周圍的相臨速度值相比較。如果一個速度 初猜值與它的周圍顯著不同，則采取算法，試圖用另一個可能的值去替代那個速度初猜值。1）

10、徑向連續(xù)性檢查；2）九點平均；3）擴展搜索；4）環(huán)境風表17 Rmax = 300km,雷達波長5厘米，Vrmax應是多少？若雷達波長10厘米，V.max是多少？Rmax=C/2PRFVr max=C M6Rmax 狂5cm : Vr max=8.3m/S； 狂10cm : V r max=16.7m/S；V r max=犬 PRF /418如果一個模糊的徑向速度值是45節(jié)，它的鄰近值是-55節(jié)，最大徑向速度是 60節(jié)，那么這個徑向速度的最可能值是什么？65節(jié)19對流風暴分為哪幾種類型？普通單體、多單體，線風暴（颶線），超級單體20雷暴產(chǎn)生的環(huán)境條件主要有哪些？熱力不穩(wěn)定，垂直風切變，水汽條件

11、，抬升條件。21垂直風切變對雷暴發(fā)展的主要作用是什么？垂直風切變對對流性風暴組織和特征的影響最大。一般，在一定的熱力不穩(wěn)定條件下，垂直風切變的增強將導致雷暴進一步發(fā)展。1）使上升氣流傾斜，上升氣流中的降水質(zhì)點能夠脫離上升氣流，不會因為拖曳作用減弱上升氣流的浮力。2）增強中層干冷空氣的吸入，加強風暴中的下沉氣流和低層冷空氣外流。再通過強迫抬升使得流入的暖濕氣流更強烈地上升，從而加強對流。22雷達單體生命史分為哪幾個階段？每個階段的主要特征是什么？塔狀積云階段、成熟階段、消亡階段。上升氣流，初始回波水平尺度1KM左右，垂直尺度略大，回波頂通常在-4-16度之間，回波底在0度附近；回波同時向上下增長

12、，但不接地，最強回波在云體中上部。上升氣流和下沉氣流共存，回波開始接地23給出中氣旋的定義凡滿足下列判據(jù)的小尺度渦旋即為中氣旋：（1）核區(qū)直徑小于等于10KM ,轉動速度（|Vmax|+|Vmin| ） /2超過相應數(shù)值；（2）垂直延伸厚度大于等于 3KM ,大小在10KM左右; （3）前兩個指標都滿足的持續(xù)時間至少為兩個體掃描，約12分鐘生命史；（4）核區(qū)的徑向速度隨半徑的增大而增強，過了中氣旋核區(qū)后隨著距離的增大而減小。24給出超級單體風暴的定義。經(jīng)典超級單體風暴反射率因子回波的主要特征是什么？一個孤立的強對流單體， 上升氣流強且有旋轉， 具有特殊結構的風暴。 在PPI上有“鉤” 狀回波，

13、在RHI上有弱回波“穹窿”、“回波墻”、“懸掛"回波。強度大于 55dBZ,生命史 大于45分鐘。25給出下列小尺度流場特征的雷達徑向速度示意圖：1）輻合+氣旋式旋轉；2）輻散+氣旋式旋轉。26強對流天氣指的是哪些天氣?龍卷、下?lián)舯┝?、冰雹、暴雨、雷?7強冰雹的主要雷達識別判據(jù)有哪些？回波強度最大值及所在高度（-20 C以上），有界弱回波區(qū)或弱回波區(qū)區(qū)域大?。ù螅怪币簯B(tài)含水量，風暴頂輻散，“火焰”回波或“雹釘”28雷暴大風的主要雷達回波特征有哪些？積云發(fā)展過程中，只要對流發(fā)展較旺盛，由于相對強的上升氣流和下沉氣流，地面總會出現(xiàn)短時間的強降水和強陣風。冰雹云、多單體風暴、超級單體

14、風暴總會出現(xiàn)雷暴大風。確定是對流性回波后，從強度、回波塊面積及回波體高度來分析?；夭斕帨囟?22.4 C為界29龍卷預警的主要思路是什么？天氣背景分析雷達數(shù)據(jù)分析：反射率因子 +冰雹指數(shù)+中氣旋產(chǎn)品等，確定可能的強風暴區(qū)；對每個 可能的強對流風暴，分析垂直剖面，垂直風切變、中氣旋。30給出你認為比較重要的 8個雷達導出產(chǎn)品.組合反射率因子、垂直累積液態(tài)含水量、分層組合反射率因子、回波頂、冰雹指數(shù)、 一小時累積雨量、組合切變、中氣旋。31何謂脈沖風暴，其演變的主要特征是什么？可產(chǎn)生哪幾種強對流天氣？在弱垂直風切變環(huán)境中產(chǎn)生的對流較強的單體風暴。下?lián)舯┝?、冰雹、弱龍卷?2有利于雷暴大風產(chǎn)生的環(huán)

15、境條件是什么？33有利于強冰雹產(chǎn)生的環(huán)境條件是什么？大的對流有效位能 CAPE和較大的垂直風切變34龍卷的級別是如何劃分的？用最大風速和造成的損害強度劃分，即F等級，F(xiàn)0F5。FPP等級，由最大風速、路徑長度、路徑寬度這三個參數(shù)確定。35多普勒天氣雷達能為短時強降水預報提供哪些線索？反射率因子：降水范圍、系統(tǒng)類型和演變趨勢（移向和強度變化）回波產(chǎn)品：降水強度分布，降水量分布徑向速度： 降水區(qū)移向和移動速度，識別輻合線、切變和氣旋，低空急流等。36 CINRAD-SA雷達降水算法主要分哪幾個步驟？降水檢測、雨量計數(shù)據(jù)獲取、反射率因子預處理、降水率轉換、降水累加、利用的數(shù)據(jù)對估測值進行訂正、生成產(chǎn)

16、品。37雷達降水估計誤差主要來自哪些方面？（1） Z值估計錯誤：地物雜波；非正常傳播（超折射）；波束部分充塞，使 Z值下降;濕的天線罩。（2） Z-R關系誤差：滴譜分布的變化；混合型降水與亮帶。（3）位于波束以下的影響帶來的誤差：強水平風；雷達下面的蒸發(fā)；在雷達下的合并。38下圖中是否有速度模糊出現(xiàn)？估計圖中向著雷達的徑向速度大約是多少？Usee Velocity (V27)Rang?: 230 kmResolution: 1.00 kmDaw： Teine H6 in rima: 11:39:53 ROA. £hou5han (580 Height: 43S.3 m Lat: 30

17、/ 4,8 N Long 122/ 6/32 F Mode: PrecipitationVCP 21Cntr: 263deg 116kmEIhv - I.SdcgMai: -27m/s 27 mFF 0 5012 2 1139下圖中為 C波段雷達的圖像，其中與雷達東北偏東方向強回波對應的“V”形缺口是由什么造成的？該" V'形缺口的出現(xiàn)可以指示哪種強對流天氣？VCPBEdBZBase Roflactivity (R19)Raiqe: 200 kmResnlufian 0 fUlf) kmDate: 2006 07 27Time: 07:27:25RDA. EEDS (477)

18、Height; 57rsmLal: 3融電 1 N Long: 110/ 30 E Mode: Precipilation50km 30deg/ Polar:IPolar: 25km 3口dwg40請根據(jù)下圖判斷雷達上空風隨高度變化的主要特征Ra»e VldEily (V26) 口an”： 115 km Rvselulion 0 50 km Oylir 2006 08 29 Tim機 16:09:57 POA 恭城(MS) Haight 26.4 m La1 33/25/65 N Long 12cxM f t Modw: PrecipvlaliiciiiVCF:21 Cnlr: Udeg DkmElev =WaK- -32m/s 30 m/s41判斷箭頭附近是否存在中氣旋。另外算法識別出一個龍卷渦旋特征TVS （右下圖R3）,評論算法的表現(xiàn)。Kin HRflHElwily 用財中2期ko 的Him詞ri I .DO hm XOTfff U? hma H1:Q1 IS WEIA .1卜 IMI|hl 1叫修 Lii:重古力I N L«