講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究

1、風(fēng)廓線雷達(dá)介紹魏鳴-4-9講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第1頁主要內(nèi)容1 風(fēng)廓線雷達(dá)概述2 探測原理3 風(fēng)速計(jì)算方法4 風(fēng)廓線雷達(dá)應(yīng)用目標(biāo)掌握風(fēng)廓線雷達(dá)探測原理了解風(fēng)廓線雷達(dá)應(yīng)用現(xiàn)實(shí)狀況講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第2頁1 風(fēng)廓線雷達(dá)概述講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第3頁風(fēng)廓線雷達(dá) (wind profiler radar，WPR) 是利用大氣湍流對電磁波散射作用進(jìn)行大氣風(fēng)場等物理量探測遙感設(shè)備。風(fēng)廓線雷達(dá)常被稱為風(fēng)廓線儀，但從硬件系統(tǒng)技術(shù)體制上它應(yīng)該屬于當(dāng)代雷達(dá)一個(gè)。風(fēng)廓線雷達(dá)探測主要對象是晴空或多云大氣，對降水天氣也有一定探測能力1.1 風(fēng)廓線雷達(dá)探測內(nèi)容講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第4頁 風(fēng)廓線雷達(dá)發(fā)射電磁波在大

2、氣中傳輸過程中，因?yàn)榇髿庹凵渎士臻g不均勻分布而產(chǎn)生散射，其后向散射能量被風(fēng)廓線雷達(dá)所接收，能實(shí)時(shí)提供大氣三維風(fēng)場信息。 增加無線電聲學(xué)探測系統(tǒng)（RASS），與微波輻射儀或GPS/MET水汽監(jiān)測系統(tǒng)配合，可實(shí)現(xiàn)對大氣風(fēng)、溫、濕等要素連續(xù)遙感探測，是一個(gè)新高空大氣探測系統(tǒng)。 講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第5頁多普勒天氣雷達(dá)探測不足以降水粒子為示蹤物對于無降水粒子大氣，測不出大氣流場 講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第6頁風(fēng)廓線雷達(dá)探測優(yōu)勢以大氣折射指數(shù)起伏（湍流塊）為示蹤物能夠測量從邊界層到中層大氣流場對于較長波長雷達(dá)，在有云或小雨天氣仍可觀察講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第7頁填補(bǔ)常規(guī)高空探測網(wǎng)在時(shí)空密度上不足；天氣系

3、統(tǒng)識(shí)別；中小尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測；降低數(shù)值預(yù)報(bào)模式中對短時(shí)風(fēng)場預(yù)報(bào)誤差。風(fēng)廓線雷達(dá)監(jiān)測網(wǎng)將有利于：講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第8頁1.2 國外風(fēng)廓線雷達(dá)進(jìn)展1950和1960 年代：位于地面雷達(dá)能夠經(jīng)過探測晴空湍流后向散射信號(hào)，測量包含風(fēng)速在內(nèi)一些大氣參數(shù)。1974年，建立觀察高層大氣風(fēng)風(fēng)廓線雷達(dá)模型。1986年，美國海洋大氣管理局（NOAA）率先在美國中部布設(shè)包含 31部風(fēng)廓線雷達(dá)觀察網(wǎng)，并在1992年最終完成了NPN（NOAA Profiler Network, NOAA風(fēng)廓線網(wǎng)）。1987年，歐盟委員會(huì) COST74 項(xiàng)目（ COST 表示由歐盟委員會(huì)支持歐洲國家間協(xié)調(diào)開展科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域合作研究

4、項(xiàng)目）開始支持風(fēng)廓線雷達(dá)開發(fā)和利用。1988年，日本氣象廳（JMA）下屬氣象研究所建造了一臺(tái)UHF風(fēng)廓線雷達(dá)1994年，歐盟委員會(huì) COST76 項(xiàng)目繼續(xù)給予支持。，日本氣象廳完成了25部風(fēng)廓線雷達(dá)所組成業(yè)務(wù)網(wǎng)WINDAS。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第9頁講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第10頁國外風(fēng)廓線雷達(dá)探測網(wǎng)日本W(wǎng)INDAS探測網(wǎng)美國NPN探測網(wǎng)歐洲WINPROF計(jì)劃講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第11頁美國NPN(35部對流層)，間隔200公里，每個(gè)站配有一套GPS水汽監(jiān)測系統(tǒng)。CAP(60多部各種型號(hào))，由35個(gè)部門建設(shè)風(fēng)廓線雷達(dá)組成。探測數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)信息一起被發(fā)送到位于Bloulder風(fēng)廓線雷達(dá)控制中

5、（PCC）。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量控制，每小時(shí)平均風(fēng)數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算后發(fā)送給NOAA風(fēng)廓線雷達(dá)網(wǎng)（NPN）用戶 講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第12頁理論研究和實(shí)際使用結(jié)果都表明NOAA風(fēng)廓線雷達(dá)網(wǎng)對于天氣預(yù)報(bào)含有很主要價(jià)值，尤其是監(jiān)測墨西哥灣水汽輸送過程中低空急流。NOAA風(fēng)廓線雷達(dá)網(wǎng)數(shù)據(jù)對于預(yù)測這種低空急流引發(fā)夜間雷暴非常主要。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第13頁日本W(wǎng)INDAS(31部1.3G風(fēng)廓線雷達(dá))，間隔130公里。經(jīng)過臺(tái)站級(jí)處理10分鐘平均風(fēng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤L(fēng)廓線雷達(dá)控制中心，經(jīng)過深入一致性檢驗(yàn)后用于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)。WINDAS用于預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)、梅雨和中緯度低壓引發(fā)強(qiáng)降水。 講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第14

6、頁歐洲已經(jīng)有約28部風(fēng)廓線雷達(dá)投入運(yùn)行，并將資料發(fā)送給英國氣象局，并經(jīng)過因特網(wǎng)實(shí)時(shí)顯示取得探測數(shù)據(jù)。歐洲風(fēng)廓線雷達(dá)網(wǎng)采取頻段包含50MHz、400MHz及1000MHz。 講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第15頁 當(dāng)前國內(nèi)風(fēng)廓線雷達(dá)技術(shù)已趨于成熟，有能力立足于國內(nèi)技術(shù)組建適宜氣象業(yè)務(wù)需求風(fēng)廓線雷達(dá)網(wǎng)。 我國高空探測系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃（1996-）提出“逐步發(fā)展風(fēng)廓線雷達(dá)和GPS探測系統(tǒng)”，“在中尺度天氣監(jiān)測預(yù)報(bào)服務(wù)基地優(yōu)先布設(shè)風(fēng)廓線雷達(dá)，風(fēng)廓線雷達(dá)宜安插在常規(guī)探空測站之間或天氣改變敏感區(qū)；風(fēng)廓線雷達(dá)站間距以200-250公里為宜，建立風(fēng)廓線雷達(dá)探測網(wǎng)” 。1.3 國內(nèi)風(fēng)廓線雷達(dá)發(fā)展現(xiàn)實(shí)狀況講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研

7、究第16頁張北唐山南郊延慶密云海淀我國從開始建設(shè)風(fēng)廓線雷達(dá)網(wǎng)。 當(dāng)前國內(nèi)約布設(shè)了十四部。北京及其周圍地域風(fēng)廓線雷達(dá)示范網(wǎng)已初具規(guī)模。計(jì)劃在年前再完成30部風(fēng)廓線雷達(dá)建設(shè)。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第17頁高對流層風(fēng)廓線雷達(dá)低對流層風(fēng)廓線雷達(dá)邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)中電集團(tuán)14所OGLC-24CLC-8航天科工集團(tuán)二院23所CFL-16CFL-08CFL-03B安徽四創(chuàng)電子股份有限企業(yè)OSCRTWP-01K/LLX802 愛爾達(dá)企業(yè)Airda16000Airda8000Airda3000敏視達(dá)雷達(dá)有限企業(yè)OTWP8O講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第18頁GLC-24 （14所）Troposphere Wind Pr

8、ofiler II講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第19頁CFL-16 （23所）Troposphere Wind Profiler I講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第20頁Virtual TemperatureCFL-08 （23所）Troposphere Wind Profiler II講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第21頁CFL-03B （23所）Boundary Layer Wind Profiler 講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第22頁SCRTWP-01 （四創(chuàng)） Troposphere Wind profiler講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第23頁K/LLX802 （四創(chuàng)）Boundary Layer Wind pro

9、filer講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第24頁Airda 3000 （愛爾達(dá)）Boundary Layer Windprofiler講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第25頁TWP8 （敏視達(dá)）Troposphere Windprofiler講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第26頁自動(dòng)化程度較高；全天候無人值守地長久連續(xù)運(yùn)行；較高可靠性和穩(wěn)定性；探測資料種類多，分辨率高，精度高； 1.4 風(fēng)廓線雷達(dá)探測優(yōu)勢講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第27頁2 風(fēng)廓線雷達(dá)探測原理講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第28頁Bragg散射折射率空間分布周期性改變引發(fā)對相同波長電磁波造成散射。大氣中湍流活動(dòng)造成折射率空間漲落，也稱作湍流散射；Fresnal散射

10、折射率梯度很大水平層狀結(jié)構(gòu)上對電磁波反射;Thomson散射電離層中大量自由電子對入射電磁波散射。 2.1 晴空電磁波散射講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第29頁湍流散射（Bragg散射）探測原理Cn為大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)，M是水平折射率垂直梯度，L0是湍流外尺度Bragg散射-在彈性散射(elastic scattering)中， 入射光能量沒有損耗,但入射光傳輸方向發(fā)生改變。 當(dāng)入射光波長與散射目標(biāo)直徑靠近時(shí),為布拉格散射 (Bragg scattering);布拉格父子19共同獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)：William Henry Bragg & William Lawrence Bragg； 當(dāng)入射光波久遠(yuǎn)

11、大于散射目標(biāo)直徑時(shí),為雷利散射 (Rayleigh scattering). 講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第30頁RASS（無線電聲探測）系統(tǒng)發(fā)射頻率：404、449MHz,波長：74cm發(fā)射脈寬：3.3(低),20(高)s數(shù)據(jù)處理：128點(diǎn)FFT天線面積：144m2聲波頻率：850900Hz(37cm)測溫原理：靜止大氣，聲波徑向速度Vs:A僅依賴于相對濕度，其對徑向速度貢獻(xiàn)小于1m/s講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第31頁2.2 風(fēng)廓線雷達(dá)分類 依據(jù)大氣湍流散射理論，對雷達(dá)發(fā)射電磁波能夠產(chǎn)生有效后向散射湍流渦旋尺度等于雷達(dá)波長二分之一。在風(fēng)廓線雷達(dá)探測高度確定之后，風(fēng)廓線雷達(dá)可使用工作頻段也就隨之確定。

12、即探測高度到達(dá)對流層以上風(fēng)廓線雷達(dá)選擇VHF頻段，經(jīng)典工作頻率約為45MHz。對流層和低對流層風(fēng)廓線雷達(dá)選擇UHF(P 波段)頻段，經(jīng)典工作頻率約在 450-900 MHz。邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)選擇L波段，經(jīng)典工作頻率在1200 MHz 左右。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第32頁講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第33頁風(fēng)廓線雷達(dá)分類6 000 m300 m50 m8 000 m3 000 m60 000 m12 000 m100 000 m46-68MHz中層風(fēng)廓線雷達(dá)5 000 m1270-1375MHz440-450MHz440-450MHz對流層風(fēng)廓線雷達(dá)低對流層風(fēng)廓線雷達(dá)邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)16 000 m講

13、稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第34頁最大探測高度:1216km起始高度:150m高度分辨率:120m高對流層風(fēng)廓線雷達(dá)低對流層風(fēng)廓線雷達(dá)邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)最大探測高度:68km起始高度:300m高度分辨率:240m最大探測高度:35km起始高度:60m高度分辨率:60m邊界層大氣風(fēng)場觀察晴空局地空域氣流監(jiān)測中尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測邊界層數(shù)值預(yù)報(bào)重點(diǎn)區(qū)域氣體消散過程監(jiān)測講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第35頁2.3 風(fēng)廓線雷達(dá)測風(fēng)原理 散射層和湍流隨環(huán)境平均氣流運(yùn)動(dòng)都可造成返回電磁波信號(hào)多普勒頻移。 經(jīng)過進(jìn)行多射向速度測量，在一定假定條件下可估測出回波信號(hào)所在高度上風(fēng)向、風(fēng)速和垂直運(yùn)動(dòng)。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第36頁

14、回波信號(hào)經(jīng)過相干積分、譜變換、譜平均處理之后，得到相對平穩(wěn)功率譜密度函數(shù)。計(jì)算各譜矩參數(shù)，其中一階矩代表了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)引發(fā)多普勒頻移。經(jīng)過多普勒頻移和多普勒速度之間關(guān)系得到多普勒速度。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第37頁 經(jīng)過計(jì)算，即可取得個(gè)高度層上水平風(fēng)向風(fēng)速、垂直氣流速度、功率譜密度、大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)Cn2等各種數(shù)據(jù)產(chǎn)品和圖像產(chǎn)品風(fēng)廓線雷達(dá)回波信號(hào)特點(diǎn)：微弱；漲落現(xiàn)象十分顯著；伴隨各種雜波講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第38頁 2.4 風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)一致性風(fēng)大尺度氣象特征（幾小時(shí)-數(shù)天）估算合成風(fēng)各庫上譜參數(shù)譜變換后功率譜 微/小尺度氣象特征（幾分鐘-1小時(shí)）中尺度氣象特征（一小時(shí)-數(shù)小時(shí)）間歇性噪聲源譜

15、平均后功率譜連續(xù)性噪聲源飛機(jī)鳥類、昆蟲等點(diǎn)狀目標(biāo)物地物雜波 背景噪聲 降水 （或有速度折疊） 非穩(wěn)定風(fēng)場（大尺度湍流）講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第39頁3 風(fēng)速計(jì)算方法講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第40頁3.1 水平風(fēng)場均勻假設(shè)下風(fēng)計(jì)算 在觀察周期內(nèi)，假如水平風(fēng)場保持均勻，那么能夠經(jīng)過簡單幾何關(guān)系，由徑向速度導(dǎo)出水平風(fēng)。 由徑向速度求解水平風(fēng)，需要對水平風(fēng)場分布做一定假設(shè)，1）水平風(fēng)均勻假設(shè)，2）線性風(fēng)場假設(shè)在直角坐標(biāo)系中，將風(fēng)速分解為u，v，w三個(gè)分量，要求垂直風(fēng)向上為正。分廓線雷達(dá)測得徑向速度用Vr表示，要求徑向速度遠(yuǎn)離雷達(dá)方向?yàn)檎?，朝向雷達(dá)為負(fù)。為方便討論，以指向東波束方向?yàn)閤軸正方向，指向北波束

16、方向?yàn)閥軸正方向，建立直角坐標(biāo)系；在球坐標(biāo)系下，雷達(dá)為坐標(biāo)原點(diǎn)，r為空間點(diǎn)到原點(diǎn)距離，表示天頂角，表方位角，由x軸正方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第41頁3.1.1 三波束 一個(gè)波束指向天頂，用于測量垂直速度；兩個(gè)在方位上間隔90傾斜波束，分別指向正北和正東，傾斜波束天頂角是狀態(tài)量，以表示。假定Vrz，Vrx，Vry分別表示天頂、正東和正北三個(gè)波束方向徑向速度測量值。那么經(jīng)過簡單幾何投影，能夠依據(jù)以下方程計(jì)算出該高度上風(fēng)矢量三個(gè)分量。垂直風(fēng)由垂直波束直接測量得到。eE, eN分別表示沿正東和東北波束單位向量。假設(shè)均勻風(fēng)場風(fēng)矢量為講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第42頁 所以，可由以下方程組計(jì)算該

17、高度風(fēng)矢量，。 由向量內(nèi)積物理意義，有即講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第43頁 采取五波束時(shí)，一樣一個(gè)波束指向天頂，用于測量垂直速度；四個(gè)傾斜波束在方位上均勻分布，天頂角是狀態(tài)量，均為 ，先將兩個(gè)相對方向傾斜波束徑向速度進(jìn)行平均，如西波束VrW和東波束VrE，北波束VrN和南波束VrS，方程以下所表示3.1.2 五波束講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第44頁 對于五波束風(fēng)廓線雷達(dá)，當(dāng)個(gè)別波束測量數(shù)據(jù)誤差很大或缺測時(shí)，假如能滿足三波束計(jì)算要求，能夠舍棄個(gè)別波束測量數(shù)據(jù)，按三波束進(jìn)行計(jì)算。 再按三波束風(fēng)廓線雷達(dá)水平風(fēng)合成方法計(jì)算方法計(jì)算。垂直速度能夠由垂直波束直接測量，也能夠由傾斜波束測量得徑向速度計(jì)算。講稿風(fēng)廓線

18、雷達(dá)簡介研究第45頁 均勻風(fēng)場假定限制較強(qiáng)，在中高層大氣中是適當(dāng)，不過在邊界層下部尤其是湍流較強(qiáng)時(shí)，存在一定差異；相比之下，線性風(fēng)場假設(shè)更靠近大氣風(fēng)場真實(shí)情況。 在經(jīng)過信號(hào)處理單元質(zhì)量控制之后，依然會(huì)有一些誤差被遺漏或不能完全消除，尤其是一些外部或內(nèi)部隨機(jī)誤差，以及因?yàn)闅庀笤蛟斐奢^大偏差數(shù)據(jù)，所以在計(jì)算合成風(fēng)時(shí)需要深入質(zhì)量控制。假設(shè)合理性合成風(fēng)計(jì)算過程中存在問題2. 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第46頁3.2 線性風(fēng)場假設(shè)下風(fēng)場模型在原點(diǎn)做線性風(fēng)場展開，風(fēng)場能夠表示為，那么，矩陣A在該局地線性模型中是常量。令講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第47頁3.2.1 VAD技術(shù) 線性風(fēng)場假設(shè)下VAD技術(shù)

19、是多普勒天氣雷達(dá)反演風(fēng)場一項(xiàng)較成熟技術(shù)。假如假定在分析薄氣層內(nèi)，風(fēng)速不隨高度改變，垂直風(fēng)速水平均勻。那么，能夠經(jīng)過直角坐標(biāo)和極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，能夠得到極坐標(biāo)徑向速度表示式：講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第48頁能夠看出某一徑向距離r徑向速度僅是方位函數(shù)，假如將探測到徑向速度按方位作傅立葉級(jí)數(shù)展開，經(jīng)過比較前幾項(xiàng)系數(shù)，能夠確定水平風(fēng)、垂直風(fēng)、水平散度和變形量。水平散度：變形量： 多波束風(fēng)廓線雷達(dá)系統(tǒng)能夠借鑒天氣雷達(dá)中VAD技術(shù)，以獲取除風(fēng)場以外水平散度、變形量等信息。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第49頁沿每個(gè)波束方向，高度h范圍內(nèi)Vr也能夠看作是局地線性改變，普通取5個(gè)左右數(shù)據(jù)點(diǎn)，約300m。對某一波束徑向速度數(shù)據(jù)

20、Vr用奇異值分解法進(jìn)行最優(yōu)化擬合，得到線性系數(shù)a，b。3.2.2 NCAR風(fēng)預(yù)計(jì)算法講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第50頁以東波束為例，由下標(biāo)E標(biāo)識(shí)，其它方向波束同理。得到東波束上徑向速度線性模型，以下式，以待計(jì)算高度為x0點(diǎn)，應(yīng)用講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第51頁步驟一：經(jīng)過徑向速度擬合線性模型，得到關(guān)于傾斜波束上點(diǎn)矢量風(fēng)分量方程組：其中a， b為線性模型系數(shù)。類似地，能夠?qū)ζ渌齻€(gè)傾斜波束做一樣處理。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第52頁步驟二： 由四個(gè)傾斜波束上點(diǎn)矢量風(fēng)估算該高度上垂直波束上點(diǎn)矢量風(fēng)。 水平面上五個(gè)點(diǎn)也滿足線性風(fēng)場模型，可由四個(gè)傾斜波束上矢量風(fēng)計(jì)算垂直波束上矢量風(fēng)。假如只附加垂直速度水平均勻

21、假定，就能夠得到垂直波束該點(diǎn)矢量風(fēng)各分量與傾斜波束上線性模型系數(shù)關(guān)系以下講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第53頁4 風(fēng)廓線雷達(dá)應(yīng)用講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第54頁探測個(gè)例：切變線鋒區(qū)雷暴颮線大氣邊界層 風(fēng)廓線雷達(dá)以其高時(shí)空分辨率，能及時(shí)準(zhǔn)確地提供大氣流場和大氣湍流場信息，識(shí)別易引發(fā)災(zāi)害性天氣中小尺度系統(tǒng)。 講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第55頁探測風(fēng)切變風(fēng)切變線：風(fēng)向、風(fēng)速不連續(xù)線。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第56頁2.探測冷鋒冷鋒：在鋒面移動(dòng)過程中，冷氣團(tuán)起主導(dǎo)作用，冷氣團(tuán)推進(jìn)鋒面向暖氣團(tuán)一側(cè)移動(dòng)。冷鋒天氣：分第一型冷鋒天氣和第二型冷鋒天氣講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第57頁第一型冷鋒天氣：坡度小，在高空槽線前部并靠近地

22、面低壓中心附近冷鋒段天氣多為穩(wěn)定性。降水區(qū)出現(xiàn)在鋒后，多為穩(wěn)定性降水，當(dāng)鋒前暖空氣不穩(wěn)定時(shí)，地面鋒線附近常出現(xiàn)雷陣雨。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第58頁第二型冷鋒天氣：坡度大，高空鋒區(qū)多為下沉運(yùn)動(dòng)，該冷鋒段上天氣多為不穩(wěn)定天氣?？耧L(fēng)暴雨，雷電交加，風(fēng)速快速增大，常出現(xiàn)大風(fēng)天氣。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第59頁探測暖鋒暖鋒：由暖氣團(tuán)向冷氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)形成。在我國出現(xiàn)機(jī)率比較小，秋季普通只在東北地域、江淮地域、江淮流域出現(xiàn)，夏季多出現(xiàn)在黃河流域、渤海地域氣旋中。暖鋒天氣：在夏季，如暖空氣不穩(wěn)定，暖鋒上也可能出現(xiàn)積雨云、雷雨以及陣性降水等對流天氣。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第60頁探測雷暴雷暴：在雷暴云中放電、雷鳴

23、、狂風(fēng)暴雨一個(gè)強(qiáng)對流天氣，多發(fā)生在夏季。云中盛行上升氣流，濕度高于周圍。雷暴天氣：雷電、狂風(fēng)、暴雨。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第61頁探測颮線颮線：由排列成帶狀雷暴群十分狹窄對流性天氣帶。颮線天氣：風(fēng)向突變、風(fēng)速急增、氣壓驟降，并伴有雷暴、暴雨、冰雹等。.4.25.8.17講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第62頁大氣邊界層研究 V24m/s16m/s主要降雨出現(xiàn)在23:00以后，最大降雨出現(xiàn)在00:00以后。V20m/s講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第63頁分析強(qiáng)風(fēng)暴風(fēng)場結(jié)構(gòu) 東北風(fēng)偏東風(fēng)東南風(fēng)東南風(fēng)增大東南風(fēng)減小南風(fēng)講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第64頁 風(fēng)廓線雷達(dá)與無線電探空儀兩種測風(fēng)方法比較風(fēng)廓線雷達(dá)無線電探空儀探測

24、原理經(jīng)過大氣湍流對電磁波散射作用，依據(jù)多普勒效應(yīng)獲取不一樣波束方向徑向速度。在一定風(fēng)場假設(shè)條件下，利用處于同一高度面上幾個(gè)點(diǎn)徑向速度計(jì)算水平風(fēng)，垂直風(fēng)可由垂直波束直接探測采取氣球作為示蹤物，依據(jù)一段時(shí)間內(nèi)氣球飄移距離計(jì)算水平風(fēng)探測方法在確定空間探測大氣流動(dòng)情況，屬定點(diǎn)觀察探測是個(gè)別流點(diǎn)在不一樣時(shí)刻位置改變，屬流點(diǎn)觀察探測資料可提供水平風(fēng)廓線、垂直風(fēng)廓線（垂直風(fēng)廓線能夠直接測量，也可計(jì)算取得）僅提供水平風(fēng)廓線，無法獲取垂直風(fēng)廓線數(shù)據(jù)分辨率測風(fēng)時(shí)間分辨率取決于波束數(shù)、脈沖重復(fù)周期、脈沖積累次數(shù)以及算法，普通在幾分鐘左右業(yè)務(wù)應(yīng)用天天兩次定時(shí)觀察。每次觀察約需30min。每組數(shù)據(jù)是取樣時(shí)間點(diǎn)前后幾分鐘

25、平均值技術(shù)問題數(shù)據(jù)代表性隨高度不一樣因?yàn)闅馇蚱斤h，獲取風(fēng)廓線不是嚴(yán)格局地垂直廓線講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第65頁講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第66頁講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第67頁香河VHFST雷達(dá) 工作頻率：78MHz天線面積：10000m2波束寬度：1.988.7，1.984.1，1.981.98 掃描角度：020(正交) 峰值功率：225kW，450kW，900kW可選 FFT點(diǎn)數(shù)：可控2N，N=110 最低測風(fēng)高度：1.5km 講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第68頁講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第69頁講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第70頁講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第71頁講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第72頁講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研

26、究第73頁VHF雷達(dá)、北京探空、香河探空風(fēng)速對比（4月16日）講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第74頁風(fēng)廓線探測精度分析 數(shù)據(jù)使用北京延慶（115.96E，40.45N）CFL-08對流層風(fēng)廓線雷達(dá)，海拔高度為487.90m，探測波長為674mm，發(fā)射頻率445MHz，傾斜波束天頂角為14 。高模式距離庫長240m，43個(gè)距離庫，F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)為512，采樣起始高度為1950m，終止高度為12030m；低模式距離庫長120m，27個(gè)距離庫，F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)為256，采樣起始高度為150m，終止高度為3270m。 選擇3、6、9、12四個(gè)經(jīng)典代表月連續(xù)觀察資料進(jìn)行分析，風(fēng)廓線雷達(dá)每小時(shí)大約觀察1214個(gè)時(shí)次，除去3月份6天數(shù)據(jù)缺測和其它月份個(gè)別時(shí)次缺測，共有115天約36960個(gè)時(shí)次觀察數(shù)據(jù)。依據(jù)地面逐小時(shí)降水資料將數(shù)據(jù)分為兩大類：晴空和降水，降水?dāng)?shù)據(jù)樣本延伸至降水前后5小時(shí)，延慶位于北京北部山區(qū)，在風(fēng)廓線雷達(dá)站點(diǎn)出現(xiàn)降水日數(shù)相對較少，共觀察到15次降水過程，文中對共計(jì)34380個(gè)時(shí)次晴空、2580個(gè)時(shí)次降水資料分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。講稿風(fēng)廓線雷達(dá)簡介研究第75頁結(jié)果分析測風(fēng)可信度數(shù)據(jù)可信度區(qū)域最大高度6月最高為8km， 9月為7km，3月