气象雷达新技术及其应用思路研究

陈光辉 陆加宝 王大卫

摘要：近些年来，我国的防灾减灾工作愈加成熟，以气象雷达新技术为代表的多项防灾减灾技术逐渐趋于完善随着气象雷达新技术的飞速发展，包括我国在内的绝大多数国家的气象组织逐渐增加了对气象、水文以及相关学科的投入力度。尤其是多普勒天气雷达技术的应用可以算作是气象检测的一个分水岭，为气象部门和水文部门的极端天气预测工作提供了便利。为此，本文将具体阐述在防灾减灾工作中气象雷达新技术的具体应用情况和研究思路。

关键词：气象雷达;新技术;防灾减灾;应用思路

引言：

随着时代的发展和进步，越来越多的国家把水文、气象等的研究放在未来国家发展的重要位置，在此前提背景下，气象雷达在短短几年的时间里取得了突飞猛进的发展。通过气象雷达技术，气象部门和水文部门的相关人员可以随心所欲地获取各项大气运动状态信息，在监测和预报灾害性天气方面增加筹码。因此，到目前为止，气象雷达新技术已经成为各个国家应对气象灾害预测工作的首要选择，包括双线偏振雷达、激光雷达、风廓线雷达等在内的雷达新技术正在被开发和研制，由这些气象雷达新技术所构成的业务雷达网会使气象工作到达一个新的水准。

1 双线偏振雷达

气象预测工作中很重要的一项就是识别降水目标，保证对降水类型的精确划分，而双线偏振雷达就是以此为前提基础开发研制的。作为气象预测工作中最常用的气象雷达技术之一，气象监测人员主要利用双线偏振雷达对于不同降水粒子的不同入射电磁波极化散射特性作用，识别和划分降水类型。与一般的雷达技术相比，双线偏振雷达不仅能接收和发射水平的线偏振波，还能同时发射和接收垂直的线偏振波。所以说，双线偏振天气雷达能够同时测量水平反射率因子Z H和差分反射率ZDR、比差分传播相移KDP等。在对这些参数进行精确测量的过程中，气象监测人员就可以根据与降水粒子的形状、相态、粒子谱分布、粒子的空間取向等一系列的数据中分析预测出气象变化状况。由此，气象监测人员则可以较高的精确度进行定量降水精度测量、预测一些极端天气活动、判断飞机是否能够正常航行等，其应用领域相对来说比较广泛。而且，借助双线偏振天气雷达，气象监测人员可以实现对云雨时空变化的连续观测，基于各种气象天气的形成原理来理解水成物的形成过程，提高对降水强度预估的准确度，高效完成气象预测工作。

2 双（多）基地雷达

在传统气象预测监测工作中，单基地雷达的应用相对来说更为广泛，单基地雷达的接收站和发射站是相同的，而双基地或多基地雷达则不然，其收发地址具有明显差异，具有一（多）个发射站和一（多）个接收站，以离散的形式配置。从布置的位置方面来看，可分为地发/地收，空发/地收，地发/空收等几种形式，多基地雷达还具有一发多收，多发多收等形式。而双（多）基地天气雷达系统一般采用地发/地收，由一部常规的多普勒天气雷达与一个或多个没有发射系统和天线伺服系统、布置在远处的双基地接收站组成。

3 相控阵天气雷达

相控阵多普勒天气雷达，主要优势是可以提高获取资料的时间分辨率、进一步提高探测能力。一般雷达均基于机械扫描体制，这种扫描方法一般在6min内完成1 4层的扫描，对于快速变化的中小尺度天气过程如冰雹、龙卷、微下击暴流、风切变等过程，用这种传统的方法很难同时满足高时空分辨探测天气过程三维结构和发展演变的需求。

4 激光天气雷达

激光雷达对大气的探测，主要是通过分析由激光器发射的激光与大气中的折射率不均匀层以及遇到气溶胶等大气粒子后，产生的后向散射（回波信号）而得到的大气一些物理参数，如风速、大气温度、大气密度等。根据激光与大气作用方式和探测目的的不同，演变出多种不同类型的激光雷达。米（Mie）散射激光雷达可连续地探测大气边界层中气溶胶粒子的光学特性以及气溶胶粒子和大气边界层高度的时空分布。差分吸收（DIAL）激光雷达可探测大气边界层中污染气体，如NO2、SO2、O3等含量的时空分布。拉曼（Raman）激光雷达根据同时接收到的水汽和氮气分子对激光后向散射信号的比值，就可以计算出水汽混合比，探测边界层中水汽含量的时空分布。

5 风廓线雷达

大气中存在着各种不同尺度随时间变化的湍流，它们能引起折射指数的不规则变化，对无线电波产生散射作用。风廓线雷达向天空发射无线电波，接收到的回波是由于大气湍流对电磁波的散射而产生的。通过对回波的处理和分析就可以获得湍流大气的多普勒系数和强度系数，从而反演出湍流强度、运动方向和运动速度随高度的分布。大气湍流是随风传播的，因此，如果获得了大气湍流的多普勒速度和方向，同时也就获得了风的速度和方向。风廓线雷达上加装无线电探声系统（RASS）后，可以测量大气层的有效温度。RASS雷达系统通常由4个声源组成，分布在风廓线雷达天线阵的每一边并垂直向上发射声波。

6 星载测雨雷达 TRMM/PR

星载天气雷达可能性研究可以追溯到1960年代，但直到1997年TRMM （TropicalRainfall Measuring Mission ）卫星发射，第一部测雨雷达雷达才被安装在卫星上。目前TRMM卫星上的测雨雷达（PR）由日本NASDA（National Space and Development Agency）公司制造。发射频率13.796GHz，采用相控阵天线，波长约2cm，观测范围从地表到15km。TRMM/PR雷达可以提供三维降水结构，定量测量陆地与洋面降水量，通过所提供的降水分布的测量资料，提高TRMM中微波图象的精度等。

7展望

从以上分析，可以看出气象雷达探测技术的总体发展趋势是：从地基雷达到空基、天基雷达， 从单基地雷达到多基地雷达，从单一参数到多参数雷达，从单站到全国雷达联网探测。同时，固定与移动雷达相结合、大型雷达（ S波段和C波段雷达）与小型天气雷达（X波段雷达）相辅相成，气象雷达将朝着更加精细化和定量化方向发展。

参考文献：

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