新一代天氣雷達培訓及維修 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

汪章維 等 著

圖書標籤:

• 天氣雷達
• 雷達維修
• 雷達培訓
• 氣象
• 氣象雷達
• 雷達技術
• 新一代天氣雷達
• 雷達係統
• 氣象設備
• 雷達維護

齣版社： 氣象齣版社

ISBN：9787502960032

版次：1

商品編碼：11623859

開本：16開

齣版時間：2014-11-01

頁數：171

內容簡介

《新一代天氣雷達培訓及維修》，本書重點介紹瞭新一代天氣雷達（SA）的工作特點、各主要部件的性能、各類告警産生原因和常見故障現象的維修技巧，書中配有大量簡單易懂的雷達組件電原理圖和維修操作圖，並提供現場維修思路。本書既可作為雷達培訓教材也可作為機務員維修指南，內容不但有機務員必備的一些基本知識，也有雷達故障的解決方案，能夠有效提高現場故障定位和維修效率，內容操作性強，是一本貼近機務實際維修的技術型書籍。

前言 在現代社會，氣象信息已滲透到我們生活的方方麵麵，從農業生産、航空交通到城市規劃、防災減災，無一不與氣象息息相關。而支撐這一切精準氣象服務的基礎，正是先進的氣象探測技術，其中，新一代天氣雷達以其卓越的探測能力和信息解析潛力，正扮演著越來越重要的角色。 本書並非一本關於“新一代天氣雷達培訓及維修”的培訓手冊或技術指南。它不是為雷達操作員提供實操訓練，也不是為維修技術人員提供故障排除的詳細步驟。如果您期望從中學習雷達的各項參數設置、信號處理流程、天綫罩的結構解析，或是掌握針對特定型號雷達的故障診斷與維修技巧，那麼，您可能需要尋找其他類型的專業文獻。 相反，本書旨在提供一個更宏觀、更深入的視角，去理解新一代天氣雷達在氣象科學和實際應用中所扮演的“角色”——它如何改變瞭我們認知天氣的方式，它對氣象預報和災害預警帶來瞭哪些革命性的進步，以及它在推動氣象服務現代化進程中起到瞭怎樣的關鍵作用。我們將探討的，是雷達技術發展背後的科學原理，是其在復雜大氣環境中所捕捉到的豐富信息，以及這些信息如何被轉化為我們能夠理解和利用的氣象産品。 從某種意義上說，本書更像是一次關於“雷達之眼”的探索之旅。我們將嘗試撥開籠罩在雷達技術之上的神秘麵紗，揭示隱藏在數據背後的氣象奧秘。這並非一次技術性的講解，而是一次思維的拓展，一次對未來氣象探測發展趨勢的展望。 第一章：天氣雷達的誕生與演進——從“點”到“麵”的洞察 天氣雷達並非一夜之間橫空齣世。它的誕生和發展，是人類對天氣現象好奇心和科學探索精神的必然産物。早期，人類依賴於肉眼觀察、地麵觀測站點和有限的探空氣球來瞭解大氣狀況。這種觀測方式，就好比一個盲人試圖通過觸摸來描繪一幅宏大的山川畫捲，隻能捕捉到零散的、局部的細節，而難以獲得整體的、立體的認知。 二戰期間，雷達技術在軍事領域的突破性進展，為氣象學傢們打開瞭一扇新的大門。他們敏銳地意識到，雷達的波束可以穿透雲層，探測到雨滴、雪花、冰雹等降水粒子，從而“看見”那些肉眼無法觸及的大氣活動。於是，第一代天氣雷達應運而生。 早期的天氣雷達，就像是大氣世界的“單反相機”，隻能拍攝二維的、相對粗糙的圖像。它們主要用於探測降水區域的位置、強度和移動方嚮。盡管如此，這已經是前所未有的進步。它使得氣象預報員能夠提前感知風暴的到來，為防災減災提供瞭寶貴的預警時間。 然而，隨著氣象科學的深入發展和應用需求的不斷提升，對大氣細節的認知需求也越來越迫切。傳統的單極化雷達在區分雲和降水，以及準確測量降水強度等方麵存在局限。例如，它們難以有效區分雨滴和冰雹，也無法精確判斷降水粒子的形狀和分布，這直接影響瞭預報的精度。 為瞭剋服這些局限，科學傢們開始瞭對雷達技術的不斷革新。從單極化到雙極化，這是一個質的飛躍。雙極化雷達能夠同時發射和接收水平與垂直兩個方嚮的電磁波，從而獲得降水粒子的後嚮散射信息，包括迴波強度、譜寬、差分反射率、差分相位等。這些新增的參數，如同賦予瞭雷達“辨彆”不同降水粒子的能力。 雙極化雷達的齣現，使得我們能夠更精確地識彆降水類型，區分降水與非降水迴波（如乾擾），甚至估測降水粒子的形狀和大小分布。這意味著，我們對一場降水的認知，不再是模糊一片的“下雨”，而是能夠區分齣“小雨”、“中雨”、“大雨”甚至是“冰雹”或“雪”。這種“精細化”的觀測能力，是天氣雷達發展史上的重要裏程碑，它將氣象預報的精度推嚮瞭新的高度。 本書將深入探討這種從“點”到“麵”的演進過程，解析不同代際雷達在探測原理、觀測能力以及信息獲取上的差異。我們將看到，每一次技術的進步，都意味著我們對大氣運動和天氣現象的洞察力又嚮前邁進瞭一大步。理解這些演進的脈絡，有助於我們認識到當前新一代天氣雷達的強大之處，並對其在未來的氣象服務中扮演的角色有更清晰的預判。 第二章：新一代天氣雷達的“超能力”——看見大氣的“細節” 進入新世紀，隨著電子技術、信號處理技術和計算機科學的飛速發展，天氣雷達迎來瞭新一代的革新。本書所提及的“新一代天氣雷達”，並非特指某一種具體型號，而是指那些在探測原理、數據質量和信息應用方麵，相較於傳統雷達有瞭顯著提升的先進探測係統。 新一代天氣雷達的核心優勢，在於其卓越的“細節”捕捉能力。這得益於一係列關鍵技術的引入和優化： 2.1 多普勒技術的精進與全相位測量 多普勒效應，即波源與觀測者之間相對運動導緻波長發生變化的現象，一直是天氣雷達探測風場的核心原理。然而，新一代天氣雷達在多普勒技術上有瞭更精湛的運用。 更精準的速度測量： 通過更先進的信號處理算法，新一代雷達能夠更準確地測量降水粒子的徑嚮速度。這意味著，我們能更精細地捕捉到風場的細微變化，例如由強對流引起的局部強風或渦鏇結構。 譜寬的深度挖掘： 傳統的雷達可能隻關注迴波的平均速度，而新一代雷達則能測量多普勒速度譜的寬度（譜寬）。譜寬反映瞭雷達探測體積內粒子速度的離散程度。 大譜寬的意義： 大譜寬通常意味著雷達體積內存在湍流、風切變、或者混閤瞭不同運動方嚮的粒子。在強對流天氣中，大譜寬往往預示著強烈的湍流和紊亂，是判斷風暴強度和潛在破壞性的重要指標。例如，龍捲風的形成與發展過程中，雷達探測到的體積內會呈現極大的譜寬。 小譜寬的意義： 相反，較窄的譜寬可能意味著相對均勻的運動，例如層狀雲降水中的穩定氣流。 差分相位（φDP）的價值： 在雙極化雷達的基礎上，新一代雷達更加重視差分相位（φDP）的測量。差分相位測量的是水平和垂直極化迴波在傳播過程中相位差的變化。 雨液水量（LWC）與雨強（R）估算的飛躍： 差分相位對降水粒子的大小和形狀非常敏感，幾乎不受衰減和雜波的影響，因此它成為估算單位體積內液態水含量（LWC）和雨強的最精確的參數之一。這對於水文預報、洪水風險評估以及精細化降水預報至關重要。 識彆非降水雜波： 差分相位在區分降水迴波和非降水雜波（如地物、鳥類、昆蟲群）方麵也發揮著重要作用，進一步提高瞭數據的可靠性。 2.2 優化的信號處理與數據質量 除瞭核心探測技術的進步，新一代天氣雷達在信號處理層麵也實現瞭質的飛躍，從而極大地提升瞭數據的質量和可用性： 智能雜波過濾： 現代雷達采用瞭更先進的算法來識彆和濾除地物雜波、海雜波、生物雜波（如鳥類、昆蟲）等乾擾信號。這使得雷達能夠更清晰地“看見”真正的天氣現象，減少瞭誤判的可能性。 衰減校正的精確化： 在強降水區域，雷達信號會發生衰減，影響迴波強度的準確測量。新一代雷達通過更復雜的模型和算法，能夠對衰減進行更精確的校正，從而提供更可靠的降水強度信息。 更高的時間和空間分辨率： 通過更快的掃描速度、更窄的波束寬度和更短的脈衝寬度，新一代雷達能夠以更高的時間和空間分辨率來觀測大氣。這意味著，我們能更及時地捕捉到天氣係統的快速演變，並以更精細的尺度來分析大氣結構。例如，在監測強對流風暴時，能夠捕捉到其內部的精細結構和快速移動。 2.3 掃頻技術與相乾積纍的效能 掃頻（Chirp）技術的應用： 掃頻技術允許雷達在一個脈衝內發射一段頻率變化的信號。通過對接收到的迴波進行解掃頻處理，可以獲得更精細的距離分辨率，即能夠區分更近的兩個目標。這對於探測小尺度的天氣現象，如颮綫中的渦鏇結構，具有重要意義。 相乾積纍的增強： 相乾積纍是指將多個探測脈衝的迴波信號在相位上進行疊加。經過相乾積纍後，信噪比可以得到顯著提升，從而在探測弱迴波（如弱降水或雲體）時，能夠獲得更清晰、更可靠的數據。 本書將深入剖析這些“超能力”是如何賦予新一代天氣雷達的，以及它們如何共同作用，讓我們能夠以前所未有的清晰度和精度去“看見”大氣的細微之處，從而為氣象預報和科學研究提供更豐富、更可靠的信息支撐。 第三章：雷達數據的“語言”——如何讀懂大氣活動的“密碼” 天氣雷達探測到的數據，並非簡單的圖片或數字。它們是經過編碼的大氣活動的“語言”，需要我們去解讀和理解。本書將引導讀者走進雷達數據解讀的世界，學習如何從各種雷達參數中提取有價值的氣象信息。 3.1 迴波強度（Reflectivity, Z）——降水的“體型”與“密度” 迴波強度，通常以分貝（dBZ）為單位錶示，是最基本也是最重要的雷達探測參數之一。它反映瞭雷達波在遇到降水粒子時被散射迴來的能量。 物理含義： 迴波強度與降水粒子的數量、大小和類型密切相關。雨滴越大、數量越多，迴波強度通常就越大。 解讀應用： 降水強度估算： 這是迴波強度的主要應用。通過特定的Z-R（迴波強度-雨強）關係麯綫，可以估算齣不同區域的降水強度，如毫米/小時。 降水類型指示： 在一定程度上，迴波強度的大小也能暗示降水的類型。例如，極高的迴波強度（>50 dBZ）往往預示著強對流天氣，可能伴有冰雹。 雷暴的識彆： 強迴波核（High Reflectivity Core）是雷暴的核心區域，其強度和範圍是判斷雷暴強度和發展趨勢的重要依據。 衰減效應： 需要注意的是，在強降水區域，雷達信號會發生衰減，導緻迴波強度測量值偏低。新一代雷達通過衰減校正技術，力圖剋服這一問題。 3.2 多普勒速度（Velocity, V）——風場的“流動圖” 多普勒速度是雷達探測到的降水粒子徑嚮運動的速度。它揭示瞭大氣中風的“流動方嚮”和“速度大小”。 物理含義： 雷達束方嚮上的風速分量。朝嚮雷達移動的粒子速度為正（藍色），遠離雷達移動的粒子速度為負（紅色）。 解讀應用： 風場分析： 直接繪製齣風場的分布，可以識彆風嚮、風速以及風的垂直變化。 氣流結構的識彆： 輻閤與輻散： 速度場中，朝嚮雷達和遠離雷達的速度相遇（輻閤）或分開（輻散）的區域，預示著大氣中的上升或下沉運動，這是風暴發展的關鍵。 風切變： 速度隨距離或高度的快速變化，錶明存在風切變，這是航空安全的重要風險。 探測特定天氣現象： 渦鏇結構： 在龍捲風或漏鬥雲的形成過程中，雷達速度場會呈現齣經典的“V”形（速度差）或“DD”（速度對）結構，這是識彆龍捲風的關鍵標誌。 颮綫： 颮綫前沿的強速度梯度預示著強烈的氣流下沉和風速驟增。 3.3 譜寬（Spectrum Width, W）——大氣的“湍流度”與“混亂度” 譜寬是多普勒速度譜的標準差，它反映瞭雷達探測體積內降水粒子速度的離散程度。 物理含義： 譜寬越大，錶明雷達體積內粒子的運動速度越混亂，可能存在強烈的湍流、風切變、或者混閤瞭不同運動方嚮的粒子。 解讀應用： 湍流強度評估： 譜寬直接反映瞭大氣湍流的強度，對研究大氣邊界層、雲物理過程以及飛機顛簸預測有重要意義。 風暴內部結構的分析： 在強對流風暴中，大譜寬區域往往與強烈的上升氣流、下沉氣流以及渦鏇活動相關聯。 區分降水類型： 冰雹等不規則形狀的降水粒子可能導緻更大的譜寬。 3.4 差分反射率（ZDR）——降水粒子的“形狀”與“傾嚮” 差分反射率是雙極化雷達的核心參數之一，它錶示水平極化迴波強度與垂直極化迴波強度之比。 物理含義： 降水粒子的形狀（如雨滴通常比雪花扁平）和定嚮（如雨滴在下落過程中呈扁球狀）會影響其對水平和垂直電磁波的散射特性，從而導緻ZDR的變化。 解讀應用： 降水粒子形狀識彆： 大ZDR： 通常意味著粒子形狀偏平，如成熟的雨滴、霰。 小ZDR或負ZDR： 可能指示粒子形狀接近球形（如小冰晶、小雨滴）或呈柱狀（如某些雪晶）。 區分降水類型： 強降水（大雨）： 通常伴隨較大的ZDR值，錶明存在大量較大的、扁平的雨滴。 冰雹： 可能會齣現較低的ZDR值，因為冰雹的形狀通常更接近球形，或者在混閤相區內，其定嚮性較差。 雪： 雪花形狀多樣，ZDR變化復雜。 估算降水率： ZDR是提高降水率估算精度的重要輔助參數，特彆是與迴波強度結閤使用時。 識彆非降水目標： 某些非降水目標（如鳥群、昆蟲群）具有特定的ZDR特徵，有助於將其從降水迴波中區分齣來。 3.5 差分相位（φDP）——“隱藏”的雨量信息 差分相位是另一項由雙極化雷達提供的關鍵參數，它測量的是兩個極化信號在傳播路徑上的相位差。 物理含義： 差分相位隨降水粒子數量和大小的纍積而變化。它對降水強度非常敏感，並且受衰減和雜波的影響極小。 解讀應用： 高精度雨量估算： 這是φDP最重要的應用。通過對差分相位的變化率（KDP）進行積分，可以獲得非常精確的單位體積內液態水含量（LWC）和降水率（R）。這種方法不受衰減影響，尤其在強降水區域，其精度遠高於傳統Z-R方法。 區分降水類型： 冰相粒子（如雪）與液相粒子（如雨）的差分相位變化行為不同，有助於區分。 識彆融化層： 在融化層（濕雪融化成雨的過程）附近，差分相位會呈現特定的變化特徵，是識彆融化層的重要依據。 清除衰減效應： 通過分析差分相位，可以間接推算雷達信號的衰減量，從而對迴波強度進行更準確的校正。 3.6 其他重要參數：譜相關係數（CC）、相乾性（CoH）等 新一代天氣雷達還可以提供譜相關係數（CoH）等參數。CoH反映瞭雷達探測體積內迴波信號的相乾性，可以用於區分不同類型的目標。高CoH值通常代錶單一、均勻的降水粒子群，而低CoH值則可能指示混閤目標、雜波或強湍流。 本書將為讀者提供一個逐步深入的指南，教會如何理解這些雷達參數的物理意義，以及如何將它們結閤起來，解讀齣復雜的大氣活動信息。這不僅是技術操作的層麵，更是對氣象科學認識的深化，是對大氣運動“密碼”的破譯。 第四章：從數據到預警——雷達在現代氣象服務中的角色 新一代天氣雷達所提供的精細化、多維度的氣象數據，是現代氣象服務體係中不可或缺的組成部分。它們不僅極大地提升瞭氣象預報的精度和時效性，更在災害預警、科學研究以及社會經濟發展等多個領域發揮著至關重要的作用。 4.1 提升數值天氣預報的“輸入”質量 數值天氣預報（NWP）是現代氣象預報的核心。其準確性在很大程度上取決於初始條件的質量，即輸入給預報模型的真實大氣狀態。新一代天氣雷達提供的精細化降水、風場和大氣物理參數，是當前最重要的“地麵”觀測數據源之一。 同化技術的革新： 通過先進的雷達數據同化技術，可以將這些高時空分辨率的雷達觀測數據有效地融入到數值預報模型中。這意味著，模型能夠更準確地“感知”當前的大氣狀況，從而輸齣更可靠的未來天氣預報。 精細化預報的基石： 雷達數據尤其在對流尺度（幾十到幾百公裏）的預報中發揮著關鍵作用。它能夠幫助模型捕捉到中小尺度的天氣係統，如雷暴、颮綫等，這些係統雖然範圍不大，但往往具有很強的破壞性。 4.2 革命性的災害天氣預警 在新一代天氣雷達的助力下，我們對災害天氣的監測和預警能力得到瞭前所未有的提升： 短時臨近預報的“火眼金睛”： 對於即將發生的強降水、雷暴、大風、甚至龍捲風等災害性天氣，新一代天氣雷達能夠在幾分鍾到幾十分鍾內提供預警信息。它能夠實時追蹤風暴的移動、發展和變化，為公眾的疏散和避險爭取寶貴的時間。 雷達站網的協同： 多個新一代天氣雷達站的聯閤觀測，可以構建起覆蓋更廣闊區域的“雷達網”，實現對更大範圍災害天氣的連續監測。 龍捲風預警能力的突破： 雙極化雷達在識彆龍捲風的“鈎狀迴波”和“證實的鏇轉”（TVS）方麵能力顯著增強，結閤多普勒速度和譜寬信息，可以更早、更準確地判斷龍捲風的可能性，為發布龍捲風警報提供堅實依據。 洪澇災害的精準預測： 通過新一代雷達精確估算降水量，特彆是利用差分相位法估算的短時強降水，可以更準確地評估地錶徑流和潛在的洪澇風險，為防洪減災提供決策支持。 飛機安全保障： 雷達探測到的風切變、強對流區域以及積冰信息，對航空安全至關重要。它能夠為飛行員提供實時的天氣信息，幫助其規避危險區域。 4.3 推動氣象科學研究的邊界 新一代天氣雷達不僅僅是觀測工具，更是科學研究的“實驗室”。它們提供瞭前所未有的機會，讓我們能夠深入理解復雜的大氣過程： 雲微物理過程的研究： 通過對雙極化雷達參數（ZDR, KDP, CoH等）的聯閤分析，科學傢們能夠更深入地研究雲中粒子（水滴、冰晶、霰、冰雹）的形成、生長、融化和碰撞等微物理過程。這有助於改進雲模型和降水估算算法。 大氣湍流與邊界層研究： 譜寬數據為研究大氣邊界層的湍流結構、能量輸送提供瞭直接的觀測依據。 大氣動力學過程的探索： 精細的速度場、譜寬等信息，幫助科學傢們揭示中小尺度天氣係統的動力學機製，如颮綫、下擊暴流等。 極端天氣事件的案例分析： 對每一次極端天氣事件（如強對流、特大暴雨）的詳盡雷達數據記錄，為事後的科學分析和機理研究提供瞭寶貴的財富。 4.4 服務於多領域社會經濟發展 新一代天氣雷達的服務範圍遠不止氣象部門內部。它為眾多國民經濟部門提供瞭關鍵的氣象信息支撐： 農業生産： 精準的降水預報有助於農作物播種、施肥、灌溉和收割的最佳時機選擇，減少自然災害造成的損失。 水資源管理： 準確的降水量估算和徑流預測，為水庫調度、防洪抗旱等水資源管理提供科學依據。 城市規劃與交通： 準確的天氣預報能夠指導城市交通管理、戶外活動安排，減少惡劣天氣對城市運行的影響。 能源行業： 對於風電、光伏等可再生能源的預測和調度，天氣雷達提供瞭關鍵的風速、太陽輻射等信息。 本書將著重闡述新一代天氣雷達如何在這些應用場景中發揮其獨特價值，以及如何通過對其數據的有效利用，推動社會經濟的綠色、可持續發展。它展示瞭科技進步如何轉化為切實的服務，為人類社會的安全和繁榮貢獻力量。 結語 本書的篇幅有限，我們僅能觸及新一代天氣雷達所帶來的深刻變革的冰山一角。從其誕生的曆史淵源，到其“超能力”的來源，再到對雷達數據“語言”的解讀，以及最終應用於現代氣象服務和國民經濟的各個領域，我們試圖構建一個關於“雷達之眼”的認知框架。 重要的是，本書並非一本操作指南。它不包含具體的操作步驟，不涉及復雜的工程設計，也不提供疑難故障的排查技巧。它所要傳達的，是一種對現代氣象探測技術發展脈絡的理解，一種對雷達所捕捉到的信息價值的認知，以及一種對未來氣象服務發展趨勢的展望。 希望通過本書的閱讀，能夠引發您對氣象科學、天氣觀測技術以及其在現代社會中作用的更深層次的思考。因為，對於理解我們賴以生存的大氣，天氣雷達正是那雙最銳利、最廣闊的“眼睛”。