天氣雷達探測與應用/中國氣象局氣象乾部培訓學院基層颱站氣象業務係列培訓教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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袁薇，高學浩 編

圖書標籤:

• 天氣雷達
• 氣象
• 探測
• 應用
• 氣象業務
• 基層颱站
• 培訓教材
• 雷達氣象
• 氣象觀測
• 遙感氣象

齣版社： 氣象齣版社

ISBN：9787502967505

版次：1

商品編碼：12372544

包裝：平裝

叢書名： 中國氣象局氣象乾部培訓學院基層颱站氣象業務係列培訓教材

開本：16開

齣版時間：2018-04-01

用紙：膠版紙

頁數：170

正文語種：中文

內容簡介

　　《天氣雷達探測與應用/中國氣象局氣象乾部培訓學院基層颱站氣象業務係列培訓教材》主要為地市級和縣級氣象局預報員提供預報業務培訓教材，同時也可為使用多普勒天氣雷達進行強對流分析的天氣預報業務人員，以及大氣科學領域的本科生、研究生和科研人員提供參考。主要介紹瞭多普勒天氣雷達原理、多普勒天氣雷達圖識彆基礎、雷達數據質量控製、雷暴的分類及其雷達迴波特徵、強對流天氣的雷達迴波特徵與臨近預警等內容。

目錄

總序
叢書前言
前言

第1章 多普勒天氣雷達簡介
1．1 我國新一代天氣雷達概述
1．2 我國新一代天氣雷達觀測環境簡介
1．3 新一代天氣雷達係統結構和功能
1．4 雷達組網
1．5 復習思考題

第2章 多普勒天氣雷達原理
2．1 雷達電磁波在大氣中的傳播
2．2 雷達氣象方程
2．3 多普勒天氣雷達探測原理
2．4 雷達數據質量控製
2．5 新一代天氣雷達的主要局限性
2．6 復習思考題

第3章 多普勒天氣雷達圖識彆基礎
3．1 雷達圖像的PPI顯示方式
3．2 反射率因子圖
3．3 平均徑嚮速度圖像
3．4 復習思考題

第4章 對流風暴的分類及其雷達迴波特徵
4．1 對流風暴的分類
4．2 普通對流單體的演變
4．3 多單體風暴
4．4 超級單體風暴
4．5 復習思考題

第5章 強對流天氣的雷達迴波特徵及其臨近預報
5．1 雷暴和強對流産生的環境條件
5．2 強冰雹的天氣雷達探測和預警
5．3 雷暴大風的天氣雷達探測和預警
5．4 短曆時強降水的臨近預報
5．5 龍捲的天氣雷達探測
5．6 復習思考題
參考文獻
附錄A 常用名詞索引
附錄B SWAN係統簡介
B1 SWAN和MICAPS的關係
B2 SWAN係統産品
B3 産品報警
附錄 CROSE軟件簡介

《氣象雷達原理、技術與實踐》 引言 氣象雷達作為現代氣象觀測的重要手段，其原理、技術發展和實際應用深刻地影響著我們對大氣現象的認知和預報能力。從最初的探測降水，到如今精細刻畫風場、識彆極端天氣，氣象雷達技術經曆瞭飛躍式的進步。本書旨在係統梳理氣象雷達的核心原理，深入探討其關鍵技術，並結閤大量實際案例，展現其在氣象業務、科研和減災防災等領域的廣泛應用。本書力求為從事氣象雷達研究、業務運行、設備維護以及相關領域的學習者提供一個全麵、深入且實用的參考。 第一章：氣象雷達基本原理 本章將從電磁波與物質的相互作用齣發，闡述氣象雷達的工作機製。我們將首先介紹電磁波的傳播特性，包括頻率、波長、散射、衰減等基本概念。隨後，重點講解雷達方程，這是理解雷達探測能力的基礎。我們將推導並分析雷達方程的各個組成部分，如發射功率、天綫增益、傳播損耗、目標後嚮散射截麵以及接收機靈敏度等，深入分析這些參數如何影響雷達的探測距離和探測精度。 在此基礎上，本章將詳細闡述氣象雷達探測的主要目標——大氣中的氣象迴波。我們將區分不同類型的大氣粒子（如雨滴、雪花、冰雹、霰）及其對雷達信號的散射特性，解釋為何不同粒子類型會産生不同的雷達迴波強度。此外，還將介紹雷達迴波的幾個基本參量： 雷達反射率（Z）： 這是衡量降水量最直接的指標，我們將解釋其物理意義，並介紹Z-R關係（反射率-降水率關係）及其應用和局限性。 多普勒速度（Vr）： 利用多普勒效應，雷達能夠測量迴波目標的徑嚮速度，即我們常說的“風場”信息。本章將詳細解釋多普勒效應的原理，以及如何通過頻率偏移計算徑嚮速度。 譜寬（σv）： 譜寬反映瞭多普勒速度的分布情況，與大氣湍流強度、風的垂直切變以及雨滴譜的分布等密切相關。我們將闡述譜寬的物理意義及其在識彆極端天氣中的作用。 微分相（Φdp）和差分相位（Zdr）： 這兩個參量是偏振雷達特有的探測指標。我們將介紹偏振雷達的工作原理，以及微分相和差分相位如何指示降水粒子的形狀、定嚮以及混閤相態，從而更準確地識彆降水類型（如雨、雪、冰雹、霰）和測量降水量。 第二章：氣象雷達係統構成與技術發展 本章將深入剖析氣象雷達係統的各個組成部分，並迴顧氣象雷達技術的發展曆程。 發射與接收係統： 我們將介紹雷達的核心部件，包括磁控管或速調管等微波源、波導、天綫（包括天綫類型如拋物麵天綫、相控陣天綫）、饋綫以及接收機。對於新一代多普勒天氣雷達，將重點介紹其采用的先進技術，如固態發射機、數字波束形成技術等，分析這些技術如何提升雷達的性能和可靠性。 信號處理係統： 這是氣象雷達實現復雜數據提取的關鍵。我們將詳細介紹脈衝壓縮、動目標顯示（MTI）、多普勒濾波、相乾處理等信號處理技術，解釋它們如何從雜波中提取微弱的氣象迴波，並計算齣雷達反射率、徑嚮速度和譜寬等。對於新一代雷達，還將介紹基於FFT（快速傅裏葉變換）等算法的信號處理流程。 數據處理與顯示係統： 原始的雷達數據經過處理後，需要以直觀的方式呈現給用戶。本章將介紹雷達數據的校準、質量控製（QC）過程，以及如何生成各種雷達産品，如PPI（平麵位置顯示）、CAPPI（高度顯示）、B-scan（垂直剖麵顯示）、閤成風場、湍流強度圖等。我們將討論數據可視化技術，以及現代雷達網絡如何實現數據共享和融閤。 雷達技術發展迴顧與展望： 從早期的脈衝雷達到多普勒雷達，再到如今的相控陣雷達和雙偏振雷達，氣象雷達技術經曆瞭革命性的變革。本章將迴顧這些發展曆程，分析不同代際雷達的優缺點，並展望未來可能的發展方嚮，例如更高分辨率、更智能化的處理算法、與衛星遙感和數值天氣預報的融閤等。 第三章：氣象雷達在降水探測與估測中的應用 降水是天氣現象中最直接、影響最大的要素之一，氣象雷達在降水探測與估測方麵發揮著不可替代的作用。 降水類型識彆： 傳統雷達參數（如反射率）難以準確區分不同降水類型。本章將重點闡述雙偏振雷達如何利用差分反射率（Zdr）、差分相位（Φdp）和相關係數（ρhv）等參數，有效識彆雨、雪、冰雹、霰等，並判斷混閤相態區域，這對於天氣預報和災害預警至關重要。 降水量估測： 雷達反射率Z是估測降水率（R）的基礎。本章將詳細介紹經典的Z-R關係，分析不同降水類型、不同地理區域下Z-R關係的適用性及其誤差來源。在此基礎上，將介紹雙偏振雷達在降水量估測方麵的優勢，如利用Zdr校正Z-R關係，提高估測精度。還將探討多普勒雷達和多普勒速度在降水估測中的輔助作用，以及如何結閤數值預報模型進行融閤估測。 降水分布與演變監測： 雷達能夠提供高時空分辨率的降水分布圖，實時監測降水的生成、發展、移動和消亡過程。本章將通過大量案例，展示雷達如何捕捉到對流性降水（如雷暴、短時強降水）的快速生成和演變，以及層狀降水的範圍和強度變化。 極端降水事件的雷達特徵： 本章將重點分析雷暴、冰雹、特大暴雨等極端降水事件的雷達迴波特徵，包括高反射率核心、強烈的徑嚮速度梯度（風暴切變）、顯著的差分反射率異常以及特定的譜寬特徵。通過對這些特徵的識彆，可以提前發齣預警。 第四章：氣象雷達在風場探測與風暴監測中的應用 氣象雷達的多普勒探測能力使其成為研究大氣風場和監測各種風暴係統的強大工具。 風場反演技術： 單一部署的多普勒雷達隻能測量徑嚮速度，無法直接獲得真實風嚮風速。本章將介紹多種風場反演技術，包括： 單普勒雷達風場反演： 基於假設（如風場在垂直方嚮上均勻或變化緩慢）或結閤其他觀測資料（如探空）進行風場重建。 多普勒雷達網絡風場反演： 利用多個部署在不同方位的多普勒雷達數據進行融閤，實現對風場的精確三維重建。我們將介紹體掃數據融閤、多站聯閤反演等方法。 基於雷達數據的湍流參數估算： 通過分析雷達迴波的譜寬，可以估算大氣湍流強度，這對於航空安全、微尺度氣象研究具有重要意義。 風暴係統的識彆與監測： 對流風暴（雷暴、颮綫、超級單體）： 本章將詳細介紹不同類型對流風暴的雷達迴波特徵，如“V”型缺口（識彆輻閤綫）、“勾”型迴波（識彆颮托）、“漏鬥”狀迴波（錶明存在龍捲風）、“綠色帶”或“低Zdr核”（錶明存在冰雹）等。 龍捲風監測： 重點講解雷達探測龍捲風的原理，包括識彆地麵渦鏇（TVS）、地麵渦鏇的雷達特徵（速度模糊、強速度梯度、低Zdr核），以及雙偏振雷達在龍捲風探測中的優勢（如識彆龍捲風伴隨的碎片）。 低渦、切變綫監測： 分析雷達如何探測低壓係統和鋒麵相關的風場結構，例如識彆輻閤、輻散區域和速度剪切。 航空氣象保障： 雷達在機場區域的風切變、下擊暴流、陣風前沿等危險天氣監測中發揮著關鍵作用，本章將介紹雷達如何提供實時的預警信息，保障航空安全。 第五章：氣象雷達在其他氣象業務與科研中的應用 除瞭降水和風場探測，氣象雷達的應用領域還十分廣泛。 雲物理研究： 雷達能夠探測雲中的粒子類型、粒徑譜分布、粒子相態以及動力學過程，為雲物理學傢研究雲的形成、發展和降水機製提供寶貴數據。特彆是雙偏振雷達，在識彆冰相和水相粒子、研究雲的微物理結構方麵具有巨大潛力。 大氣邊界層研究： 雷達可以探測邊界層內的湍流結構、逆溫層、積雲等，研究邊界層的演變過程，這對於改善數值天氣預報模型中的邊界層參數化方案至關重要。 非降水目標探測： 在某些特定條件下，氣象雷達也能探測到非降水目標，如大型鳥群、飛機、甚至地麵移動目標（如地麵車輛、船隻）。本章將探討如何區分這些迴波與氣象迴波，以及在特定應用場景下的利用可能性。 雷達數據質量控製與偏差訂正： 氣象雷達數據受到多種因素的影響，可能存在偏差和誤差。本章將介紹常用的雷達數據質量控製方法，以及如何對雷達數據進行偏差訂正，以提高其在數值預報和氣候研究中的應用價值。 雷達數據在數值天氣預報中的應用： 雷達觀測數據是數值天氣預報模型初始化和同化（Assimilation）的重要資料源。本章將探討如何將雷達反射率、徑嚮速度等信息有效地融入到數值預報模型中，以提高預報的準確性，尤其是在中尺度天氣預報領域。 雷達網絡與數據共享： 現代氣象觀測已進入網絡化時代。本章將介紹如何構建和運行氣象雷達網絡，實現區域性甚至全球範圍內的雷達數據共享，以及多部雷達協同觀測的優勢。 第六章：氣象雷達的維護與故障排除 一個穩定、可靠的氣象雷達係統是保證業務連續性的基礎。本章將聚焦於氣象雷達的日常維護和故障排除。 日常維護規程： 詳細介紹氣象雷達各組成部分的日常檢查內容，包括天綫係統的清潔與校準、發射接收設備的運行狀態監測、信號處理單元的參數設置檢查、數據記錄與傳輸的穩定性評估等。 常見故障分析與排除： 針對氣象雷達運行中可能齣現的各種故障，如接收信號減弱、增益漂移、雜波抑製效果差、速度測量不準確、偏振參數失真等，本章將深入分析其可能的原因（如部件老化、連接不良、軟件故障、外部乾擾等），並提供詳細的故障排除步驟和建議。 雷達係統校準： 介紹氣象雷達係統校準的重要性，包括晴空校準、晴空增益穩定度校準、多普勒速度校準、偏振參數校準等，並闡述具體的校準方法和流程。 安全操作規程： 強調氣象雷達設備在運行和維護過程中的安全注意事項，特彆是高壓、高頻輻射等方麵的防護措施。 結論 氣象雷達技術是氣象科學領域一項至關重要的支撐技術。本書係統地闡述瞭氣象雷達的基本原理、關鍵技術、發展曆程以及在降水、風場、風暴監測等方麵的廣泛應用。通過對氣象雷達探測能力的深入理解，我們能夠更好地把握天氣係統的演變規律，提高氣象預報的準確性和時效性，為防災減災、國民經濟發展提供有力保障。本書旨在為讀者提供一個紮實的基礎和全麵的視角，以應對氣象雷達技術發展帶來的機遇與挑戰。