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天气雷达技术在天气探测中的应用


摘 要:在中小尺度范围内监测具有突发性以及灾害性天气并及时做好预警工作中,天气雷达往往起着十分突出的作用。大力发展天气雷达技术能够大大增强我国对中小尺度天气的变化研究水平与能力。因此为了更好的了解中小尺度天气系统的发生、发展以及具体的演变中存在的原理,我国也涌现出很多天气雷达技术。本文主要从天气雷达技术的发展历城出发,分析当前我国天气雷达技术发展现状,探究天气雷达技术的具体应用方向。

关键字:天气雷达;应用;天气探测

天气雷达是对大气进行有线监测的重要技术手段,随着我国对天气准确预测需求的增加,我国天气雷达技术也获得了快速有效的发展。尤其是在对天气进行短期、临时性预报过程中,天气雷达的作为一种直观的观测设备,作用更加明显,因此在对大气进行监测以及对天气进行预报领域都得到大面积的使用,针对天气雷达技术的发展与应用进行分析能够为后续研究提供参考借鉴,对我国天气监测技术的发展与进步有着十分重要的现实意义。

一、天气雷达的发展历程

天气雷达作为对大气系统进行检测的重要技术手段,在最近五十年的是建立经历了模拟、数字以及开普勒三个重要的发展阶段,取得了突破性的进展。

(一)模拟天气雷达

顾名思义,模拟天气雷达就是一种根据模拟信号研制出来的雷达系统,能够根据大气中降水粒子对电磁波的散射作用进行检测工作,但是在检测中,模拟显示器能够显示的区域范围仅限于降水与云体的空间位置。

(一)数字化天气雷达

数字化天气雷达与模拟天气雷达有着明显的区别,它是在模拟天气雷达的基础上借助电子计算机技术对回波强度进行加工处理,使得检测的气象目标能够在数字化处理中自动生成图像,无论是从检测的有效性还是天气预测的准确度来说,都有着明显的提升,大大提升了我国天气预报与预警水平。但是在具体的使用过程中收到外部环境因素的影响,数字化天气雷达监测到的信息不仅数量少,还存在信息不稳定、可靠性不足等问题。

(二)多普勒天气雷达

多普勒天气雷达是根据多普勒效应研究发展出来的全新天气雷达技术,不仅能对大气系统的云况以及降水的强度进行监测预测,还能够有效观测风场与湍流等实际情况。但是单单只有多普勒功能的天气雷达还无法对天气系统全面有效的分析其具体的演变过程与原理。其中,多普勒天气雷达技术主要是针对降水情况进行精准的监测,但是由于大气中存在的降水粒子表现出多样化的相态,多普勒天气雷达还无法有效的对降水粒子相态进行识别,难以快速有效的分析出雨滴谱信息,造成其对降水难以有效的进行精准定量测量。因此迫切需要进一步发展能够识别降水粒子相态的新型天气雷达技术,这也是在未来一段时间里天气雷达技术发展的主要方向之一。

二、天气雷达技术研究现状
(一)双线偏振技术

与一般常用的多普勒天气雷达相比,双线偏振天气雷达在能够天气系统分析过程中获得气象目标的平均径向速度Vr 反射率因子Zh 以及速度谱宽 W 等重要的分析数据的同时,还能够准确的获得诸如双程差示传播相移φDP 退偏振比 LDR其他偏振参数。
(二)脉冲压缩技术

在天气雷达运行过程中,发射功率、接收机的灵敏度以及脉冲宽度等各种参数的共同作用决定了雷达自身的实际作用距离,但是需要注意的是,天气雷达的距离分辨能力直接受到天气雷达发射出的信号宽大的影响。一般来说,常规的脉冲雷达所具有的信号发射宽度以及脉冲宽度都是常量,在这种情况下如果不相应的升级雷达的硬件设施,会在雷达的作用距离以及实际距离分辨能力之间形成矛盾。

三、我国天气雷达在天气探测中的应用

(一)双线偏振雷达定量估测降水

双线偏振雷达技术早在上个世纪八十年代就已经在我国出现并得到应用,在具体应用过程中可以分为两种方式,一是借助Zh 与降水强度R之间存在的关联性,经过模拟搭建Z-R 关系,以雷达反射因子Z求出R值;二是借助降水强度R与双线偏振雷达的偏振参数之间存在的关系来开展降水估测。我国针对双线偏振雷达与定量估测降水之间的关系已经存在了很多相关的研究,并积累了一定的研究经验。

(二)脉冲压缩技术在全固态天气雷达中的应用
   
如何借助脉冲压技术在全固态天气雷达中进行有效应用是我国天气雷达技术研究的一项重要内容,虽然真正在外场开展相关实验的成果不多,但是也有了一定的研究基础。古庆同早就如何在全固态天气雷达平平台上对线性调频信号进行脉冲压缩开展了研究,并且进行多场实验;史朝在全固态天气雷达中引入了自适应旁瓣抑制技术,并且与过去研究中常用的方法进行了实验比较,证明了其实验优化性;此后在全固态天气雷达中脉冲压技术被实现并且还相应的出现了各种优化方案与模式,为我国天气雷达中脉冲压缩技术的应用发展奠定了基础。

(三) 相控阵天气雷达探测能力及资料对比

相控阵天气雷达在我国还处于研究的初步阶段,目前主要对相控阵天气雷达与开普勒天气雷达的对比、相位扫描天线的波速展宽与天线增益之间的关系、相控阵天气雷达方程与观测模式的设计等基础性的工作开展的研究。

(四)毫米波测云雷达对云微物理特征的探测
   
利用毫米波测云雷达开展云观测在我国在就已经存在相关的研究,无论是如何对云中含水量的分布原理与方法还是云中存在的不同形态水的含量,又或者是对云相态进行精准的识别,还是与多普勒天气雷达结合开展研究分析来识别云中的云滴与降水粒子,我国天气雷达技术研究都已经有所涉及,并有了相关的研究结果,对未来我国天气雷达的发展与改进有着重要的指导作用。

为了更好地满足我国现代化社会生产生活对气象探测提出的新要求,需要大力发展以双线偏振技术、脉冲压缩技术等为代表的天气雷达,以更好的对降水粒子相态进行识别,提升降水定量监测的准确度,对天气的变化进行快速有效的跟踪与监测。分析我国天气雷达技术的发展与应用,当前我国天气雷达技术无论是在技术创新发展还是设备的研发等领域都处于发展阶段,与世界发达水平还存在一定的差距,需要相关科研工香港王中王精选24码中特加大研究力度,积极寻求合作,主动向外借鉴学习,以实现我国天气雷达技术的更好发展。

参考文献:

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