风廓线雷达.ppt

风廓线雷达简介提纲?研究历史?结构?工作原理?三个特点?三种类型?测量精度?信息提取?应用现状?选址和维护研究历史?传统的测量采用雷达跟踪一个气球携带的探空仪和反射器的方法,这种测量方法测量时间间隔长、数据率低、消耗大?美国从七十年代末开始了新一代遥感探测系统——风廓线雷达的研究和开发。到 1992 年美国已在其中部地区部署了 31 部风廓线雷达, 并组成业务运行网?日本、芬兰、德国、英国等国家都已经或正在建立自己的风廓线网。?我国也一直在开展风廓线雷达的研制及研究工作并取得一定进展 ,1989 年中国气象科学研究院研制了 UHF 风廓线雷达探测系统,用于北京中尺度灾害天气预报基地的业务试验,并证明了其有效性和可靠性。探空气球和风廓线雷达结构?边界层风廓线仪一般由 4 个部分组成: ?(1) 天线:天线阵分为 4 块,每块上各有 12 × 12 根外部用树脂管密封的细铜管排列构成。?(2) 模块箱:内部有 24 个模块分别控制 24 组天线。?(3) 收发装置: ①向模块箱里的激励单元传送发射信号,并对各波束进行控制。②从模块箱接收观测信号, 并检测出信号的相位。③在收发装置中还产生这个系统的时间信号,用于系统的时序控制。?(4) 数据处理单元:主要是用计算机处理收发装置送来的数据,以图形方式将处理后的产品显示出来,同时保存数据文件风廓线雷达组成框图工作原理?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。风廓线仪向天空发射无线电波,并接收它的回波,这些回波是由于大气湍流在空中不同层面引起的电波折射而产生的,通过对回波的处理和分析就可以获得湍流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。大气湍流的运动是随背景风的运动而运动的,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多普勒速度和方向。?雷达气象方程把接收功率 Pr 和雷达参数(发射功率 Pt,天线增益 G, 雷达波长λ,脉冲长度 h,水平波束宽度θ,垂直波束宽度φ,距离 R)以及目标物的特性(反射率η)联系了起来。接收功率与反射率成正比,而反射率又正比于折射率结构常数,所以, 仪器的接收功率与折射率结构常数成正比。当风廓线仪向大气层发射无线电波时,由于湍流脉动,大气折射指数产生相应的涨落会使波束的电磁信号被散射,其后向散射将产生一定功率的回波信号,风廓线仪就是通过接收处理这些回波信号来获取风场的信息。实际仪器设计为三波束或五波束轮流发送,测出沿各波束发射方向的径向风速,就可合成垂直运动速度、水平风向和风速。就如图所示的为三波束, 一束向上,两束分别以α向东和向北倾斜。雷达在器探测周期信号束会由垂直转向东,再转向北,最后又回到垂直位置,将会得到不同方向的三组多普勒要素,根据矢量合成原理,最终得到代表站上空的风向和风速。 RASS ?风廓线仪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,分布在廓线仪天线阵的每一边并垂直向上发射声波。廓线仪把声波作为目标接收并处理反向散射,同时测得传播速度。由于声速与大气温度有很好的对应关系,所以可以通过廓线仪测得的声速来得到有效温度廓线。