黑龙江省黑瞎子岛新一代多普勒天气雷达CINRAD/CA系统

【导读】该雷达系统由雷达天线塔、雷达信息处理中心和抚远国家气象观测站及配套系统组成。

气象雷达属于雷达领域中的一个重要分支,其发展至今大致经历了从模拟、数字到以美国NEXRAD为代表的新一代气象雷达三个发展阶段。由控制面板、显示器、天线和收发机构成了气象雷达主要部件。机载气象雷达还需由垂直陀螺提供倾斜和俯仰稳定信号，倾斜和俯仰信号可以由单独的垂直陀螺组建提供，也可由惯性基准系统提供。

近期，黑龙江省黑瞎子岛新一代多普勒天气雷达CINRAD/CA系统正式投入业务运行。该雷达系统由雷达天线塔、雷达信息处理中心和抚远国家气象观测站及配套系统组成，能够实时、准确地获取更高精度和更大范围的降水量、天气过程和风场信息等数据，增强了对暴雨、冰雹、大风等灾害性天气过程的监测能力和气象防灾减灾能力。

天线塔是用于支撑天线并使其保持一定高度的建筑物。一般采用钢制或钢筋混凝土制。天线塔有三种设置方式：一是在高层电信楼顶层设敞开式天线层(天线平台);二是在电信楼顶层设钢结构或钢筋混凝土结构天线塔;三是独立的天线塔。塔高由工艺设计确定，但在天线发射方向上应高于城市其他建筑物。微波信号对方向性要求较严，因此应尽量减少天线的扭转和晃动。目前天线正由单一功能向多功能方向发展。

多普勒天气雷达，是一种主动遥感的探测工具，在测量云、降雨和各种强对流天气发生发展内在因素方面有重要的应用，其工作原理即以多普勒效应为基础，可以测定散射体相对于雷达的速度，在一定条件下反演出大气风场、气流垂直速度的分布以及湍流情况等。这对警戒强对流天气等具有重要意义。多普勒雷达是世界上最 先 进的雷达系统，有“超级千里眼”之称。相较于传统天气雷达，多普勒雷达能够监测到位于垂直地面8-12公里的高空中的对流云层的生成和变化，判断云的移动速度，其产品信息达72种，天气预报的精确度比以前将会有较大提高。

新一代多普勒天气雷达的产品包括基本产品和导出产品。基本产品有三个：反射率因子、平均径向速度、谱宽。反射率因子描绘了一个完整的360º方位扫描的回波强度数据，数据等级用dBZ表示。雷达操作者可依靠反射率因子产品确定回波的强度，确定风暴的强弱和结构以及强降雨(雪)带，还可根据反射率因子随时间的变化确定降水回波的移动以及未来的趋势等。

平均径向速度表示整个360º方位扫描径向速度数据，径向速度即物体运动速度平行与雷达径向的分量。径向速度有许多直接的应用，可以导出大气结构，风暴结构，可以帮助产生、调整和更新高空分析图等。

平均径向速度产品有两点局限性：

一是垂直于雷达波束的风的径向速度被表示为0;二是距离折叠和不正确的速度退模糊。谱宽数据实际上指的是速度谱宽数据，它是一个对速度离散量的度量。它可提供由于风切变、湍流和速度样本质量引起的平均径向速度变化的观测，也可用来确定边界(密度不连续面)位置、估计湍流大小及检查径向速度是否可靠。

导出产品是雷达产品生成系统(RPG)根据基本数据资料通过气象算法处理后得到的产品，比较重要的有相对于风暴的平均径向速度图、相对于风暴的平均径向速度区、强天气分析、组合反射率因子、回波顶、剖面产品等。最常用的还是基本产品，导出产品只能起到提示和参考作用。

气象雷达的工作范围包括

距离测定

气象雷达发射的电磁波是以光速c在空中向前传播，通过测量所接收到的目标回波信号与发射脉冲之间的时间间隔t，可以算出目标相对于飞机的距离L=ct/2。它的距离分辨力决定于脉冲的宽度，要提高区分近距离目标的能力，必须使用较窄的脉冲宽度。

方位测定

它是通过测定雷达天线波束轴的瞬时方位来确定目标方位的。雷达天线所形成的辐射波束是宽度很窄的圆锥形波束，当天线指向某一方位时只有该方位的目标回波才能被雷达所接收，把该信号的位置传输给显示器，使回波图像显示在显示器的相应方位，就可以确定目标的实际方位。雷达的方位分辨能力取决于天线水平面内的波束宽度，天线波束在水平面内的宽度越窄，其方位分辨力越好，为保障良好的方位分辨力，采用平板缝隙天线阵。

降水探测

虽然雨、冰雹和雪都属于导电的水物质，气象雷达可以探测雨滴或湿的冰雹，却无法探测云、雾、干燥的冰雹、冰晶或雪。含水物质对于雷达发射的射频脉冲能量有一部分被吸收、损耗和散射，其余都被有效的反射，只要在雷达监测的范围内，且具有一定的直径和密度的降雨区域均能产生有效的回波，从而被气象雷达检测出来。反射回的信号强弱与目标含水量有关，接收器接收到信号就可分析目标的性质和强弱，并在显示器是用不同的颜色表示。

湍流检测

湍流是指在一定的空域中急速且多变的运动气流，它会使进入其中的飞机产生颠簸甚至对飞机结构造成破坏。暴雨区域常伴有湍流，其危害不言而喻。对湍流的检测是基于多普勒原理实现的机载微波多普勒雷达低空风切变探测系统，多普勒频移与相对速度的偏差成正比f=2v/λ。接收机将所接收到的信号的多普勒频谱宽度与规定的门限值作比较，如果大于规定值，就判断目标是湍流并给出警告信息。需要特别注意的是干燥的湍流是无法被探测和显示的。

风切变检测

风切变是指在一个较小的区域内，风向和风速突然发生改变。风切变是导致飞行事故的重要因素，特别是低空风切变对飞机起飞和着陆安全威胁巨大，不仅能使飞机航迹偏离，而且会破坏飞机的稳定性。切变检测方法和湍流基本相同，雷达根据风切变区域产生的回波的多普勒频移的频谱特征来实现前视风切变检测的。气象雷达并不能保证检测出所有的危险天气区域，所以决不能把雷达的显示图像作为危险气象和地形的依据，对于探测出的危险应选择避让而不是穿越那些区域。在选择探测范围时不应过小，那会使飞机进入盲区而无法感知危险，同时距离过近也会造成没有安全距离来避开已临近的恶劣气象，从而发生危险。

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标签：多普勒天气雷达 , CINRAD/CA系统 , 气象雷达

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