氣象雷達在監(jiān)測危險性天氣中分析應(yīng)用研究2

1、2.4激光天氣雷達激光天氣雷達激光雷達對大氣的探測，主要是通過分析由激光器發(fā)射的激光與大氣中的折射率不均勻?qū)右约坝龅綒馊苣z等大氣粒子后，產(chǎn)生的后向散射(回波信號)而得到的大氣一些物理參數(shù)，如風(fēng)速、大氣溫度、大氣密度等。根據(jù)激光與大氣作用方式和探測目的的不同，演變出多種不同類型的激光雷達。米(Mie)散射激光雷達可連續(xù)地探測大氣邊界層中氣溶膠粒子的光學(xué)特性以及氣溶膠粒子和大氣邊界層高度的時空分布。差分吸收(DIAL)激光雷達可探測大氣邊界

2、層中污染氣體，如NO2、SO2、O3等含量的時空分布。拉曼(Raman)激光雷達根據(jù)同時接收到的水汽和氮氣分子對激光后向散射信號的比值，就可以計算出水汽混合比，探測邊界層中水汽含量的時空分布。多普勒激光測風(fēng)雷達根據(jù)接收的回波信號載頻相對于發(fā)射回波載頻產(chǎn)生的頻移，通過邊緣檢測方法進行風(fēng)速測量。即將激光主頻f0鎖定在碘吸收光譜響應(yīng)曲線中的某一段斜率較大的線段的中間處，當(dāng)大氣運動速度在掃描方向上的徑向分量Vr使照射到大氣上的激光主頻f0產(chǎn)生多

3、普勒頻移Δf，由于邊緣斜率很大，故很小的頻率變化(即多普勒頻移)Δf將使原f0變到了(f0Δf)處，這時碘分子濾波器的透射率會產(chǎn)生很大變化。只要能精確測量這種透射率的變化，就能獲取Δf值，再根據(jù)徑向速度與多普勒頻移的關(guān)系就可以求出大氣運動的徑向速度分量Vr。由于激光雷達與微波雷達相比工作波長短，多普勒雷達頻率靈敏度高，故具有極高的速度分辨率。但同時衰減也大，尤其是對降水衰減更大，因此多普勒激光測風(fēng)雷達一般探測范圍為10~20km，適用于

4、探測晴空或弱降水情況下水平風(fēng)向風(fēng)速的變化。香港國際機場的激光雷達系統(tǒng)是世界上第一臺用于機場天氣預(yù)警的激光雷達，與機場多普勒天氣雷達相結(jié)合，共同探測影響機場附近的風(fēng)切變。機場多普勒天氣雷達主要是運用微波探測大氣中降水粒子的移動速度，從而計算出風(fēng)向風(fēng)速，在有降水發(fā)生的情況下能有效地探測風(fēng)切變。激光雷達則利用波長為2μm的紅外光束探測大氣中塵粒和微細(xì)粒子的移動，在無降水的情況下也能測量大氣中風(fēng)向風(fēng)速及其變化。二者結(jié)合使用，在任何天氣情況下都能

5、探測到機場附近的風(fēng)切變及湍流。安裝在衛(wèi)星上。目前TRMM衛(wèi)星上的測雨雷達(PR)由日本NASDA(NationalSpaceDevelopmentAgency)公司制造。發(fā)射頻率13.796GHz，采用相控陣天線，波長約2cm，觀測范圍從地表到15km。TRMMPR雷達可以提供三維降水結(jié)構(gòu)，定量測量陸地與洋面降水量，通過所提供的降水分布的測量資料，提高TRMM中微波圖象的精度等。TRMM衛(wèi)星上還載有閃電成像傳感器何被動微波圖像儀等，應(yīng)用

6、這些儀器得到的資料，可對各種天氣現(xiàn)象，尤其是對發(fā)生在資料稀少的熱帶海洋等熱帶地區(qū)的天氣進行更為深入的研究。2.7機載雷達機載雷達從1980年代開始，陸續(xù)有多種載有不同波長何探測能力的機載多普勒雷達系統(tǒng)投入使用，近年來機載雷達技術(shù)的發(fā)展進步，大大提高了獲取風(fēng)和微物理學(xué)信息的能力。如機載雙波束多普勒雷達，即在一部雷達上有兩個天線，分別裝在飛機的前部與后部，產(chǎn)生前向與后向兩個波束，同一粒子運動速度V可以得到兩個徑向速度Vr1、Vr2，這樣可以

7、反演出雷暴云中的二維流場。另一個進步是與地面雷達相結(jié)合的雙站接收天氣技術(shù)，與多部雷達相比，前者易使用更易于布署和運轉(zhuǎn)，且高效。機載天氣雷達優(yōu)點的是探測范圍機動靈活，可以近距離靠近降水目標(biāo)，提高空間分辨率，不存在地物阻擋降水目標(biāo)及遠處地曲造成盲區(qū)，主要用于研究地面雷達網(wǎng)不能覆蓋或海洋上的中尺度天氣現(xiàn)象。如ChenKuYu等利用機載多普勒雷達在臺灣東南沿海對一發(fā)展種的中尺度對流系統(tǒng)進行觀測時，捕捉到一個長生命期中尺度氣旋發(fā)展初期特征，氣旋的

8、水平直徑由地表約40km，擴大到對流層中層的70km，形成一個明顯的斜槽，并一直與對流性降水緊密相聯(lián)。2.8移動雷達移動雷達在國內(nèi)外開展的大型大氣科學(xué)外場試驗中，各種移動觀測設(shè)備的使用，除了使常規(guī)觀測網(wǎng)的密度加大而獲得更好的加密資料外，通過對特定的天氣系統(tǒng)，特別是影響巨大但空間尺度小且變化迅速系統(tǒng)的預(yù)測，移動設(shè)備能夠很快布設(shè)在預(yù)定區(qū)域，增加了獲得象登陸臺風(fēng)、龍卷風(fēng)等強對流系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)探測的機會。其中移動雷達是最為常用的移動設(shè)備之