多普勒技术在气象保障中的应用.pdf

多普勒技术在气象保障中的应用多普勒天气雷达的相关理论子对雷达发射波束反射频率与发射频率的差值——多普勒频偏与粒子的径向(沿雷达陈松多普勒天气雷达是将多普勒技术应用于天气雷达，其探测原理是利用云中运动粒波束方向)速度成正比的性能来探测云中气流运动。也就是说，运用多普勒技术的天气雷达不仅能够探测云体的强度，而且，更为重要的是具备了探测大气流场结构的性能。多普勒天气雷达可以探测到一定范围内的冰雹、龙卷、雷雨大风、冷锋、阵风锋、下击暴流及暴雨等灾害性天气，并由多普勒图像直接反映出灾害天气的流场结构，可以为气象保障人员提供准确、可靠、及时的气象信息。雷达图像的PPI显示，是指雷达天线在一系列固定仰角上扫描360。进行取样，并经过对目标物的数据进行分析、处理而得出的结果。在每个仰角上(图I)，沿雷达波束向外径向距离增加，离地高度也增加。因此，当环境风场只随高度变化时，雷达扫描一周便能揭示出从地面到雷达显示范围边缘高度上所有风的信息。来立世101部从PPI显示方式摘要：本文简要介绍了多普勒天气雷达的相关多普勒技术，并通过典型个倒，阐述了多普勒图像在气象保障中的分析和虚用，提出了进行多普勒凰像分析时应注意的问题。(a)圈1多普勒雷达探牙示意图主题词：多普勒．天气雷达．流场，零值线，气象保障961《
嵝秤粉、何瓠冬f＼／值带)进行大气流场(主要指风向)的分析。零值线一种情况表明此处的风向与雷达探测的径向是垂直的；另一种情况是该处真实风速为零(也可能是速度极小或处于静止状态)。当所有高度上的风速都是一样，风向从地面上(雷达站)的南风均匀地改变到显示边缘高度上的正话风(图2a)时，图2b表明了如何沿着多普勒速度的零值线／一r例如，在显示区的外缘，当雷达指向正北和正南时，多普勒速度值为零，这意味着在相应高度不是正西风就是正东风。由于在显示区的西部边缘多普勒速度值是正的(朝向雷达的分量)，东部边缘的多普勒速度值是负的(离开雷达的分量)，那么很明显．在雷达图像显示区边缘高度上风向是由谣向东的。当雷达指向零值线上的点2时，其方位是330。，那点上的风向是330。±900。由于风从整体上是由西向东的，那么点2处的风向应是330。--90。-240。；依此类推，点3、5和6上的风向分别是300。50。+90。-240。。在点4(地面雷达站)处零债2零值线的意义在分析多普勒图像时．关键是要寻找到零值线(即零值带)，然后围绕零{豇线(零来分析风向。--90‘210。，120。+900-210。和I(a)‘固定仰角(p，绕垂直轴Z的雷达扫描；(b)从上往下看图(a)，表示PPI显示，R。是相应离地高度为H的显示边缘的斜距(在凹锥面上)。任一雷达扫标物(敝射体)的三维坐标(x,y，h)由方位角e-仰角甲和斜距『s算出。图2环境风场及其相应的多普勒速度显示图环境风场平面图：风速固定，在地面为南风(图像中心)，均匀地经西南风变为图像边缘处的西风。(b)说明如何利用多普勒速度零值线来解释水平均匀流场的风向(粗实线为零值线)。(a)I卜冉
黟{，岔厂F@豢线是东西向的，因为地面风是由南面过来的，风向180。。掌握典型流场的多普勒模式，对于分析复杂天气系统的流场结构有着重要的意义，下面主要介绍基本气流模式、暖切变流场模式和冷锋(冷切变)流场模式。1．3．1基本气流模式(图3)如图3，基本气流(水平面上风向风速一致、风速随高度先增加后减小的西南气流)的方向是从趋近(正值)中心吹向远离(负值)中心，并和零值线所在的向径方向垂直，这就是基本气流径向速度分布模式。其它方向的基本气流的趋近区、远离区和零值线也随之而变，但图形一样。1．3．2暖切变流场模式(图4)3典型流场的多普勒模式图3基本(西南)气流的多普勒速度场模式风矢为流场．正值区为趋近区．负值区为远离区。I(a)切变线位于测站以南(b)切变线位于测站以北圈4暖切变的多普勒速度场模式风矢为流场．正值区为趋近区，负值区为远离区。
。笺≮j沥√jZ‘一一7_多普勒图像在气象保障中的分析和应用分析流场为暖切变的着眼点是：第～，多酱勒速度场图像分布大体成呈倒三角形，在一、二象限为远离区，三、四象限为趋近区；第二，远离分量的范围较越近分量的范围大，并有二个远离分量极大值，分别位于第一和二象限；趋近分量极大值大致位于第三象限；第三，零值线有明显折角。折角以西零值线呈WSW—ENE走向，并且等值线密集；第四，暖切变位于在趋近区一侧的WSW—ENE走向等值线密集带的南沿到等值线的折角处；第五，折角位于测站以东时，暖切变位于本站以南；折角位于3．3冷锋(冷切变)流场模式(图5)分析流场为冷锋(冷切变)的着眼点是：第一，零值线大致呈NE—SW走向，附近等值线密集，且有明显折角；第二，冷锋基本位于等值线密集带靠近远离速度中心一侧，并向零值线折角方