氣象雷達(dá)回波（氣象雷達(dá)回波）

氣象雷達(dá)回波

qi xiang lei da hui bometeorological radar echoes

回波的測定

雷達(dá)發(fā)射的是間斷的電磁波束(脈沖)，它在空間占有體積V,當(dāng)這一波束進(jìn)入云雨中時，只有V/2（有效散射體積）的粒子的后向散射，能夠同時到達(dá)雷達(dá)天線處而構(gòu)成氣象雷達(dá)回波。利用給出的回波功率同雷達(dá)特性參數(shù)和有效散射體積內(nèi)粒子散射之間的關(guān)系，就可以根據(jù)氣象雷達(dá)回波對云和降水等進(jìn)行定性和定量研究。

回波的分類

不同的降水系統(tǒng)，雷達(dá)回波有不同的特征。

通常由緊密排列成帶的許多回波單體組成（圖1[ 平面位置顯示器上冷鋒的云系和降水回波]），當(dāng)冷鋒由遠(yuǎn)處移至距雷達(dá)站約300公里時，在平面位置顯示器 (PPI)上，一般先能看到排成一行的離散回波塊。這是由于地表曲率和大氣折射的原因，即使以接近0°的仰角發(fā)射的波束，在300公里處，也只能探測到云體的較高部分。當(dāng)冷鋒移近時，雷達(dá)波束能夠掃視到云的下部比較寬大的部分，這時，回波帶中的單體變大，形成一條比較連貫的回波帶。在冷鋒經(jīng)過雷達(dá)站而向遠(yuǎn)處移去時，回波的變化則與上述過程相反。通常，一個完整的冷鋒降水系統(tǒng)的長度，可以達(dá)到600公里以上，因此一個站僅能探測到整個冷鋒系統(tǒng)的一部分。有時雷達(dá)觀測到的冷鋒系統(tǒng)不止包含一條雨帶。冷鋒的回波帶一般自西北向東南方向移動，但鋒前或冷鋒上空的暖區(qū)常吹西南風(fēng)，因而回波帶中的單體常向東北或偏東方向移動，與回波帶的整體移動方向之間有一夾角。

冷鋒回波單體的垂直結(jié)構(gòu)，和移動性孤立相似。在中國，這種回波單體頂部通常在七、八公里以上。在快速移動的冷鋒中，單體的前上部存在較大的云砧。單體總是處在不斷的新生、發(fā)展和消散之中，生命周期約為數(shù)十分鐘，而整個冷鋒回波帶的生命期則長得多。

在氣團(tuán)內(nèi)部出現(xiàn)的雷暴帶，其回波結(jié)構(gòu)和冷鋒回波帶很相似，但移動速度較快。有時在雷達(dá)屏幕上可以同時出現(xiàn)兩條以上的颮線回波帶。

氣象雷達(dá)回波

在距離高度顯示器 (RHI)上的回波圖象中，可以看到對應(yīng)于大氣溫度為0℃的高度附近的強(qiáng)回波帶，稱為零度層亮帶(圖3[穩(wěn)定性暖鋒降水在距離高度顯示器上的典型回波圖象]) 它的形成是由于緩慢降落的冰晶和雪花在零度層附近發(fā)生表面融化而使反射率增大的結(jié)果。在亮帶下面，粒子融化成雨滴，下落速度較大，使粒子濃度減小，反射率降低。雷達(dá)屏幕上觀測到的零度層亮帶，可估計(jì)0℃層的高度，也可在一定程度上驗(yàn)證大氣的穩(wěn)定性。在不穩(wěn)定性暖鋒降水的距離高度顯示器回波圖象中，可以看到水平的零度層亮帶和垂直柱狀的對流單體回波結(jié)構(gòu)同時存在。此外，在雷暴減弱之后的殘余降水中，也可看到零度層亮帶。暖鋒系統(tǒng)降水強(qiáng)度的變化較緩慢，雷達(dá)回波的時空變化也較小，這有利于驗(yàn)證降水強(qiáng)度和回波功率之間的定量關(guān)系。

與大尺度低氣壓（見）降水系統(tǒng)相聯(lián)系的回波，范圍很廣。在雷達(dá)的探測能力所及的范圍內(nèi)，回波大致連成片，但強(qiáng)度結(jié)構(gòu)很不均勻，如棉絮狀。這類回波的延續(xù)時間較長。

氣象雷達(dá)回波

氣象雷達(dá)回波

在螺旋雨帶的中心，有一個圓形的圍繞無回波空洞的強(qiáng)回波圈，稱為臺風(fēng)眼壁回波。在此眼壁位置上，對流發(fā)展最為旺盛，回波頂部高達(dá)十余公里。在眼壁回波以內(nèi)的無回波區(qū)，與臺風(fēng)眼中的晴空相對應(yīng)。在很多情況下，眼壁回波不是完整的，呈帶缺口的圓環(huán)狀。臺風(fēng)登陸后，逐漸減弱，臺風(fēng)眼逐漸被降水回波所填塞，臺風(fēng)雨帶的螺旋狀特征也逐漸消失，轉(zhuǎn)變?yōu)榇笃牡蛪航邓夭ā?/p>

通過對氣象雷達(dá)回波的觀測，可以較早地發(fā)現(xiàn)臺風(fēng)和確定臺風(fēng)中心的位置，探測臺風(fēng)雨帶中各部分的降水強(qiáng)度和風(fēng)速，并可研究這種強(qiáng)對流風(fēng)暴的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

不論是孤立的或夾雜在對流降水系統(tǒng)中的強(qiáng)雷暴單體，常有下列顯著的特征：回波強(qiáng)核（回波最高的區(qū)域）的反射率很大；單體的水平尺度也較大，一般為10～30公里，在距離高度顯示器上，回波主體呈直立粗柱狀，頂部達(dá)對流層頂，有時可達(dá)平流層下部；云體上部有向前方伸展的云砧，還有自砧部下垂的前懸回波；自前方低層流入的空氣構(gòu)成上升氣柱，在云中造成弱回波穹窿；單體中持續(xù)的強(qiáng)降水主要出現(xiàn)在入流上升區(qū)域的后面，構(gòu)成回波強(qiáng)度很大而形態(tài)陡直的“回波墻”(圖6[距離高度顯示器上移動性強(qiáng)雷暴的典型垂直結(jié)構(gòu)]);有時還可看到因過強(qiáng)的回波信號進(jìn)入天線旁瓣而造成的尖頂狀回波，出現(xiàn)在主體強(qiáng)回波核的正上方。這一類強(qiáng)雷暴，不僅產(chǎn)生、雷雨、陣性大風(fēng)，還可能產(chǎn)生和。

氣象雷達(dá)回波

氣象雷達(dá)回波

在靈敏度較高的氣象雷達(dá)顯示器上，偶爾能觀測到某些并非由水汽凝結(jié)體產(chǎn)生的回波。由于以前未能解釋此類回波的起因，它們曾被稱為“仙波”。這種回波有的是飛鳥或昆蟲引起的，有的是由折射率分布強(qiáng)烈不均勻的晴空大氣所產(chǎn)生的（圖 7[晴空回波]）。在厘米波段的氣象雷達(dá)上，觀測到的晴空回波主要出現(xiàn)在消散期雷暴前方的鋒面上或低空的逆溫層附近。晴空回波主要用和進(jìn)行探測和研究。

雷達(dá)所接收到的回波系雷達(dá)波所照射的空間有效散射體積中所有散射元(如云和降水粒子)的回波的總和，由于散射元之間的相對位移，到達(dá)雷達(dá)天線處的回波具有不同相位，這些波疊加的結(jié)果，造成了回波的隨機(jī)起伏。分析起伏參數(shù)，可以得到關(guān)于粒子的運(yùn)動信息和被測空間的湍流強(qiáng)度。

氣象雷達(dá)回波