在天线方向图上,两个半功率点方向的夹角,称为波束宽度。波束宽度越小,定向角度的分辨率越高,探测精度越高。天气雷达的波束宽度通常不超过2度,多普勒雷达的波束宽度一般不超过1度。波束宽度的大小取决于抛物面反射体的直径和雷达工作波长。
(2)天线增益 在相同辐射功率条件下,在波束方向上定向天线的能流密度与各向均匀辐射的天线的能流密度之比,称为天线增益,以G表示,天线增益与天线波束宽度具有一定的关系。天线增益以分贝(dB)表示:分贝(dB)=10log(定向天线的能流密度)/(各向均匀辐散天线的能流密度)。
6. 接收机和显示器
接收机:
接收来自目标物的回波信号,经过放大后送往显示器进行显示。回波信号常常非常微弱,接收机必须具有接收微弱信号的能力,这种能力称为灵敏度。灵敏度用最小可辨功率表示。它是回波信号刚刚能从噪声信号中分辨出来时的回波功率。
显示器:
(1)平面位置显示器(简称平显或PPI)是天气雷达中最常用的一种显示器。在这种显示器上,电子束一方面以脉冲重复频率自屏幕的中心向外作等速的径向扫描;另一方面通过天线传动装置,使径向扫描为同步地随天线绕垂直轴旋转,当有回波信号进入时,在相应的距离和方位上扫描线增亮,从而显示出回波,其亮度取决于回波信号的强度,近代采用了视频积分处理器,将回波信号按不同的强度用不同的灰度或彩色显示出来。当雷达天线扫描一周时,屏幕上显示出测站周围目标的分布和回波强度。
(2)距离高度显示器(简称高显或RHI) 也是天气雷达中最常用的一种显示器,用来显示垂直剖面,纵坐标是高度,横坐标为水平距离,高度坐标放大,所显示的回波在垂直方向被拉长了。
天气雷达的产品应用
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。到目前为止,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。
据专家介绍,多普勒雷达是目前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。1991至1997年,美国在全国及海外布网的165台NEXRDA被称为天气雷达系统的典范,是目前世界上最先进的和最精确的天气雷达系统。它所采用的多普勒信号处理技术和自动产生灾害性天气警报的能力无与伦比。NEXRAD可以自动形成和显示丰富多彩的天气产品,极大地提高了对超级单体、湖泊效应雪、成层雪、雷暴、降水、风切变、下击暴流、龙卷、锋面、湍流、冰雹等重大灾害性天气的监测和预报能力。对强雷暴的侦察率是96%,对龙卷的发现率是83%,对龙卷警告的平均预警时间是18分钟,而在未建NEXRDA网络之前,美国国家上述参数的平均值分别是60%,40%和2分钟。从中可以预料CINRDA将从根本上增强探测强雷暴的能力,能较早地探测到晴空下威胁航行的大气湍流和发生灾害性洪水的可能,并为水资源的管理决策提供极有价值的信息。新一代天气雷达系统建设是我国20世纪末21世纪初的一项气象现代化工程,计划在全国建成S频段和C频段雷达156部,相信该系统建成后,我国的气象现代化水平会上一个新的台阶。