新一代多普勒天气雷达与常规天气雷达的理论对比分析

崔炳俭

【摘 要】通过对常规天气雷达与新一代多普勒天气雷达在探测原理、系统设备、性能指标和应用产品等方面的对比，进一步认识新一代多普勒天气雷达的优势。

【关键词】新一代多普勒天气雷达；常规天气雷达；理论；分析

中图分类号： TN959.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）23-0293-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.133

【Abstract】By comparing the conventional weather radar with the new generation Doppler weather radar in detection principle，system equipment，performance indicator and application product，the advantages of the new generation Doppler weather radar are further recognized.

【Key words】A new generation of doppler weather radar；Conventional weather radar；Theory；Analysis of the

0 前言

为促进对新一代多普勒天气雷达的认识和了解，加强对新一代多普勒天气雷达的理论研究和应用，转变雷达维修思路和保障模式，更好的熟悉和应用新一代多普勒天气雷达提供的产品信息，并能够在气象保障中将其与其他资料数据有机结合起来，下面就两类不同的天气雷达（常规天气雷达713型为例、新一代多普勒天气雷达以CINRAD/SB型为例）在探测原理、系统设备、性能指标和应用产品等方面进行理论对比分析。

1 探测原理

常规数字化天气雷达利用的是降水回波的幅度信息，即利用信号强度来探测云雨区的分布、强度、垂直结构等；新一代多普勒天气雷达除了具备探测云和降水回波的位置及强度功能外，还可利用降水回波频率与发射频率之间变化的信息来测定降水粒子的径向速度，并由此推断风速分布、垂直气流速度、大气湍流、降水粒子谱分布、降水中特别是强对流降水中风场结构特征等。两者探测原理的最大区别在于常规天气雷达只研究气象目标回波中的振幅；而新一代多普勒天气雷达同时还研究气象目标回波中的位相；根据反射率因子和平均径向速度的回波特征来推断造成回波的天气系统的特征。

2 系统设备

（1）在常规数字化天气雷达体制方面713天气雷达由磁控管输出大功率射频信号，是一种非相参体制雷达，只能获取回波强度信息。新一代多普勒天气雷达以CINRAD/SB采用国产永磁速调管内置钛泵抽真空作为末级功率输出管，其輸出的大功率射频信号的相位与接收机频率源信号的相位相关，使雷达具备全相参的功能。

（2）在信号处理技术方面对于常规天气雷达而言，回波功率是唯一被使用的回波信号的特点，因为它直接与反射率因子有关，利用常规天气雷达进行大的天气预报也仅仅使用反射率因子资料。而新一代多普勒天气雷达不仅提供反射率因子，还提供两种附加的基本资料---径向速度和速度谱宽，它们将增强对强风暴的探测能力，也能改进对中尺度和天气尺度有系统的预报。

（3）在系统硬件方面新一代多普勒天气雷达具有高增益低副瓣的天线系统，高相位稳定度的速调管放运大链发射机，大动态线性范和自适应算法的高性能数字中频接收机，高稳定、低相噪的晶体主振源组成的频率综合器，高精度、高速度的多普勒信号处理器、智能多普勒数据处理和显示终端系统。它在监测范围、自动化程度、可靠性、可维护性、气象产品提供等方面都比常规天气雷达有了很大的提高。

3 性能指标

由713和新一代多普勒CINRAD/SB雷达的性能指标可见，新一代多普勒天气雷达比常规天气雷达的监测范围大，探测精度和自动化程度高、采用了大量先进技术，使得全机性能和可靠程度大大提升。具有多种发射脉冲宽度，使得雷达既具有较高的距离分辨率又具有较强的探测能力。

4 应用产品

常规天气雷达只有基本数据产品，突出地表现在雷达获得的探测信息少，技术性能偏低、可靠性和稳定性差、组网能力弱等方面；加上雷达没有解决实时标校、抑制地物等非气象回波问题，资料的“定量”使用受到一定的限制。

新一代多普勒天气雷达能够监测到地面以上50～100公里的空中对流云层的生成和变化，判断云的移动速度，可生成图像产品、文本信息达几十种；具有三维数据的自动采集能力和科学的数据处理能力，资料的精确度比常规天气雷达有较大提高。

5 对比结论

新一代多普勒天气雷达采用脉冲多普勒技术对发生在大气层中的云、降水等天气现象进行探测，它对降水成因、中小尺度天气系统及强对流造成的灾害性天气的监测具有重要意义，是发布灾害性天气警报和临近预报的重要探测工具。与常规天气雷达相比具有更多的优势。

①具有风场探测能力。常规天气雷达只能得到天气系统的雷达回波强度分布信息，新一代多普勒天气雷达除此之外还能通过产生的多普勒速度场经反演获得风场和谱宽信息；新一代多普勒天气雷达的探测资料，对严重成胁飞行安全的下沉暴流、低空风切变、阵风锋和中小尺度气旋等危险天气的监测和预报有重要意义。

②灵敏度和分辨率提高。常规天气雷达对热带气旋（台风）的监测服务，主要是根据雷达反射率因子所描绘的“台风眼”几何中心位置的变化来跟踪热带气旋的移动，难以得到台风强度及其变化、“台风眼”附近的风害位置和暴雨带等有关重要特征，新一代多普勒天气雷达探测资料可以更好地反映热带气旋强度及环流结枃特征，并利用速度场信息确定台风中心，明显改善热带气旋（台风）登陆位置和强度中心，明显改善热带气旋（台风）登陆位置和强度预报的准确度。

③具有科学的数据处理能力。新一代多普勒天气雷达通过获得的晴空和大范围降水区内的风场资料等信息，对改善地形影响降水的短时预报、监测预报与锋面相关的天气变化、预报雷暴的发展和移动等有重要作用。将雷达资料用于数字预报模式，可明显提高短期和短时天气预报能力。新一代多普勒天气雷达通过采用先进的硬软件技术，显著提高了探测能力和扩大了应用领域。通过理论对比，我们对这两类不同体制雷达的工作原理、主要设备、性能参数和实际应用有了比较清楚的认识，有助于进一步开发和应用新一代多普勒天气雷达产品。

【参考文献】

[1]丁鹭飞，耿富录.雷达原理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[2]张培昌等.雷达气象[M].北京：气象出版社，2001.

[3]敏视达.新一代多普勒天气雷达系统的构成及工作原理.2004.

[4]CINRAD/SB型新一代多普勒天气雷达技术说明书[C].

[5]周红根，朱敏华.CINRAD/SA雷达故障分析[J].气象.2005，31.

[6]中国气象局新一代多普勒天气雷达监测网络司，新一代天气雷达功能规格需求书[M].1997.