三.3+雷達強度場的非降水類回波分析

三、3非降水回波的圖像分析

（ζ10.4）大氣科學(xué)學(xué)院白愛娟識別雷達回波信號

氣象雷達探測最終目的是將探測獲取的回波信號應(yīng)用于實際預(yù)報業(yè)務(wù)和天氣學(xué)研究中，但由于接收到的目標千差萬別，產(chǎn)生的回波在形態(tài)上也各不相同。正確識別雷達回波對應(yīng)的目標物性質(zhì)和類型，不僅是分析和運用氣象雷達回波資料的基礎(chǔ)，也是雷達探測業(yè)務(wù)的重點。雷達回波分類一、降水類回波：降水粒子直接形成的回波。二、非降水回波：指沒有產(chǎn)生降水的云、霧、晴空大氣、地物等目標物對電磁波的散射所產(chǎn)生的雷達回波。分類：根據(jù)目標物的類型，將非降水類回波分為：①地物回波、海浪回波、同波長干擾回波等，與氣象無關(guān)的干擾回波。②晴空回波、超折射回波、三體散射和旁瓣回波等。這些回波可能與特殊的天氣類型有關(guān)。雷達探測到的非降水回波

雷達探測的非降水回波包括：①非氣象類回波：雷達探測到除云和降水等氣象目標物散射電磁波能量外，一些非氣象目標物：山地，建筑物，飛機，飛鳥，昆蟲，船舶，海浪等，也能散射電磁波能量，形成回波信息。②氣象類回波：由于晴空大氣的特殊折射，以及雷達本身性能的原因，探測到一些與氣象因素有關(guān)的虛假回波：三體散射、旁瓣回波、窄帶回波、超折射回波、二次回波等。雷達回波的分類三體散射、旁瓣回波、二次回波非氣象回波氣象回波1、地物回波由山地及各種建筑物等對電磁波的散射而產(chǎn)生的回波。地物回波的目標物有兩類：(1)地表：山脈，丘陵，島嶼，海岸線等。(2)地表上的人工建筑物。地物回波的PPI識別1、PPI：回波形狀與地形一致，邊緣清晰，位置固定，不隨時間變化。正常折射情況下，相同仰角下地物回波的范圍、數(shù)量一般不會變化。熟記地形，或抬高仰角地物回波就會消失。相同仰角下地物回波的多少和強弱，取決于：①雷達技術(shù)參數(shù)，工作狀態(tài)和地形條件；②大氣折射狀況。對雷達站正常大氣情況下，地物回波的數(shù)量和范圍是固定的。但是當(dāng)出現(xiàn)負折射（向上彎曲）時，地物回波明顯減少。出現(xiàn)超折射時，地物回波將增多。地物回波的識別2、RHI識別：地物回波的高度比氣象目標物的高度低很多，RHI呈矮小的柱狀，兩頭尖。回波高度可作為識別地物回波的依據(jù)。反射率因子值很低，通常在20dBz以下，呈點狀分布，離雷達站較近。降水云回波：>15dBz。地物回波的特征當(dāng)大氣出現(xiàn)超折射現(xiàn)象時，地物回波明顯增多。地物回波的特征雷達探測的地物回波地物回波圖像

強度R速度V回波分類地物回波強度：10-15dBz，徑向速度：0m/s左右地物回波的小結(jié)識別：PPI-離散的點狀，邊緣清晰，位置固定，強度少變。RHI-呈小柱狀，高度低。特點：1、和地形有關(guān)，位置固定，強度變化不大；2、徑向速度為零或很??；4、回波強度弱，20dBz以下，梯度大。1）阻擋作用：當(dāng)雷達仰角較低時出現(xiàn)地物回波，將無法探測到地物遠離雷達一側(cè)的目標，形成探測盲區(qū)。一定仰角下，當(dāng)氣象回波從遠處向測站移來，越過地物后，回波范圍將增大，強度將增強，形成虛假的回波增強現(xiàn)象。2）若地物回波離測站較近時，有可能降水回波和地物回波連成一片，影響降水回波的強度，且不易確定氣象回波的邊界。為了減少地物對雷達探測的影響，盡量將雷達架設(shè)在較高地形上。

地物回波對雷達探測的影響1、抬高仰角：抬高仰角地物回波的范圍迅速減小。當(dāng)天線抬高到一定仰角后（仰角>=地物的最大擋角），地物回波將消失。

2、根據(jù)晴天接收到的回波制成地物回波，在雨天觀測時可以去掉雜波區(qū)的測值，利用周圍區(qū)域的資料內(nèi)插。使用雷達可以從移動的雨區(qū)中剔除靜物雜波(通常稱為抑制)，產(chǎn)生抑制和無抑制回波。

消除地物回波的方法無抑制圖形抑制后的圖形2、云的回波云的回波是位于地面上空的那些回波，而降水回波是回波與地面相接的回波。云滴尺度較小，對電磁波的散射能力弱，最好用波長較短的雷達（0.86cm或1.25cm）才能探測到。當(dāng)云中含有較大的降水粒子時天氣雷達在較近的距離上，有時也能觀測到云的回波?；夭ㄌ卣鳎簭姸热?，回波范圍較小，在RHI上回波底部不及地。不同類型的云，回波又有差別。2、云的回波-非降水特征：1、RHI:不接地；2、PPI:回波強度弱，幾個dBz，成片；云的回波非降水云的回波降水云和非降水云回波對比海浪回波：指海水及其浪花對電磁波的散射而產(chǎn)生的回波，是沿海雷達探測到的特殊回波。PPI：由許多分散的針狀回波組成，呈扇形向外輻散，強度較弱且均勻。海浪回波高度較低，通常只有在天線仰角為0o或0o以下時才能探測到。海浪的高低取決于海上的風(fēng)力，海浪回波的范圍可以反映海浪的高低或海上風(fēng)力的大小。一般隨著風(fēng)力的增大，引起海浪增高，海浪回波范圍也相應(yīng)增大，回波的強度增強。3、海浪回波東山1963年7月0度仰角，距離圈4km4、晴空回波晴空回波：云體稀薄或沒有云的晴空大氣，或在不可能被探測到的小粒子所組成的云區(qū)內(nèi)探測到的回波。雨后天晴時由于地表水汽蒸發(fā)，空氣濕度增加，懸浮于近地面層的大量水滴對電磁波產(chǎn)生散射形成的。表現(xiàn)為弱的回波帶。形成原因：由晴空大氣中折射指數(shù)不連續(xù)而形成的。由多種原因形成，產(chǎn)生回波也各不相同。意義：晴空回波中的信息對某些天氣，特別是強對流大風(fēng)、雷暴的警報有著至關(guān)重要的作用。晴空回波的分類①熱對流運動：對流天氣內(nèi)部與周圍大氣之間的氣象要素有較大的差異，形成折射指數(shù)的不連續(xù)?！话阍赑PI上為細胞狀結(jié)構(gòu)。②當(dāng)大氣層結(jié)具有強逆溫層時，阻擋了水汽向上的輸送，使逆溫層上、下方的濕度條件有一定差異，從而形成比較強的折射指數(shù)垂直梯度。③有較強的雷暴天氣時，下沉冷出流與前方暖空氣之間的颮鋒兩側(cè)，溫度和濕度梯度非常大，折射指數(shù)梯度明顯。多位于雷暴回波前方約20～30km的地方?！囷L(fēng)鋒的窄帶回波（1）熱對流產(chǎn)生的晴空回波2003/07/25成都地區(qū)出現(xiàn)強熱對流天氣。上午成都大部分地區(qū)天氣晴好，少云，但在成都南面出現(xiàn)晴空回波。雷達站在188o的南部出現(xiàn)了晴空回波，強度低于8dBz。（3）晴空窄帶回波形成：由雷雨云前進方向上傾斜上升的輻合氣流與雷雨云的下沉氣流造成的不連續(xù)面形成的。形狀：細長的帶狀或圓弧狀，寬：1～2km，高度：1km。一般距雷雨帶30～40km。在單體雷雨或雷暴群周圍的窄帶回波通常緊貼雷雨回波的周圍。特征：窄帶回波與降水回波的關(guān)系非常密切，一般多出現(xiàn)在雷雨回波移動方向的前方。颮線前的晴空回波-陣風(fēng)鋒窄帶回波：20dBz左右，呈明顯的帶狀，位于強降水回波的前部。超級單體的陣風(fēng)鋒和窄帶回波（3）晴空回波-邊界層輻合線晴空窄帶回波-大風(fēng)天氣線對流前方的晴空回波晴空回波的意義形成原因：由晴空大氣中折射指數(shù)不連續(xù)而形成的。由多種原因形成，產(chǎn)生回波也各不相同。晴空回波中的特殊信息對某些強對流天氣，尤其是近地面的大風(fēng)、雷暴和颮線等的警報有著至關(guān)重要的作用。5、同波長干擾回波

當(dāng)近距離上有多部波長相同的雷達同時工作時，相互之間會產(chǎn)生干擾。出現(xiàn)同波長干擾時，不論雷達發(fā)射機是否工作，只要接收機工作，熒光屏上就會出現(xiàn)干擾回波。同波長干擾回波通常呈單條或多條線狀，從中心以相等的間隔呈螺旋狀向四周放射出來，易于識別，并且也不影響雷達對其它目標體的探測。干擾回波的PPI同波長干擾的RHI顯示6、超折射回波超折射回波：當(dāng)大氣呈超折射時，在雷達回波上出現(xiàn)平常探測不到的遠距離地物回波。超折射回波與降水回波的區(qū)別：PPI：回波呈輻輳狀排列的短線。當(dāng)超折射回波較強時，這些短線的回波彌合成片狀。有時超折射回波與地形地物十分一致，顯示出平時看不到的山脈和河流。超折射回波易出現(xiàn)在某些方位和距離上，是由于在同樣的天氣背景下，那里的局地更有利于形成超折射的緣故。RHI：與通常的地物回波相似，呈短而窄的柱狀，兩頭尖，高度較低，只是數(shù)量更多些，排列更緊密些。超折射形成的氣象條件

逆溫顯著；水汽壓隨高度迅速減少，大氣折射指數(shù)m隨高度迅速減小。－“暖干蓋”的大氣層結(jié)。①大陸上晴朗夜晚，地面輻射降溫強烈而形成輻射逆溫。尤其是地面潮濕，逆溫使水汽不能向上輸送，形成水汽壓隨高度急劇減少－輻射超折射②當(dāng)暖而干的較干空氣移到冷水面時使低層空氣冷卻，溫度有所增加。－－平流超折射③雷暴消散期，其底部下沉氣流造成近地面層幾百米高度處逆溫，形成超折射－－雷暴超折射當(dāng)大氣出現(xiàn)超折射現(xiàn)象時，地物回波明顯增多。超折射的回波圖像7、旁瓣假回波

雷達沿主波瓣傳輸能量，主波瓣的波束寬度為1o。但有很少的能量沿偏離主波瓣中心線的旁瓣傳輸。一般情況下，旁瓣產(chǎn)生的回波太弱，以至于分辨不出來。但是當(dāng)遇上散射能力極高的目標物，如積雨云中柱狀的冰雹和暴雨時，就能夠出現(xiàn)旁瓣回波。旁瓣回波可以作為強對流的冰雹天氣的判別依據(jù)。旁瓣回波的PPI和RHI旁瓣回波的特征：回波強度弱：10dBZ左右。PPI：對流單體的旁邊。RHI：對流單體的頂部。旁瓣回波PPI：強回波區(qū)側(cè)面旁瓣回波PPI旁瓣回波旁瓣回波RHI：強回波頂上旁瓣回波RHI顯示8、三體散射

三體散射：雷達發(fā)射的電磁波在強降水中心和地面之間經(jīng)過多次散射后，返回雷達。雷達在強回波區(qū)的半徑延長線上定出一個弱回波區(qū)。可作為冰雹和強天氣的標志三體散射三體散射PPI：半徑延長線三體散射（耀斑）：對流單體的半徑延長線上。