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1、多普勒天气雷达原理与业务应用思考题1 多普勒天气雷达主要由几个部分构成？每个部分的主要功能是什么？ 答：主要由雷达数据采集子系统，雷达产品生成子系统，主用户终端子系统三部分构成。RDA的主要功能是：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基本数据。RPG的主要功能是：由宽带通讯线路从RDA接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户，是控制整个雷达系统的指令中心。PUP的主要功能是：获取、存储和显示产品，预报员主要通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上。 2 多普勒天气雷达的应用领域主要有哪些？ 答
2、：一、对龙卷、冰雹、雷雨大风、暴洪等多种强对流天气进行监测和预警；二、利用单部或多部雷达实现对某个区域或者全国的降水监测；三、进行较大范围的降水定量估测；四、获取降水和降水云体的风场信息，得到垂直风廓线；五、改善高分辨率数值预报模式的初值场。 3 我国新一代天气雷达主要采用的体扫模式有哪些？ 答：主要有以下三个体扫模式：VCP11规定5分钟内对14个具体仰角的扫描，主要对强对流天气进行监测；VCP21规定6分钟内对9个具体仰角的扫描，主要对降水天气进行监测；VCP31规定10分钟内对5个具体仰角的扫描，主要对无降水的天气进行监测。 4 天气雷达有哪些固有的局限性？ 答：一、波束中心的高度随距离
3、的增加而增加；二、波束宽度随距离的增加而展宽；三、静锥区的存在。 5 给出雷达气象方程的表达式，并解释其中各项的意义。 2322答： ptpGhqjm-1Cpr=Z=Z 1024ln2l2r2m2+2R2 Pt为雷达发射功率(峰值功率)； G为天线增益；h为脉冲长度； j q 、 ：天线在水平方向和垂直方向的波束宽度； r为降水目标到雷达的距离； l ：波长； m ：复折射指数； Z雷达反射率因子。 6 给出反射率因子在瑞利散射条件下的理论表达式，并说明其意义。 答：z=单位体积D6i，反射率因子指在单位体积内所有粒子的直径的六次方的总和，与波长无关。 7 给出后向散射截面的定义式及其物理意义
4、。 答： S S 4 2 定义：设有一个理想的散射体，其截面面积为，它能全部接收射到其 p Rs= s 上的电磁波能量，并全部均匀的向四周散射，若该理想散射体返回雷达i天线处的电磁波能流密度，恰好等于同距离上实际散射体返回雷达天线的电磁波能流密度，则该理想散射体的截面面积就称为实际散射体的后向散射截面。 物理意义：定量表示粒子后向散射能力的强弱，后向散射截面越大，粒子的后向散射能力越强，在同等条件下，它所产生的回波信号也越强。 8 什么是天气雷达工作频率？什么是天气雷达脉冲重复频率？ 答：工作频率天气雷达发射的探测脉冲的震荡频率 脉冲重复频率每秒产生的触发脉冲的数目 9 什么是波束的有效照射深
5、度和有效照射体积？ 答：有效照射深度雷达发出的探测脉冲具有一定的持续时间，在空间的电磁波列就有一定的长度h=c，在雷达波束径向方向上，粒子的回波信号能够同时返回雷达天线的空间长度为h/2，称为雷达的有效照射深度。 有效照射体积在波束宽度和范围内，粒子所产生的回波能同时到达天线的空间体积，称为有效照射体积。 10 0 dBZ代表多少反射率因子单位？ 10dBZ、30dBZ和40dBZ分别代表多少反射率因子单位？ 答：0代表1，-10代表0.1，30代表1000，40代表10000 11 何谓多普勒效应？多普勒雷达测量回波径向速度的主要技术是什么？ 答：多普勒效应当接收者或接收器与能量源处于相对运
6、动状态时，能量到达接收者时频率的变化。 多普勒雷达测量回波径向速度的主要技术是“脉冲对处理”，也就是利用相继返回的两个脉冲对之间的位相变化确定目标的径向速度。 12什么叫距离折叠？什么叫速度模糊？最大不模糊距离和最大不模糊速度的表达式是什么？多普勒两难指的是什么？ 答：距离折叠雷达对于产生雷达回波的目标物位置的判断有最大不模糊距离，最大不模糊距离就是当雷达发出的一个脉冲遇到该距离的目标物产生的后向散射波返回到雷达时，下一个雷达脉冲刚好发出。而当目标物的距离超出最大不模糊距离时，雷达对产生雷达回波的目标物位置就会产生辨认错误，雷达所显示的回波位置的方位角是正确的，但距离是错误的，当目标位于最大不
7、模糊距离Rmax以外时，雷达却把目标物显示在Rmax以内的某个位置，这种现象称为距离折叠。 速度模糊因为多普勒雷达测速的主要技术是“脉冲对处理”，能够测量的一个脉冲到下一个脉冲的最大相移的上限是180，与180脉冲对相移所对应的目标物径向速度值称为最大不模糊速度。如果目标运动的真实脉冲对相移小于180，那么雷达对速度的第一猜值是正确的，或者叫做不模糊的，但如果一个目标在两个脉冲的时间间隔期间移动的太远了，它的真实相移超过180，则将赋给它一个小于180的相移值，那么速度的第一猜值是不正确的，或者说速度是模糊的。 最大不模糊距离的表达式：Rmax=C/(2*PRF) 最大不模糊速度的表达式：Vm
8、ax=*PRF/4 多普勒两难由于最大不模糊距离和脉冲重复频率成反比，而最大不模糊速度与脉冲重复频率成正比，因此不存在一个单一的脉冲重复频率能够使最大不模糊距离和最大不模糊速度都比较大，这通常称为多普勒两难。 13 0.5度仰角，Rmax=460km和7.5仰角，Rmax=115 km时为什么不大可能产生距离折叠？ 答：前者由于最大不模糊距离比较大，460KM以外的回波才会产生距离折叠，而460KM以外即使是较低仰角，波束中心的位置也已经比较高，一般的对流风暴较难达到，而且距离远也造成回波能够回到雷达天线的能量已十分小，基本上不会对460KM以内的回波造成影响。后者由于仰角比较高，在115KM
9、以外，雷达波束也已经到了很高的高度，一般的对流风暴很难达到此高度，所以也不大可能有大量降水粒子回波返回雷达天线造成距离折叠。 14 地物杂波有哪几种？抑制地物杂波的主要思路是什么？ 答：地物杂波包括固定地物杂波和异常地物杂波，固定地物杂波是指高塔和山脉等地物在雷达波束正常传播情况下造成的杂波，异常地物杂波是指由雷达波束的超折射造成的地物回波。抑制地物杂波的主要思路是地物为静止不动的，因而其沿着雷达径向的速度必然是零，因此抑制地物杂波的做法是将一个距离库内径向速度在零值附近的那部分功率滤掉。 15 指出超折射在雷达回波图上的特点。出现超折射表明当时的大气状况怎样？ 答：超折射在反射率因子产品上的
10、形态：造成反射率因子数据出现杂斑点，斑点值的变化范围很宽，并且可以扩展到很大的范围；超折射造成的地面回波的不均匀性相当明显，通常反射率因子值相当高，并且会发生突然从低值到高值的变化，其反射率因子梯度不如气象回波的反射率因子梯度光滑。超折射在平均径向速度产品上的形态：一个接近零的速度场中孤立的镶嵌着非零值。 出现超折射说明当时的大气状况：温度随高度升高而增加和/或湿度随高度增加而迅速减少。 16 速度退模糊算法的主要思路是什么？CINRAR-SA雷达速度退模糊算法的主要步骤是哪几步？ 答：速度退模糊算法的主要思路是根据连续性原则将每个速度初猜值与它的周围的相邻速度值相比较，如果一个速度初猜值与它
11、的周围值显著不同，则该算法试图用另一个可能的值替换那个速度初猜值。 速度退模糊算法的主要步骤是：一、径向连续性检查；二、九点平均；三、扩展搜索；四、环境风表 Vrmax应是多少？若雷达波长10厘米，Vrmax是多少？ 17 Rmax=300km，雷达波长5厘米，答：PRF=C/=500 4*Vrmax/=500 所以当=0.05米时，Vrmax=6.25m/s；当=0.1米时，Vrmax=12.5m/s 18 如果一个模糊的径向速度值是45节，它的邻近值是-55节，最大径向速度是60节，那么这个径向速度的最可能值是什么？ 答：45-2*60=-75节 19 对流风暴分为哪几种类型？ 答：对流风
12、暴分为：1、普通单体风暴；2、多单体风暴；3、线风暴；4、超级单体风暴 20 雷暴产生的环境条件主要有哪些？ 答：产生对流风暴的环境条件主要有：1、大气热力层结不稳定；2、垂直风切变；3、水汽分布；4、触发机制 21 垂直风切变对雷暴发展的主要作用是什么？ 答：在一定的热力不稳定条件下，垂直风切变的增强将导致风暴进一步加强和发展，主要原因在于1、在切变环境下能够使上升气流倾斜，这就使得上升气流中形成的降水质点能够脱离上升气流，而不会因拖曳作用减弱上升气流的浮力；2、可以增强中层干冷空气的吸入，加强风暴中的下沉气流和低层冷空气外流，再通过强迫抬升使得流入的暖湿气流更强烈地上升，从而加强对流；3、
13、通过环境垂直风切变和上升气流的相互作用提供一附加向上的扰动气压梯度力，从而使气块获得除浮力以外的向上加速度。 如果风切变较弱，相对风暴气流就不可能增强到足以携带降水远离风暴的上升气流区，降水就通过上升气流降落，并进入风暴低层的入流区，从而导致上升气流中水负载的明显增加，最终使得风暴核消失。而中等到强的垂直风切变有利于相对风暴气流的发展，此时，气块携带着降水远离风暴的入流区或上升区，中等到强的垂直风切变能够产生与阵风锋相匹配的风暴运动，从而使得暖湿气流源源不断地输送到发展中的上升气流中去，垂直风切变的增强有利于上升气流和下沉气流在相当长的时间内共存，新单体将在前期单体的有利一侧有规则地形成，如果
14、足够强的垂直风切变伸展到风暴的中层，则产生于上升气流和垂直风切变环境相互作用的动力过程能强烈影响风暴的结构和发展，在这种风切变环境下，有利于组织完好的对流风暴如强烈多单体风暴和超级单体风暴的发展。 22 雷达单体生命史分为哪几个阶段？每个阶段的主要特征是什么？ 答：分为三个阶段： 1、塔状积云阶段：由上升气流所控制，上升速度一般随高度增加，这种上升气流主要由局地暖空气的正浮力或者由低层辐合引起。初始雷达回波的水平尺度为1KM左右，垂直尺度略大于水平尺度，初始回波顶通常在-4-16之间的高度上，回波底在0高度附近，初始回波形成后，随着水滴和冰晶等水成物的不断生成和增长，回波向上、向下同时增长，但
15、是回波不接地，此时最强回波强度一般在云体的中上部。 2、成熟阶段：上升气流和下沉气流共存的阶段，开始于雨最初从云底降落之时，表现为雷达回波接地。此时，云中上升气流达到最大，随着降水过程的开始，由于降水粒子所产生的拖曳作用，形成了下沉气流，这种下沉气流在近地面的低层向外扩散，与单体运动前方的低层暖湿空气交汇形成飑锋。成熟阶段的对流单体的中上部，仍为上升气流和过冷水滴及冰晶等水成物，当云顶伸展到对流层顶附近时，不再向上发展，而向该处的环境风下风方向扩展，出现水平伸展的云飐，云飐回波可伸展到几十千米至上百千米。 3、消亡阶段：下沉气流所控制，降水发展到整个对流云体，从雷达回波上看，回波强中心由较高高
16、度迅速下降到地面附近，回波垂直高度迅速降低，回波强度减弱，并且分裂消失。 23 给出中气旋的定义 答：中气旋是与强对流风暴的上升气流和后侧下沉气流紧密相联的小尺度涡旋，该涡旋满足一定的切变、垂直伸展和持续性判据。这个涡旋可以用一个兰金组合涡旋来模拟：中气旋核作为一个固体旋转，切向速度与半径成正比，在中气旋核以外，切向速度与半径成反比，随着半径的增加而减少。中气旋的水平尺度一般不超过10KM，垂直厚度超过相应对流风暴厚度的三分之一，垂直涡度的量级为10-2s-1，持续时间为两个体扫以上 24 给出超级单体风暴的定义。经典超级单体风暴反射率因子回波的主要特征是什么？ 答：超级单体风暴是伴随着一个持
17、久深厚的中气旋，具有强烈而且持续旋转特性的对流单体，将出现强烈的灾害性天气。 经典超级单体风暴的反射率因子回波的特征是：回波顶移过低层反射率因子的高梯度区而位于一个持续的有界弱回波区之上，在生命期的某些阶段，经典的超级单体经常展现一个位于其右后方的低层钩状回波和低空的入流缺口，简而言之就是低层的钩状回波与入流缺口、中层的有界弱回波区和中高层的悬垂回波结构即经典超级单体反射率因子的主要特征。 25 给出下列小尺度流场特征的雷达径向速度示意图：1）辐合气旋式旋转；2）辐散气旋式旋转。 答：略 26 强对流天气指的是哪些天气？ 答：包括冰雹、龙卷、灾害性大风、短时强降水等天气。 27 强冰雹的主要雷
18、达识别判据有哪些？ 答：主要雷达识别判据有：1、回波强度最大值及所在高度，强回波区必须扩展到0等温线以上才能对强降雹的潜势有所贡献，当强回波区扩展到-20等温线高度之上时，对强降雹的潜势贡献最大；2、具有宽阔的弱回波区或者有界弱回波区，特别是当它们的上方存在强反射率因子核的风暴最有利于大冰雹或强降雹的发生；3、风暴顶强辐散；4、雷达回波的三体散射现象；5、零度层高度不能太高。 28 雷暴大风的主要雷达回波特征有哪些？ 答、一、反射率因子核心的持续下降伴随中层的径向辐合；二、弓形回波 29 龙卷预警的主要思路是什么？ 答：一般来说，中层中气旋越强，出现龙卷的概率就越大，与强龙卷相联系的中气旋特征
19、有可能在龙卷发生前20-30min出现。越强的中气旋，离地越近越危险；低空有强烈的风切变；抬升凝结高度越低越好。 30 给出你认为比较重要的8个雷达导出产品. 答：1、中气旋M；2、龙卷涡旋特征TVS；3、垂直积分液态水含量VIL；4、回波顶高ET；5、冰雹指数HI；6、风廓线VWP；7、反射率因子剖面RCS；8、三小时累计降水；9、风暴追踪信息 31 何谓脉冲风暴，其演变的主要特征是什么？可产生哪几种强对流天气？ 答：脉冲风暴是产生于弱的垂直风切变环境中的一种发展迅速的强风暴。其回波结构的主要特征在于：一、初始回波出现的高度一般在6-9KM之间，之后向上下发展；二、强回波中心值一般大于50D
20、bz；三、强中心所在的高度也较高，一般在-10等温线的高度左右。脉冲风暴产生的强天气通常局限于生命史较短的下击暴流、冰雹以及弱的龙卷，然而，强烈的微下击暴流和大冰雹偶尔也会出现。 32 有利于雷暴大风产生的环境条件是什么？ 答：产生雷暴大风需要有强烈的下沉气流，环境条件是：一、对流层中层有相对干层存在；二、对流层中下层温度直减率较大 33 有利于强冰雹产生的环境条件是什么？ 答：一、-10-30之间对流有效位能CAPE值较大；二、深层较大的垂直风切变；三、融化层的高度不太高也不太低。 34 龙卷的级别是如何划分的？ 答：龙卷的级别按照建筑物和地表植被的损害状况分为F0到F5六级 35 多普勒天
21、气雷达能为短时强降水预报提供哪些线索？ 答：一、雨强估计：根据反射率因子判断雨强；二、低空急流的识别：从多普勒天气雷达径向速度图上可以监视低空急流的变化，与其他条件相结合，可以判断降雨是否持续；三、降水持续时间的估计：根据降水系统的大小、移动速度、系统的走向与移动方向的夹角估计降水持续时间。 36 CINRAD-SA雷达降水算法主要分哪几个步骤？ 答：一、反射率因子预处理；二、计算降水率；三、进行降水累计；四、利用雨量计进行订正；五、生成雷达降水产品 37 雷达降水估计误差主要来自哪些方面？ 答：主要来自不适当的Z-R关系、雷达硬件定标误差、湿的天线罩、亮带、远距离处雷达波束从降水系统上面穿过
22、、超折射地物杂波、冰雹的影响等。 38 下图中是否有速度模糊出现？估计图中向着雷达的径向速度大约是多少？ 答：有速度模糊存在。速度模糊处向着雷达的径向速度大约在-27-34m/s。 39 下图中为C波段雷达的图像，其中与雷达东北偏东方向强回波对应的“V”形缺口是由什么造成的？该“V”形缺口的出现可以指示哪种强对流天气？ 答：缺口是由于C波段雷达波束在经过强的回波区出现了明显衰减造成的，说明回波中有比较大的冰雹存在。 40 请根据下图判断雷达上空风随高度变化的主要特征 b 答：雷达附近为东南南-西北北的风向，风向随高度顺转，风速先增加后减小再增加，在近地面有一支东南南-西北北的急流存在，高空忧一支西南急流 41 判断箭头附近是否存在中气旋。另外算法识别出一个龙卷涡旋特征TVS，评论算法的表现。 答：存在中气旋。这是一个错误判断出的TVS，图中应该是速度模糊造成的算法错误。
