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第 26 章 雷达测量
26.1 概述
本章主要讨论用于观测大气水凝物的气象微波雷达——天气雷达，特别着重于为支持气象和水文
的服务，在规划、开发和操作雷达和雷达网时必须考虑的技术和业务性能。章末列出了重要的参考文
献。本章还简要提到了用于海洋表面观测的高频雷达系统。用于垂直廓线探测的雷达已在第 5 章中讨
论。
26.1.1 天气雷达
气象雷达具有探测降水和由局部的温度和湿度变化所引起的大气折射指数改变的功能，雷达回波
也可由于飞机、尘埃、飞鸟或昆虫产生。本章只涉及世界上普遍进入业务应用的雷达。最适合于大气
探测和研究的气象雷达所发射的电磁脉冲位于 3–10GHz 频段（相应于波长 3~10cm）。这些雷达设计
用于探测和确定降水的区域、测量降水的强度、移动和可能还包括降水类型。较高的频率用于探测更
小的水凝物如云滴，甚至是雾滴。尽管这些频率在研究云物理方面具有应用价值，但由于这些频率的
雷达信号经空间介质过分的衰减，一般不能应用于业务预报。较低频率的雷达具有探测晴空折射指数
变化的功能，可用于风廓线测量。它们可以探测降水，但它们的扫描功能受到要求达到有效分辨率的
天线尺寸的限制。
发射的脉冲遭遇天线目标后返回的讯号称为回波，它具有相应的振幅、相位和偏振。全球范围内
大多数业务雷达仍限于分析受雷达波束照射（脉冲）体积内与水凝物的尺度分布和数量有关的回波振
幅特征。此振幅用以确定称为反射率因子（Z）的参数，然后通过应用经验关系，估算单位体积的降
水质量或降水强度。主要应用于探测、勾画和估算近似连成片的大范围内的地面瞬时降水量。
有些研究性雷达采用在两个发射的偏振方向上所测得的反射率因子和接收的波形，持续探究以便
对降水测量和目标状态决定其量值和偏振系统的潜势，但目前在业务系统中尚未出现。
多普勒雷达具有确定发射脉冲与接收脉冲之间相位差的功能，这种相位差可用来测量粒子的平均
多普勒速度，它表示在脉冲体积内水凝物的径向位移速度分量的加权平均反射率。多普勒谱宽是该速
度空间变率的度量，据此可表示云中风切变和湍流的某些特征。多普勒雷达比常规天气雷达观测增加
了新的重要参量，大多数新的雷达系统均具有这种功能。
现代天气雷达必须使其性能最优化，以便为业务要求提供最佳资料，并应适宜于安装、运行和维
护，充分利用系统的功能便于气象学家发挥其聪明才智。
26.1.2 雷达特性，术语及单位
雷达特性的选择，有关气候和应用的考虑，对于在降雨估值中确定合理的测量准确度是很重要的
（表 26.1，表 26.2 和表 26.3）。
26.1.3 气象应用
已发现雷达观测最大的作用在于：
(a)强天气探测、跟踪和预警；
(b)天气尺度和中尺度天气系统的监视；
(c)降雨量估值。
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