气象雷达基础知识

气象雷达基础知识

什么是气象雷达？

气象雷达是一种用于观察云层运动以及降雨和降雪模式的雷达。

在地面上，日本气象厅已在多个地点安装了气象雷达，机场也配备了气象雷达。 此外，安装在飞机上的雷达还能作为气象雷达使用。

气象雷达接收无线电波，这些无线电波向空气中发射信号，反射到云层或雨水上，并用天线接收。它能计算波在反射后返回到云层或雨水之间的距离。 雨的强度由回波无线电波的强度决定。

通过观察发射与接收无线电波的相位差，可以观察云或雨是接近还是远离。 这种相位移被称为多普勒效应，利用它的雷达被称为多普勒雷达。

气象雷达的用途

在航空工业中，气象雷达可用于飞机的安全运行。 地面气象雷达监测约120公里半径内的云层移动，提醒他们可能威胁飞机起降的危险云层。

尤其是在积雨云下，强烈的下沉气流往往会出现，当积雨云接近跑道时，管制员会采取诸如暂停飞机起降等措施。 与此同时，飞机上的风化雷达可以观测飞行方向上的云。

如果飞机前方有积雨云，飞机会改变航向。 如果进入云层时预计会有震动，飞行员会敦促乘客和机组人员就座并系好安全带。

气象雷达原理

雷达回波图像显示雨云位置和降雨等分布，从而估算天气现象。 仅靠气象卫星的可见光或红外云图像无法观察的天气现象，也可以通过回声图像观测到。 在回声图像中，降水通常按颜色分类，从而通过强度分布估算降雨模式。

回声图像的时间变化揭示了天气现象的特征。 彩色区域称为降水区，天气模式通过降水区的出现和移动来估算。

气象雷达的类型

气象雷达主要有五种类型：微波雷达、毫米波雷达、多普勒雷达、偏振雷达和闪电雷达。

1. 微波雷达

通过分析由雨雪等晶体反射的电磁波，我们观察雪和雨在大气中的密度和位置。 它使用波长为3到10厘米的电磁波。

2. 毫米波雷达

它以类似微波雷达的方式分析波长约1毫米到10毫米的毫米波。

3. 多普勒雷达

通过发射电磁波，可以观察到多普勒效应引起的频率偏移。

4. 极化雷达

通过发射两种类型的无线电波——水平极化和垂直极化——降水强度由无线电波反射率的差值决定。

5. 闪电雷达

分析电磁波反射的无线电波的雷达也能探测闪电。

如何选择气象雷达

气象雷达的使用方式会根据观测和估算的要素而有所不同。

1. 微波雷达

阴影区域因障碍物难以观察，因此通常安装在山顶及类似地点。 它变得更小更轻，甚至被安装在气象卫星上。 由于气象卫星观测范围较广，它们较少受到地面障碍物的影响。

2. 毫米波雷达

由于波长短，它甚至能观测到微小的物体，非常适合观测雾粒和云粒。 除了地面安装型外，它们也被用于气象卫星。

3. 多普勒雷达

通过理解风向和风速，我们可以在细微尺度上观察气流和云的流动和运动。 天气恶劣时适合观赏，但晴朗日子无雨滴，无法观测到风。

4. 极化雷达

它不受雨滴大小或输电功率等因素的影响较小。 因此，它可以被定量观察到。

5. 闪电雷达

闪电很少被使用，因为它会干扰其他观测。 对于闪电观测，可能会安装一个单独的雷达，只探测闪电。