由雷達發(fā)射、經(jīng)大氣及其懸浮物散射而返回被雷達天線(xiàn)所接收的電磁波。它可以在熒光屏上顯示出來(lái)。大氣中使電磁波散射的成分，有雨滴、云滴、冰晶、雪花、冰雹、塵埃和折射率分布很不均勻的空氣等。

中文名

氣象雷達回波

外文名

qi xiang lei da hui bometeorological radar echoes

屬性

電磁波

應用學(xué)科

氣象學(xué)

氣象雷達回波

qi xiang lei da hui bometeorological radar echoes

回波的測定

雷達發(fā)射的是間斷的電磁波束(脈沖)，它在空間占有體積V,當這一波束進(jìn)入云雨中時(shí)，只有V/2（有效散射體積）的粒子的后向散射，能夠同時(shí)到達雷達天線(xiàn)處而構成氣象雷達回波。利用給出的回波功率同雷達特性參數和有效散射體積內粒子散射之間的關(guān)系，就可以根據氣象雷達回波對云和降水等進(jìn)行定性和定量研究。

回波的分類(lèi)

不同的降水系統，雷達回波有不同的特征。

冷鋒回波

通常由緊密排列成帶的許多回波單體組成（圖1[ 平面位置顯示器上冷鋒的云系和降水回波]），當冷鋒由遠處移至距雷達站約300公里時(shí)，在平面位置顯示器 (PPI)上，一般先能看到排成一行的離散回波塊。這是由于地表曲率和大氣折射的原因，即使以接近0°的仰角發(fā)射的波束，在300公里處，也只能探測到云體的較高部分。當冷鋒移近時(shí)，雷達波束能夠掃視到云的下部比較寬大的部分，這時(shí)，回波帶中的單體變大，形成一條比較連貫的回波帶。在冷鋒經(jīng)過(guò)雷達站而向遠處移去時(shí)，回波的變化則與上述過(guò)程相反。通常，一個(gè)完整的冷鋒降水系統的長(cháng)度，可以達到600公里以上，因此一個(gè)站僅能探測到整個(gè)冷鋒系統的一部分。有時(shí)雷達觀(guān)測到的冷鋒系統不止包含一條雨帶。冷鋒的回波帶一般自西北向東南方向移動(dòng)，但鋒前或冷鋒上空的暖區常吹西南風(fēng)，因而回波帶中的單體常向東北或偏東方向移動(dòng)，與回波帶的整體移動(dòng)方向之間有一夾角。

冷鋒回波單體的垂直結構，和移動(dòng)性孤立相似。在中國，這種回波單體頂部通常在七、八公里以上。在快速移動(dòng)的冷鋒中，單體的前上部存在較大的云砧。單體總是處在不斷的新生、發(fā)展和消散之中，生命周期約為數十分鐘，而整個(gè)冷鋒回波帶的生命期則長(cháng)得多。

在氣團內部出現的雷暴帶，其回波結構和冷鋒回波帶很相似，但移動(dòng)速度較快。有時(shí)在雷達屏幕上可以同時(shí)出現兩條以上的颮線(xiàn)回波帶。

暖鋒回波

氣象雷達回波

由范圍較大的連續性降水構成。暖鋒降水區域幾乎總是超過(guò)一個(gè)雷達站的有效視野范圍，因此在平面位置顯示器上只能看到降水區域的一部分。在穩定性暖鋒降水區中，屏幕上的回波連接成片，邊緣呈絲縷狀或棉絮狀，強度分布相當均勻，在不穩定性暖鋒降水區，則在大片均勻的降水回波中，夾雜有較強的對流單體。這些回波單體的移動(dòng)方向，與整個(gè)降水系統的移動(dòng)方向可能略有差別。仔細觀(guān)測這些較強單體的位置，可以看出，它們通常也是排列成帶的（圖 2[平面位置顯示器上暖鋒的云系和降水回波]）。

在距離高度顯示器 (RHI)上的回波圖象中，可以看到對應于大氣溫度為0℃的高度附近的強回波帶，稱(chēng)為零度層亮帶(圖3[穩定性暖鋒降水在距離高度顯示器上的典型回波圖象]) 它的形成是由于緩慢降落的冰晶和雪花在零度層附近發(fā)生表面融化而使反射率增大的結果。在亮帶下面，粒子融化成雨滴，下落速度較大，使粒子濃度減小，反射率降低。雷達屏幕上觀(guān)測到的零度層亮帶，可估計0℃層的高度，也可在一定程度上驗證大氣的穩定性。在不穩定性暖鋒降水的距離高度顯示器回波圖象中，可以看到水平的零度層亮帶和垂直柱狀的對流單體回波結構同時(shí)存在。此外，在雷暴減弱之后的殘余降水中，也可看到零度層亮帶。暖鋒系統降水強度的變化較緩慢，雷達回波的時(shí)空變化也較小，這有利于驗證降水強度和回波功率之間的定量關(guān)系。

低氣壓系統回波

與大尺度低氣壓（見(jiàn)）降水系統相聯(lián)系的回波，范圍很廣。在雷達的探測能力所及的范圍內，回波大致連成片，但強度結構很不均勻，如棉絮狀。這類(lèi)回波的延續時(shí)間較長(cháng)。

氣象雷達回波

氣團內部熱對流雷暴回波，這種雷暴產(chǎn)生在內部，其對流單體的回波在平面位置顯示器上常呈零散無(wú)規則的分布圖（圖 4[平面位置顯示器上氣團內部熱對流雷暴回波]）。這種對流回波塊常出現在平原中的山丘或湖面上的島嶼上空，對流單體的尺度，通常在幾公里至十幾公里間，生命周期約數十分鐘。

氣象雷達回波

臺風(fēng)回波，是強對流天氣系統，在雷達平面位置顯示器上，可以比較清晰地看到臺風(fēng)回波的特征結構(圖 5[平面位置顯示器上臺風(fēng)的云系和降水回波])。在臺風(fēng)中心前面約400～600公里處，常有一些強對流回波帶，稱(chēng)為臺風(fēng)前颮線(xiàn)回波帶。其走向大致和臺風(fēng)中心的移動(dòng)方向相垂直，但其移動(dòng)方 向則與臺風(fēng)中心的移動(dòng)方向一致。在颮線(xiàn)回波帶后面的臺風(fēng)眼周?chē)鷥扇俟镆詢(xún)?，有大片的連續性降水回波和螺旋狀分布的對流性降水回波。這一區域是臺風(fēng)的主要降水區。螺旋雨帶以臺風(fēng)眼為中心，呈多條對數螺線(xiàn)狀排列。仔細地觀(guān)測螺旋雨帶中各單體的運動(dòng)路徑，可以發(fā)現，單體的運動(dòng)軌跡與瞬時(shí)的螺旋線(xiàn)走向不一致，而是近似地圍繞臺風(fēng)眼作圓周運動(dòng)，并緩慢地趨近中心。

在螺旋雨帶的中心，有一個(gè)圓形的圍繞無(wú)回波空洞的強回波圈，稱(chēng)為臺風(fēng)眼壁回波。在此眼壁位置上，對流發(fā)展最為旺盛，回波頂部高達十余公里。在眼壁回波以?xún)鹊臒o(wú)回波區，與臺風(fēng)眼中的晴空相對應。在很多情況下，眼壁回波不是完整的，呈帶缺口的圓環(huán)狀。臺風(fēng)登陸后，逐漸減弱，臺風(fēng)眼逐漸被降水回波所填塞，臺風(fēng)雨帶的螺旋狀特征也逐漸消失，轉變?yōu)榇笃牡蛪航邓夭ā?/p>

通過(guò)對氣象雷達回波的觀(guān)測，可以較早地發(fā)現臺風(fēng)和確定臺風(fēng)中心的位置，探測臺風(fēng)雨帶中各部分的降水強度和風(fēng)速，并可研究這種強對流風(fēng)暴的詳細結構。

強雷暴回波

不論是孤立的或夾雜在對流降水系統中的強雷暴單體，常有下列顯著(zhù)的特征：回波強核（回波最高的區域）的反射率很大；單體的水平尺度也較大，一般為10～30公里，在距離高度顯示器上，回波主體呈直立粗柱狀，頂部達對流層頂，有時(shí)可達平流層下部；云體上部有向前方伸展的云砧，還有自砧部下垂的前懸回波；自前方低層流入的空氣構成上升氣柱，在云中造成弱回波穹窿；單體中持續的強降水主要出現在入流上升區域的后面，構成回波強度很大而形態(tài)陡直的“回波墻”(圖6[距離高度顯示器上移動(dòng)性強雷暴的典型垂直結構]);有時(shí)還可看到因過(guò)強的回波信號進(jìn)入天線(xiàn)旁瓣而造成的尖頂狀回波，出現在主體強回波核的正上方。這一類(lèi)強雷暴，不僅產(chǎn)生、雷雨、陣性大風(fēng)，還可能產(chǎn)生和。

氣象雷達回波

通過(guò) 對雷達回波的分析，可以判斷由一般對流云過(guò)渡到強雷暴的階段，但單純根據回波形態(tài)結構，難以可靠地判斷一個(gè)強雷暴云是否會(huì )產(chǎn)生龍卷或地面降雹。普遍認為，回波頂的高度和強回波核的反射率能較好地用作識別冰雹云的判據。例如，中國的華北地區，夏季雹云的回波頂常出現在10～12公里的高度，災害性雹云中強回波核對3厘米雷達的反射因子(見(jiàn)),常超過(guò)10 毫米 /米。其他回波

氣象雷達回波

用雷達觀(guān)測非降水云時(shí)，由于云滴尺度較小，常須采用毫米波才能有效地接收回波信號。在 具體的應用中，常將天線(xiàn)垂直指向天頂，以測量雷達站上空的云的下界和上界。此外，毫米波雷達還有利于觀(guān)測降水粒子的初生及這種粒子區域的擴展，對于降水機制的研究是很有價(jià)值的。

在靈敏度較高的氣象雷達顯示器上，偶爾能觀(guān)測到某些并非由水汽凝結體產(chǎn)生的回波。由于以前未能解釋此類(lèi)回波的起因，它們曾被稱(chēng)為“仙波”。這種回波有的是飛鳥(niǎo)或昆蟲(chóng)引起的，有的是由折射率分布強烈不均勻的晴空大氣所產(chǎn)生的（圖 7[晴空回波]）。在厘米波段的氣象雷達上，觀(guān)測到的晴空回波主要出現在消散期雷暴前方的鋒面上或低空的逆溫層附近。晴空回波主要用和進(jìn)行探測和研究。

回波的利用

雷達所接收到的回波系雷達波所照射的空間有效散射體積中所有散射元(如云和降水粒子)的回波的總和，由于散射元之間的相對位移，到達雷達天線(xiàn)處的回波具有不同相位，這些波疊加的結果，造成了回波的隨機起伏。分析起伏參數，可以得到關(guān)于粒子的運動(dòng)信息和被測空間的湍流強度。

氣象雷達回波