风廓线雷达

进行高空风场探测的遥感设备

风廓线雷达是通过向高空发射不同方向的电磁波束，接收并处理这些电磁波束因大气垂直结构不均匀而返回的信息进行高空风场探测的一种遥感设备。风廓线雷达利用多普勒效应能够探测其上空风向、风速等气象要素随高度的变化情况，具有探测时空分辨率高、自动化程度高等优点。在风廓线雷达基础上增加声发射装置构成无线电——声探测系统，可以遥感探测大气中温度的垂直廓线。

简介

风廓线雷达能够提供以风场为主的多种数据产品。其基本数据产品包括径向速度、谱宽、信噪比、水平风向、水平风速、垂直速度和反映大气湍流的折射率结构常数cn2等的廓线。

原理

大气中折射率的不均匀能够引起对电磁波的散射，其中大气中的湍流活动导致折射率涨落而引起的散射（即湍流散射），散射层的运动和湍流块的运动都可造成返回电磁波信号的多普勒频移，采用多普勒技术可以获得其相对于雷达的径向速度，通过进行多射向的速度测量，在一定的假定条件下可估测出回波信号所在高度上的风向、风速和垂直运动，从而获取大气风廓线资料。用于这一探测目的的脉冲多普勒雷达称为风廓线雷达。

工作频带

按照对风廓线探测高度需求的不同，风廓线雷达分为平流层风廓线雷达，对流层风廓线雷达和边界层风廓线雷达三种，设备所采用的工作频率也不有所不同，根据1997年世界无线电大会（WRC-97）为风廓线雷达业务划分的频段以及依据《中华人民共和国无线电频率划分规定》和国际电信联盟《无线电规则》第217号决议“风廓线雷达的实施”，风廓线雷达作为无线电定位业务，国内采用的频率范围为风廓线雷达通常使用电磁波频率以及探

测高度如表所示

归属分类

风廓线雷达(wind profiler)主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用对大气风场等物理量进行探测的遥感设备。

根据天线制式的不同，风廓线雷达可以分为两大类:一类是采用相控阵天线的风廓线雷达，另一类是采用抛物面天线的风廓线雷达，相控阵风廓线雷达体制适用于各种高度的探测，成为目前普遍采用的技术体制。近年来，也出现了抛物面天线的风廓线雷达，但是由于发射功率等技术条件的限制，抛物面天线风廓线雷达的探测高度仅限于边界层。

因为风廓线雷达在进行气流速度测量的同时，还要对气流进行空间定位，所以不论是相控阵天线风廓线雷达，还是抛物面天线风廓线雷达，都需要发射脉冲电磁波并具有多普勒测速功能，因此，可以将风廓线雷达归类于脉冲多普勒雷达，其中，采用相控阵体制的风廓线雷达也可以归类于相控阵雷达.

根据探测高度的不同，可以将风廓线雷达分为边界层风廓线雷达、对流层风廓线雷达以及中间层一平流层一对流层雷达(MST)。边界层风廓线雷达的探测高度一般在3km左右，对流层风廓线雷达的探测高度一般在12一16km, (探测高度8km以下的称为低对流层风廓线雷达)，MST雷达的探测高度可以达到中间层。

不同探测高度的风廓线雷达有着不同的应用领域。MST雷达一般用于高层大气科学研究。对流层风廓线雷达，其组网观测资料更适合用于数值天气预报。边界层风廓线雷达主要用于边界层的观测，其探测资料更适合于中小尺度的大气科学研究、中小尺度短时预报、航空安全保障和空气质量预报等社会服务领域。

根据雷达工作频率的不同，大致可以将风廓线雷达分为甚高频(VHF)、超高频(UHF)和L波段三种类型。由于湍流散射机制的限制，探测高度越高选用的波长就越长。因为探测高度与雷达波长之间存在着制约关系，所以按探测高度的分类方法和按雷达工作波长的分类方法存在一定的相关性，但又不完全对应。大致上讲，边界层风廓线雷达选用L波段、对流层风廓线雷达选用UHF( P波段)、探测高度在平流层以上的风廓线雷达大致选用VHF．

作用

风廓线雷达能够实时提供大气的三维风场信息，增加无线电-声探测系统（RASS），可实现对大气风、温等要素的连续遥感探测，是一种新的高空大气探测系统。与常规大气探测设备相比，风廓线雷达在探测精度、垂直分辨率和探测时间间隔等方面是其它观测系统所无法比拟的。间距适中、布局合理的风廓线雷达网在气象业务和气象研究、航天航空气象、环境监测、军事气象保障以及紧急突发事件保障、防灾减灾等方面都可以发挥重要作用。

特点介绍

(1)获取资料的时间和空间分辨率高，风廓线雷达的测量具有很高的时间和空间分辨率。测量数据输出的时间间隔可以短到几分钟，数据的空间分辨率一般在几十米的量级，可以给出较密的廓线资料。从此意义上讲风廓线雷达的测量具有连续和实时的特点。

(2)获取资料的种类多，风廓线雷达能够提供多种气象信息。风廓线及其随时间的演变是风廓线雷达提供的基本气象资料，包括水平风廓和垂直风廓线等。在获取风场资料的同时，从连续的观测数据序列中，可以分析出切变线、大气重力波动和大气稳定度等信息。通过多波束的测量可以估算水平散度和变形量等更多的气象信息。从Doppler谱宽可以获取湍流信息，从雷达反射率可以得到反映湍流强度的湍流结构常数。总之，风廓线雷达在提供详细的风场结构及其随时间演变的同时，还能够提供大量的可以用于大气科学研究和天气预报的有用信息。特别是，常规探测手段很难获取这些资料。

(3)遥感方式，风廓线雷达属于遥感风速计，特别适合需要无球探测的场合，如机场的测风应用。

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