三.3+雷达强度场的非降水类回波分析

三、3非降水回波的图像分析

（ζ10.4）大气科学学院白爱娟识别雷达回波信号

气象雷达探测最终目的是将探测获取的回波信号应用于实际预报业务和天气学研究中，但由于接收到的目标千差万别，产生的回波在形态上也各不相同。正确识别雷达回波对应的目标物性质和类型，不仅是分析和运用气象雷达回波资料的基础，也是雷达探测业务的重点。雷达回波分类一、降水类回波：降水粒子直接形成的回波。二、非降水回波：指没有产生降水的云、雾、晴空大气、地物等目标物对电磁波的散射所产生的雷达回波。分类：根据目标物的类型，将非降水类回波分为：①地物回波、海浪回波、同波长干扰回波等，与气象无关的干扰回波。②晴空回波、超折射回波、三体散射和旁瓣回波等。这些回波可能与特殊的天气类型有关。雷达探测到的非降水回波

雷达探测的非降水回波包括：①非气象类回波：雷达探测到除云和降水等气象目标物散射电磁波能量外，一些非气象目标物：山地，建筑物，飞机，飞鸟，昆虫，船舶，海浪等，也能散射电磁波能量，形成回波信息。②气象类回波：由于晴空大气的特殊折射，以及雷达本身性能的原因，探测到一些与气象因素有关的虚假回波：三体散射、旁瓣回波、窄带回波、超折射回波、二次回波等。雷达回波的分类三体散射、旁瓣回波、二次回波非气象回波气象回波1、地物回波由山地及各种建筑物等对电磁波的散射而产生的回波。地物回波的目标物有两类：(1)地表：山脉，丘陵，岛屿，海岸线等。(2)地表上的人工建筑物。地物回波的PPI识别1、PPI：回波形状与地形一致，边缘清晰，位置固定，不随时间变化。正常折射情况下，相同仰角下地物回波的范围、数量一般不会变化。熟记地形，或抬高仰角地物回波就会消失。相同仰角下地物回波的多少和强弱，取决于：①雷达技术参数，工作状态和地形条件；②大气折射状况。对雷达站正常大气情况下，地物回波的数量和范围是固定的。但是当出现负折射（向上弯曲）时，地物回波明显减少。出现超折射时，地物回波将增多。地物回波的识别2、RHI识别：地物回波的高度比气象目标物的高度低很多，RHI呈矮小的柱状，两头尖。回波高度可作为识别地物回波的依据。反射率因子值很低，通常在20dBz以下，呈点状分布，离雷达站较近。降水云回波：>15dBz。地物回波的特征当大气出现超折射现象时，地物回波明显增多。地物回波的特征雷达探测的地物回波地物回波图像

强度R速度V回波分类地物回波强度：10-15dBz，径向速度：0m/s左右地物回波的小结识别：PPI-离散的点状，边缘清晰，位置固定，强度少变。RHI-呈小柱状，高度低。特点：1、和地形有关，位置固定，强度变化不大；2、径向速度为零或很小；4、回波强度弱，20dBz以下，梯度大。1）阻挡作用：当雷达仰角较低时出现地物回波，将无法探测到地物远离雷达一侧的目标，形成探测盲区。一定仰角下，当气象回波从远处向测站移来，越过地物后，回波范围将增大，强度将增强，形成虚假的回波增强现象。2）若地物回波离测站较近时，有可能降水回波和地物回波连成一片，影响降水回波的强度，且不易确定气象回波的边界。为了减少地物对雷达探测的影响，尽量将雷达架设在较高地形上。

地物回波对雷达探测的影响1、抬高仰角：抬高仰角地物回波的范围迅速减小。当天线抬高到一定仰角后（仰角>=地物的最大挡角），地物回波将消失。

2、根据晴天接收到的回波制成地物回波，在雨天观测时可以去掉杂波区的测值，利用周围区域的资料内插。使用雷达可以从移动的雨区中剔除静物杂波(通常称为抑制)，产生抑制和无抑制回波。

消除地物回波的方法无抑制图形抑制后的图形2、云的回波云的回波是位于地面上空的那些回波，而降水回波是回波与地面相接的回波。云滴尺度较小，对电磁波的散射能力弱，最好用波长较短的雷达（0.86cm或1.25cm）才能探测到。当云中含有较大的降水粒子时天气雷达在较近的距离上，有时也能观测到云的回波。回波特征：强度弱，回波范围较小，在RHI上回波底部不及地。不同类型的云，回波又有差别。2、云的回波-非降水特征：1、RHI:不接地；2、PPI:回波强度弱，几个dBz，成片；云的回波非降水云的回波降水云和非降水云回波对比海浪回波：指海水及其浪花对电磁波的散射而产生的回波，是沿海雷达探测到的特殊回波。PPI：由许多分散的针状回波组成，呈扇形向外辐散，强度较弱且均匀。海浪回波高度较低，通常只有在天线仰角为0º或0º以下时才能探测到。海浪的高低取决于海上的风力，海浪回波的范围可以反映海浪的高低或海上风力的大小。一般随着风力的增大，引起海浪增高，海浪回波范围也相应增大，回波的强度增强。3、海浪回波东山1963年7月0度仰角，距离圈4km4、晴空回波晴空回波：云体稀薄或没有云的晴空大气，或在不可能被探测到的小粒子所组成的云区内探测到的回波。雨后天晴时由于地表水汽蒸发，空气湿度增加，悬浮于近地面层的大量水滴对电磁波产生散射形成的。表现为弱的回波带。形成原因：由晴空大气中折射指数不连续而形成的。由多种原因形成，产生回波也各不相同。意义：晴空回波中的信息对某些天气，特别是强对流大风、雷暴的警报有着至关重要的作用。晴空回波的分类①热对流运动：对流天气内部与周围大气之间的气象要素有较大的差异，形成折射指数的不连续。—一般在PPI上为细胞状结构。②当大气层结具有强逆温层时，阻挡了水汽向上的输送，使逆温层上、下方的湿度条件有一定差异，从而形成比较强的折射指数垂直梯度。③有较强的雷暴天气时，下沉冷出流与前方暖空气之间的飑锋两侧，温度和湿度梯度非常大，折射指数梯度明显。多位于雷暴回波前方约20～30km的地方。—阵风锋的窄带回波（1）热对流产生的晴空回波2003/07/25成都地区出现强热对流天气。上午成都大部分地区天气晴好，少云，但在成都南面出现晴空回波。雷达站在188º的南部出现了晴空回波，强度低于8dBz。（3）晴空窄带回波形成：由雷雨云前进方向上倾斜上升的辐合气流与雷雨云的下沉气流造成的不连续面形成的。形状：细长的带状或圆弧状，宽：1～2km，高度：1km。一般距雷雨带30～40km。在单体雷雨或雷暴群周围的窄带回波通常紧贴雷雨回波的周围。特征：窄带回波与降水回波的关系非常密切，一般多出现在雷雨回波移动方向的前方。飑线前的晴空回波-阵风锋窄带回波：20dBz左右，呈明显的带状，位于强降水回波的前部。超级单体的阵风锋和窄带回波（3）晴空回波-边界层辐合线晴空窄带回波-大风天气线对流前方的晴空回波晴空回波的意义形成原因：由晴空大气中折射指数不连续而形成的。由多种原因形成，产生回波也各不相同。晴空回波中的特殊信息对某些强对流天气，尤其是近地面的大风、雷暴和飑线等的警报有着至关重要的作用。5、同波长干扰回波

当近距离上有多部波长相同的雷达同时工作时，相互之间会产生干扰。出现同波长干扰时，不论雷达发射机是否工作，只要接收机工作，荧光屏上就会出现干扰回波。同波长干扰回波通常呈单条或多条线状，从中心以相等的间隔呈螺旋状向四周放射出来，易于识别，并且也不影响雷达对其它目标体的探测。干扰回波的PPI同波长干扰的RHI显示6、超折射回波超折射回波：当大气呈超折射时，在雷达回波上出现平常探测不到的远距离地物回波。超折射回波与降水回波的区别：PPI：回波呈辐辏状排列的短线。当超折射回波较强时，这些短线的回波弥合成片状。有时超折射回波与地形地物十分一致，显示出平时看不到的山脉和河流。超折射回波易出现在某些方位和距离上，是由于在同样的天气背景下，那里的局地更有利于形成超折射的缘故。RHI：与通常的地物回波相似，呈短而窄的柱状，两头尖，高度较低，只是数量更多些，排列更紧密些。超折射形成的气象条件

逆温显著；水汽压随高度迅速减少，大气折射指数m随高度迅速减小。－“暖干盖”的大气层结。①大陆上晴朗夜晚，地面辐射降温强烈而形成辐射逆温。尤其是地面潮湿，逆温使水汽不能向上输送，形成水汽压随高度急剧减少－辐射超折射②当暖而干的较干空气移到冷水面时使低层空气冷却，温度有所增加。－－平流超折射③雷暴消散期，其底部下沉气流造成近地面层几百米高度处逆温，形成超折射－－雷暴超折射当大气出现超折射现象时，地物回波明显增多。超折射的回波图像7、旁瓣假回波

雷达沿主波瓣传输能量，主波瓣的波束宽度为1º。但有很少的能量沿偏离主波瓣中心线的旁瓣传输。一般情况下，旁瓣产生的回波太弱，以至于分辨不出来。但是当遇上散射能力极高的目标物，如积雨云中柱状的冰雹和暴雨时，就能够出现旁瓣回波。旁瓣回波可以作为强对流的冰雹天气的判别依据。旁瓣回波的PPI和RHI旁瓣回波的特征：回波强度弱：10dBZ左右。PPI：对流单体的旁边。RHI：对流单体的顶部。旁瓣回波PPI：强回波区侧面旁瓣回波PPI旁瓣回波旁瓣回波RHI：强回波顶上旁瓣回波RHI显示8、三体散射

三体散射：雷达发射的电磁波在强降水中心和地面之间经过多次散射后，返回雷达。雷达在强回波区的半径延长线上定出一个弱回波区。可作为冰雹和强天气的标志三体散射三体散射PPI：半径延长线三体散射（耀斑）：对流单体的半径延长线上。