雷达气象学教学大纲_雷达气象学介绍

2020-02-27 其他范文下载本文

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《雷达气象学》教学大纲

教学目的雷达气象学是利用天气雷达，进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科，它是大气物理学、大气探测学和天气学等共同研究的一个分支，是大气科学各专业本科生的专业基础课。

雷达气象学的主要内容包括雷达探测基础理论、雷达回波信息应用和雷达探测技术三部分。雷达探测基础理论包括云和降水粒子对雷达波的散射；微波经过大气、云和降水粒子时的衰减；气象条件对雷达波传播的影响，如大气折射、大气不均匀结构的散射等。雷达回波信息应用方面包括雷达定量测量降水量和云中的含水量；雷达回波在云和降水物理探测以及天气分析预报上的应用；多普勒雷达和各种新型雷达在三维流场、降水粒子谱、晴空回波、大气湍流等探测研究中的应用。雷达探测技术方面包括各种气象雷达资料的处理和传输等。

基于气象目标物（如云、雾、雨、雪、雹等）对电磁波的散射和吸收，天气雷达能够获得各种天气现象的物理状态及其演变的资料，目前已成为大气科学研究和日常气象业务中广泛应用的一种重要探测工具，特别是在研究降水的形成，分析中小尺度天气系统，警戒风害和冰雹相伴随的灾害性强对流天气等方面具有非常重要的意义。

近些年来天气雷达技术发展非常迅速，雷达气象学的研究领域也得到很大的拓广。天气雷达在经历了常规天气雷达、数字化天气雷达后，已进入多普勒天气

雷达时代。国内新一代天气雷达系统布网投入气象业务使用，标志了我国天气雷达技术进入一个新的阶段，同时也大大促进了国内雷达气象学的研究。多普勒天气雷达在雷达探测理论的研究由偏重于降水质点后向散射的研究拓宽到散射的多普勒特性研究、偏振散射的研究、多波长特性研究及侧向散射特性的研究。另外新的雷达探测技术不断地发展，双偏振雷达技术，多基地探测技术，快速扫描技术等进一步的研究也逐渐纳入气象业务，这必将会给带来更多的信息。

《雷达气象学》的教学使学生能够熟悉天气雷达的硬件组成和探测基础理论；掌握雷达定量测量降水的原理和方法，掌握雷达回波强度和速度等资料在冰雹云、暴雨、飑线、台风和锋面等不同天气系统探测中的应用。通过本课程的学习，学生将具有从事雷达气象等相关研究的扎实理论功底，并具有从事实际业务工作的基本能力。

教学内容

第一章绪论

1.1 概述

1.2天气雷达发展历史

1.3天气雷达工作原理第二章雷达探测大气的基础知识

2.1散射

2.1.1 电磁波的散射

2.1.2 单个粒子的散射 2.1.3 粒子群的散射

2.1.4 瑞利散射和米散射的比较 2.1.5 球形粒子的散射特征 2.2衰减

2.2.1 电磁波的衰减

2.2.2 大气气体对雷达波的衰减

2.2.3 云、雨对雷达波的衰减

2.2.4 冰雹、雪对雷达波的衰减 2.3折射

2.3.1 电磁波的折射

2.3.2 大气折射参数

2.3.3 折射指数随高度的变化形式

2.3.4 大气折射对雷达探测的影响 2.4 雷达的探测能力

2.4.1 等射束高度图

2.4.2 雷达分辨率

2.4.3 雷达探测能力第三章雷达气象方程

3.1 单个粒子的雷达气象方程

3.2 粒子群的雷达气象方程

3.3 考虑充塞和衰减的雷达气象方程

3.4 雷达气象方程的影响因子课堂讨论课

第四章多普勒天气雷达

4.1多普勒效应与多普勒频移

4.2 多普勒雷达径向速度探测方法

4.3 影响速度谱宽的气象因子

4.4 距离折叠和速度折叠

4.5 多普勒雷达的取样技术 4.6 多普勒天气雷达的应用 4.7 天气雷达数据质量控制第五章天气雷达产品与算法

5.1 基本产品

5.2 简单算法的导出产品

5.3 风暴单体识别与跟踪算法及其产品 5.4 冰雹指数（HI）产品及其算法 5.5 降水算法及其产品 5.6 VAD风廓线算法

5.7 中气旋(M)和龙卷式涡旋特征(TVS)算法与产品第六章天气雷达回波的识别技术

6.1 天气雷达回波分析技术

6.2 天气雷达的径向速度模式

6.3 天气雷达回波的分类

6.4 降水回波

第七章中小尺度天气系统的回波特征

7.1 天气雷达探测对流云 7.2 天气雷达探测冰雹云 7.2 天气雷达探测暴雨 7.3天气雷达探测下击暴流 7.4 天气雷达探测飑线第八章大尺度天气系统的回波特征

8.1 天气雷达探测台风

8.2 天气雷达探测锋面系统课堂讨论课

实训实习

教学重点、难点

雷达气象学是大气科学各专业的专业基础课，是一门应用性很强的课程。该门课程涉及的主要内容包括雷达探测基础理论、雷达回波信息应用和雷达探测技术三部分，天气雷达目前已成为大气科学研究和日常气象业务中广泛应用的一种重要探测工具。因此，学生应能够熟悉天气雷达的硬件组成；掌握探测基础理论；掌握雷达定量测量降水的原理和方法；掌握雷达回波强度和速度等资料在冰雹云、暴雨、飑线、台风和锋面等不同天气系统探测中的应用。

难点在于雷达产品算法的掌握和对各尺度天气系统观测图谱的识别及应用。

教材

《天气雷达原理与应用讲义》编写

张文煜

袁铁

兰州大学大气科学学院

教学进度（学时）安排

计划课时：54学时第一章

2课时第二章

10课时第三章

3课时课堂讨论

3课时第四章