氣象雷達基礎知識

什么是氣象雷達？

氣象雷達是一種用于觀察云層運動以及降雨和降雪模式的雷達。

在地面上，日本氣象廳已在多個地點安裝了氣象雷達，機場也配備了氣象雷達。 此外，安裝在飛機上的雷達還能作為氣象雷達使用。

氣象雷達接收無線電波，這些無線電波向空氣中發射信號，反射到云層或雨水上，并用天線接收。它能計算波在反射后返回到云層或雨水之間的距離。 雨的強度由回波無線電波的強度決定。

通過觀察發射與接收無線電波的相位差，可以觀察云或雨是接近還是遠離。 這種相位移被稱為多普勒效應，利用它的雷達被稱為多普勒雷達。

氣象雷達的用途

在航空工業中，氣象雷達可用于飛機的安全運行。 地面氣象雷達監測約120公里半徑內的云層移動，提醒他們可能威脅飛機起降的危險云層。

尤其是在積雨云下，強烈的下沉氣流往往會出現，當積雨云接近跑道時，管制員會采取諸如暫停飛機起降等措施。 與此同時，飛機上的風化雷達可以觀測飛行方向上的云。

如果飛機前方有積雨云，飛機會改變航向。 如果進入云層時預計會有震動，飛行員會敦促乘客和機組人員就座并系好安全帶。

氣象雷達原理

雷達回波圖像顯示雨云位置和降雨等分布，從而估算天氣現象。 僅靠氣象衛星的可見光或紅外云圖像無法觀察的天氣現象，也可以通過回聲圖像觀測到。 在回聲圖像中，降水通常按顏色分類，從而通過強度分布估算降雨模式。

回聲圖像的時間變化揭示了天氣現象的特征。 彩色區域稱為降水區，天氣模式通過降水區的出現和移動來估算。

氣象雷達的類型

氣象雷達主要有五種類型：微波雷達、毫米波雷達、多普勒雷達、偏振雷達和閃電雷達。

1. 微波雷達

通過分析由雨雪等晶體反射的電磁波，我們觀察雪和雨在大氣中的密度和位置。 它使用波長為3到10厘米的電磁波。

2. 毫米波雷達

它以類似微波雷達的方式分析波長約1毫米到10毫米的毫米波。

3. 多普勒雷達

通過發射電磁波，可以觀察到多普勒效應引起的頻率偏移。

4. 極化雷達

通過發射兩種類型的無線電波——水平極化和垂直極化——降水強度由無線電波反射率的差值決定。

5. 閃電雷達

分析電磁波反射的無線電波的雷達也能探測閃電。

如何選擇氣象雷達

氣象雷達的使用方式會根據觀測和估算的要素而有所不同。

1. 微波雷達

陰影區域因障礙物難以觀察，因此通常安裝在山頂及類似地點。 它變得更小更輕，甚至被安裝在氣象衛星上。 由于氣象衛星觀測范圍較廣，它們較少受到地面障礙物的影響。

2. 毫米波雷達

由于波長短，它甚至能觀測到微小的物體，非常適合觀測霧粒和云粒。 除了地面安裝型外，它們也被用于氣象衛星。

3. 多普勒雷達

通過理解風向和風速，我們可以在細微尺度上觀察氣流和云的流動和運動。 天氣惡劣時適合觀賞，但晴朗日子無雨滴，無法觀測到風。

4. 極化雷達

它不受雨滴大小或輸電功率等因素的影響較小。 因此，它可以被定量觀察到。

5. 閃電雷達

閃電很少被使用，因為它會干擾其他觀測。 對于閃電觀測，可能會安裝一個單獨的雷達，只探測閃電。