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[摘 要]天气雷达监测自然灾害对于预防灾害具有十分重要的作用，尤其是新一代雷达的出现，更是为天气预报、减灾防灾提供了便利。本文针对现有天气雷达业务进行分析，提出了一些针对性措施以供参考。对未来的天气雷达在灾害监测未来发展方面进行研究，实现对天气雷达监测灾害性天气更深层次认识。
[关键词]天气雷达；灾害性天气；监测能力；发展
中图分类号：P412.25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）27-0102-01
0 引言
新一代雷达的出现使得我国从南到北、由东到西实现了全国性覆盖，对于提高自然灾害监测能力具有十分重要的意义。新一代雷达监测灾害性天气提供重要的参考资料，充分掌握雷达探测数据，可以有效提高灾害抵抗能力和预防能力，其在气象业务中的地位将变得更加重要。
1 新一代雷達对大尺度天气系统探测能力分析
1.1 冷、暖锋探测
新一代的雷达探测系统可以准确的捕获冷、暖锋信息，如，锋区的锋面信息、锋面走向、锋区辐射综合强度以及移动演变情况。一般的雷达针对冷、暖锋进行观测的时候，受到了水平尺度的限制，仅可以对冷、暖锋的局部结构进行观测，无法实现全面观测。新一代的雷达利用5～6min的高频度信息，从发射率因子回波结构和演变特征，分析出第一型冷锋和第二型冷锋，即通过现有的观测技术再进行分析，确定出冷锋型号。新一代雷达测绘处气旋形结构图，从该图中分析出冷锋的位置、强度、方向、移动演变情况，进而为气象部门提供更加详细的探测信息。
1.2 温带气旋探测
我国温带气旋探测的时候，主要探测黄河气旋、江淮气旋以及蒙古气旋等信息。温带气旋存在着热力不对称结构，导致了内部的冷、暖锋区结构出现。通过新一代的雷达观测温带气旋的中心、内部锋区结构、辐射综合度、气旋性切变以及移动速度等信息。温带地区的气温属于大尺度天气系统，利用单部雷达无法将整个系统详细情况监测清楚，因此利用温带气旋的发射率因子来实现各个冷、暖锋的详情分析。温带气旋分为四个阶段，分别是：波动阶段、成熟阶段、锢囚阶段以及消散阶段。不同的阶段起雷达波的特性存在着差异，如，波动阶段雷达的反射率因子表现为两个降水区域，冷、暖锋各自对应其降水区；成熟阶段的温带气旋冷、暖锋区域特征更加显著，通过雷达反射率因子反应更加显著。
1.3 台风监测
台风作为一种常见的气候现象，新一代雷达在探测的时候，对于台风探测能力也有所提高。天气雷达的高空分辨率对于监测台风的结构特征影响巨大，如，新一代雷达可以确定台风的强度、位置、台风中心、台风移动速度、监控台风眼、最大风速以及螺旋雨带等信息。新一代雷达监测台风还能够分析出更加详细的台风信息，为处于台风区域的人们提供重要的防灾指导。
1.4 大尺度切变线探测
新一代雷达可以准确探测出大尺度切变线的位置，同时还可以识别冷、暖锋的切变形式和辅合综合强度。长零速度线贯穿整个速度区，两条短零速度切线分布在两侧。切变线两侧的湿度差越大则温度差越小，弱辅合气流形成较宽的降水带，且存在着气旋波扰动。如果存在着上述特征，则在多普勒雷达反射率图上表现面积较大，强度较弱的带状回波，对应的切变线也出现小扰动。
2 新一代雷达监测主要问题
2.1 现行扫描策略垂直分辨率较低问题
新一代的雷达扫描主要有两种模式：其一，降水扫描模式；其二，晴空扫描模式。目前，一些气象单位采用的VCP31和VCP32用于晴空扫描，而VCP21和VCP11用于降水模式扫描。降水模式扫描在6min之内完成9个仰角的PPI扫描，该种扫描模式天线转速较慢，雷达采集区的反射率因子和速度数据相对较准确。如，雷达站高度为0m，在标准大气下距雷达站水平70km，高度则在12km以下。则VCP11和VCP21的扫描采样数据分别为7个和10个，这种采集数据导致了分辨率低的问题。
2.2 扫描策略边界层观测覆盖能力较弱
目前，一些气象单位仍然使用VCP21扫描，其扫描的仰角为0.5°，而在大气层下该仰角扫描可以减少杂质波的影响，但是由于地球曲面关系距离地面300km内的70%边界层回波探测将会无法探测，从而形成了边界层的探测盲区。由于我国地理位置形式比较复杂，现有的40%雷达站基本上都建立在山顶，最低的仰角对于边界探测能力将更加低。大气层边界作为地球输送能量、动能以及其他物质的通道，与自由大气耦合作用会严重影响天气过程发生和发展。
2.3 晴空回波探测较弱
我国新一代雷达在s波段的发射峰值功率可达到60Kw/h，而在c波段的发射峰值也可达到250Kw/h。虽然新一代的雷达对于发射功率要求不算高，但是对于回波的探测能力却显得很不足，尤其实施晴空探测的时候问题显得更为突出。新一代雷达的探测观测模式设计中探测的脉冲宽度可变，但是仍然无法很好的获取晴空大气和天气系统的回波信息。
3 新一代雷达监测问题应对措施
3.1 构建符合我国气象特征的观测模式
通过增加扫描的仰角和RHI观测扫描模式来提高中低层垂直分辨率。目前企业使用的VCP21扫描，其垂直采样的数量较少，致使分辨率变低，而通过增加扫描的仰角来提高处置分辨率，该方法可行。通过增加扫描的仰角，可以增加仰角扫描数量，进而确保雷达采样反射率因子和速度的准确性。通过增加仰角角度来增强新一代天气雷达的垂直结构精细化探测能力。
3.2 增加晴空扫描模式提高回波探测能力
脉冲压缩是一种信号处理技术，其基本原理就是在发射端采用特定波形的宽脉冲发射，在接收端通过脉冲压缩处理将接收到的回波压缩成窄脉冲。采用脉冲压缩技术来提高雷达晴空回波的监控能力，以此来改善由于对回波能力监测不足而产生的对天气监测不准确问题。国内也积极开展脉冲压缩技术在气象业务中的应用研究，不采用压缩处理和衅宽脉冲做压缩处理，在车载移动相控阵天气雷达所做的对比试验。
3.3 采用相位编码技术解决监测距离和速度问题
利用x波段双极化多普勒天气雷达回波处理技术，将sz段相位编码距离效果进行模糊对比。Sz段波的相位编码距离模糊算法可以快速回复并且实现回波速度叠加，将得到的速度不再出现大片的速度退模糊算法失效区域。
4 新一代天气雷达监测发展
随着科学技术不断进步，雷达技术也变得越来越先进，新一代的天气雷达针对灾害性天气进行监测技术将变得更加成熟。天气雷达技术不仅可以促进人们在航天领域的研究，同时还可以为自然灾害预防和处理提供重要信息支持。伴随着雷达技术、电子技术、计算技术、通信技术以及GIS技术的发展，天气雷达监测技术也将发生巨大改变。未来的天气雷达灾害性天气监测发展方向大致可以分为：（1）组网技术的成熟将会实现对天气系统协同观测；（2）天气雷达技术将会达到双极化技术改造升级，提高雷达评估分析的准确性；（3）毫米波级雷达出现，将为灾害性天气预报提高预警能力；（4）脉冲压缩技术将会积极推动雷达固态化和小型化发展。
5.结束语
新一代雷达主要利用其大功率、高灵敏度以及全相参数实现气候监测，新一代雷达的监测内容相当全面，其不仅可以监测一些传统雷达监测的项目，而且还可以实现对观测方法、数据以及分析灵活处理，定制针对性观测方案。
参考文献
[1] 裴宗寿，晁红艳.海北州新一代天气雷达运行状态监控及报警系统设计与实现[J].现代农业科技，2016，（14）：341-342.
[2] 邓志强，吴萍，朱虹.新一代天气雷达观测数据质量的影响因素与提高方法[J].现代农业科技，2015，（17）：278-279.
[关键词]天气雷达；灾害性天气；监测能力；发展
中图分类号：P412.25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）27-0102-01
0 引言
新一代雷达的出现使得我国从南到北、由东到西实现了全国性覆盖，对于提高自然灾害监测能力具有十分重要的意义。新一代雷达监测灾害性天气提供重要的参考资料，充分掌握雷达探测数据，可以有效提高灾害抵抗能力和预防能力，其在气象业务中的地位将变得更加重要。
1 新一代雷達对大尺度天气系统探测能力分析
1.1 冷、暖锋探测
新一代的雷达探测系统可以准确的捕获冷、暖锋信息，如，锋区的锋面信息、锋面走向、锋区辐射综合强度以及移动演变情况。一般的雷达针对冷、暖锋进行观测的时候，受到了水平尺度的限制，仅可以对冷、暖锋的局部结构进行观测，无法实现全面观测。新一代的雷达利用5～6min的高频度信息，从发射率因子回波结构和演变特征，分析出第一型冷锋和第二型冷锋，即通过现有的观测技术再进行分析，确定出冷锋型号。新一代雷达测绘处气旋形结构图，从该图中分析出冷锋的位置、强度、方向、移动演变情况，进而为气象部门提供更加详细的探测信息。
1.2 温带气旋探测
我国温带气旋探测的时候，主要探测黄河气旋、江淮气旋以及蒙古气旋等信息。温带气旋存在着热力不对称结构，导致了内部的冷、暖锋区结构出现。通过新一代的雷达观测温带气旋的中心、内部锋区结构、辐射综合度、气旋性切变以及移动速度等信息。温带地区的气温属于大尺度天气系统，利用单部雷达无法将整个系统详细情况监测清楚，因此利用温带气旋的发射率因子来实现各个冷、暖锋的详情分析。温带气旋分为四个阶段，分别是：波动阶段、成熟阶段、锢囚阶段以及消散阶段。不同的阶段起雷达波的特性存在着差异，如，波动阶段雷达的反射率因子表现为两个降水区域，冷、暖锋各自对应其降水区；成熟阶段的温带气旋冷、暖锋区域特征更加显著，通过雷达反射率因子反应更加显著。
1.3 台风监测
台风作为一种常见的气候现象，新一代雷达在探测的时候，对于台风探测能力也有所提高。天气雷达的高空分辨率对于监测台风的结构特征影响巨大，如，新一代雷达可以确定台风的强度、位置、台风中心、台风移动速度、监控台风眼、最大风速以及螺旋雨带等信息。新一代雷达监测台风还能够分析出更加详细的台风信息，为处于台风区域的人们提供重要的防灾指导。
1.4 大尺度切变线探测
新一代雷达可以准确探测出大尺度切变线的位置，同时还可以识别冷、暖锋的切变形式和辅合综合强度。长零速度线贯穿整个速度区，两条短零速度切线分布在两侧。切变线两侧的湿度差越大则温度差越小，弱辅合气流形成较宽的降水带，且存在着气旋波扰动。如果存在着上述特征，则在多普勒雷达反射率图上表现面积较大，强度较弱的带状回波，对应的切变线也出现小扰动。
2 新一代雷达监测主要问题
2.1 现行扫描策略垂直分辨率较低问题
新一代的雷达扫描主要有两种模式：其一，降水扫描模式；其二，晴空扫描模式。目前，一些气象单位采用的VCP31和VCP32用于晴空扫描，而VCP21和VCP11用于降水模式扫描。降水模式扫描在6min之内完成9个仰角的PPI扫描，该种扫描模式天线转速较慢，雷达采集区的反射率因子和速度数据相对较准确。如，雷达站高度为0m，在标准大气下距雷达站水平70km，高度则在12km以下。则VCP11和VCP21的扫描采样数据分别为7个和10个，这种采集数据导致了分辨率低的问题。
2.2 扫描策略边界层观测覆盖能力较弱
目前，一些气象单位仍然使用VCP21扫描，其扫描的仰角为0.5°，而在大气层下该仰角扫描可以减少杂质波的影响，但是由于地球曲面关系距离地面300km内的70%边界层回波探测将会无法探测，从而形成了边界层的探测盲区。由于我国地理位置形式比较复杂，现有的40%雷达站基本上都建立在山顶，最低的仰角对于边界探测能力将更加低。大气层边界作为地球输送能量、动能以及其他物质的通道，与自由大气耦合作用会严重影响天气过程发生和发展。
2.3 晴空回波探测较弱
我国新一代雷达在s波段的发射峰值功率可达到60Kw/h，而在c波段的发射峰值也可达到250Kw/h。虽然新一代的雷达对于发射功率要求不算高，但是对于回波的探测能力却显得很不足，尤其实施晴空探测的时候问题显得更为突出。新一代雷达的探测观测模式设计中探测的脉冲宽度可变，但是仍然无法很好的获取晴空大气和天气系统的回波信息。
3 新一代雷达监测问题应对措施
3.1 构建符合我国气象特征的观测模式
通过增加扫描的仰角和RHI观测扫描模式来提高中低层垂直分辨率。目前企业使用的VCP21扫描，其垂直采样的数量较少，致使分辨率变低，而通过增加扫描的仰角来提高处置分辨率，该方法可行。通过增加扫描的仰角，可以增加仰角扫描数量，进而确保雷达采样反射率因子和速度的准确性。通过增加仰角角度来增强新一代天气雷达的垂直结构精细化探测能力。
3.2 增加晴空扫描模式提高回波探测能力
脉冲压缩是一种信号处理技术，其基本原理就是在发射端采用特定波形的宽脉冲发射，在接收端通过脉冲压缩处理将接收到的回波压缩成窄脉冲。采用脉冲压缩技术来提高雷达晴空回波的监控能力，以此来改善由于对回波能力监测不足而产生的对天气监测不准确问题。国内也积极开展脉冲压缩技术在气象业务中的应用研究，不采用压缩处理和衅宽脉冲做压缩处理，在车载移动相控阵天气雷达所做的对比试验。
3.3 采用相位编码技术解决监测距离和速度问题
利用x波段双极化多普勒天气雷达回波处理技术，将sz段相位编码距离效果进行模糊对比。Sz段波的相位编码距离模糊算法可以快速回复并且实现回波速度叠加，将得到的速度不再出现大片的速度退模糊算法失效区域。
4 新一代天气雷达监测发展
随着科学技术不断进步，雷达技术也变得越来越先进，新一代的天气雷达针对灾害性天气进行监测技术将变得更加成熟。天气雷达技术不仅可以促进人们在航天领域的研究，同时还可以为自然灾害预防和处理提供重要信息支持。伴随着雷达技术、电子技术、计算技术、通信技术以及GIS技术的发展，天气雷达监测技术也将发生巨大改变。未来的天气雷达灾害性天气监测发展方向大致可以分为：（1）组网技术的成熟将会实现对天气系统协同观测；（2）天气雷达技术将会达到双极化技术改造升级，提高雷达评估分析的准确性；（3）毫米波级雷达出现，将为灾害性天气预报提高预警能力；（4）脉冲压缩技术将会积极推动雷达固态化和小型化发展。
5.结束语
新一代雷达主要利用其大功率、高灵敏度以及全相参数实现气候监测，新一代雷达的监测内容相当全面，其不仅可以监测一些传统雷达监测的项目，而且还可以实现对观测方法、数据以及分析灵活处理，定制针对性观测方案。
参考文献
[1] 裴宗寿，晁红艳.海北州新一代天气雷达运行状态监控及报警系统设计与实现[J].现代农业科技，2016，（14）：341-342.
[2] 邓志强，吴萍，朱虹.新一代天气雷达观测数据质量的影响因素与提高方法[J].现代农业科技，2015，（17）：278-279.