天气雷达发展简史

发布时间: 2024-03-15 14:11:14    来源:原创

从第二次世界大战后雷达技术引用到气象部门至今已有70年的历史。用于探测云雨降水、监测强对流天气的天气雷达已成为雷达技术中的一个分支。天气雷达的发展大致经历了四个阶段:

1)20实际50年代以前,用于气象部门的天气雷达主要是由军用的警戒雷达进行适当的改装而成,如美国国家天气局用的WSR-1、WSR-3,英国生产的Decca41、Decca43等。国内也曾在1950年引进Decca41雷达用于天气监测。当时选用的波长主要采用X波段(3cm),少量S波段,性能与军用的警戒雷达无多大差异;

2)20实际50年代中期根据气象探测的需求,开始设计专门用于监测强天气和估测降水的雷达,命名为天气雷达。1953年美国空军设计研制了CPS-9X波段天气雷达,用于监测强对流天气的机场的飞行保障。1957年美国天气局设计生产了WSR-57S波段天气雷达,主要用于监测强对流天气、大范围降水和定量估测降水。20世纪60年代日本开发了C波段的天气雷达如JMX-1-9等。这阶段为气象观测使用的天气雷达,主要是在波长上做了较多的考虑,以适应气象探测要求。对回波信号强度测量和图像显示方面做了不同于军用的要求。天气雷达主要还是模拟信号接受和模拟现实的雷达图像,观测资料的存储采用照相方法。对资料的处理仍是事后的人工整理和分析。国内生产的713天气雷达、714天气雷达基本属于此类产品;

3)20世纪70年代中期以后,数字技术和计算机开始广泛使用。为适应气象部门对天气雷达定量估测降水和对观测资料做进一步处理的需求,天气雷达开始采用数字技术和计算机处理。天气雷达与计算机连接,形成数字化天气雷达系统。典型产品有美国的WSR-81S天气雷达系统。同时也将数字技术与计算器处理用于对原有的常规天气雷达进行改造,使其具有数字化处理功能。国内相当一部分天气雷达采用了改造的方法使其具有数字化处理功能。数字化天气雷达系统不仅在技术上采用了数字技术,提供了数字化的观测数据,更重要的是应用计算机对探测数据进行再处理,形成多种可供观测员和用户直接使用的图像产品数据;

(4)早在20实际50年代末,研究人员就开始了多普勒雷达技术在大气探测中的实验。由于受到当时的技术条件限制,未能推广到气象业务使用。直到20实际70年代末期,数字技术、信号处理技术和计算机技术的发展为多普勒天气雷达在大气探测中使用创造了条件。美国在20世纪80年带初开始设计为气象业务使用的多普勒天气雷达被称为新一代天气雷达(NEXRAD)。这些雷达于1988年开始批量生产布站,型号定位WSR-38D,1996年完成布点。在美国本土共布设了155部WSR-88D雷达。WSR-88D不仅有强的探测能力,较好的定量估测降水的性能,还具有获取风场信息的功能,并由丰富的应用软件支持。可为用户提供多种监测和预警产品。

目前,我国已经规划建设完成了200多部新一代天气雷达,建成了技术先进、全球规模最大的新一代天气雷达监测网,其中最具代表性的雷达是WSR-98D天气雷达,该雷达属于S波段,与X、C波段雷达相比雨衰减小,探测范围更大,优势明显,适合建设在我国中东部地区,在短时临近天气监测预报预警领域、强对流天气预报监测和气象预警、防灾减灾、公共服务等各方面发挥了重要作用。现在新一代雷达发展较快,尤其是相控阵雷达技术,已经逐渐成为行业热点,在舰船上使用较多。但要实现实际功能应用还需要一段时间,从全国已经建成的新一代天气雷达现状来看,双偏振技术在S波段天气雷达上得到大规模应用,在现有双偏振气象雷达提高实际应用研究水平和功能拓展是现阶段较为理想的选择。