【气象雷达】（meteorological radar）

气象雷达是专门用于大气探测的雷达，属于主动式微波大气遥感设备。用来探测大气中云雨的分布和变化、降水强度、云层的高度和厚度、不同大气层里的风向、风速和其他气象要素。是用于警戒和预报中、小尺度天气系统（如台风和暴雨云系）的主要探测工具之一。

常规雷达装置大体上由定向天线、发射机、接收机、天线控制器、显示器和照相装置、电子计算机和图象传输等部分组成。而与无线电探空仪配套使用的高空风测风雷达，只是一种对位移气球定位的专门设备，一般不算作此类雷达。

气象雷达使用的无线电波长范围很宽，从1厘米到1000厘米。它们常被划分成不同的波段,以表示雷达的主要功能。常

用的1、3、5、10和 20厘米波长各对应于 K波段（波长0.75～2.4厘米）、X波段 （波长 2.4～3.75厘米）、C波段（波长3.75～7.5厘米）、S波段（波长7.5～15厘米）和 L波段（波长15～30厘米），超高频和甚高频雷达的波长范围分别为10～100厘米和100～1000厘米。
雷达探测大气目标的性能和其工作波长密切有关。把云雨粒子对无线电波的散射和吸收结合起来考虑，各种波段只有一定的适用范围。常用K波段雷达探测各种不产生降水的云，用X、C和S波段雷达探测降水,其中S波段最适用于探测暴雨和冰雹，用高灵敏度的超高频和甚高频雷达可以探测对流层－平流层-中层的晴空流场。

气象多普勒雷达的工作在30～3000兆赫频段，具有很高的探测灵敏度。因探测高度范围可达1～100公里，所以又称为中层-平流层-对流层雷达 (MST radar)。它主要用于探测晴空大气的风、大气湍流和大气稳定度（见大气静力稳定度）等大气动力学参数的铅直分布。

由于气象雷达专为大气探测目的而设计，故有它的特殊性能。根据使用目的的不同，各类气象雷达又有不同的特点。例如，测雨雷达的显示器应能显示波束扫过平面上降水的分布；探空测风雷达应能接收从探空气球发回的应答信号；测云雷达应能探测普通天气雷达无法观测的非降水云。

大多数气象雷达是从天气目标的散射雷达波中提取信息的，既不依赖于目标物自身的辐射，也不需把仪器直接置入被探测空间，所以是气象上一种极为有效的主动遥感式探测工具。

气象雷达分为两大类。凡是不具有多普勒性能的雷达称为常规气象雷达，具有多普勒性能的雷达称为相干雷达或多普勒雷达。主要的气象雷达有：
1.测云雷达。是用来探测未形成降水的云层高度、厚度以及云内物理特性的雷达。其常用的波长为1.25厘米或0.86厘米。工作原理和测雨雷达相同，主要用来探测云顶、云底的高度。如空中出现多层云时，还能测出各层的高度。由于云粒子比降水粒子小，测云雷达的工作波长较短。测云雷达只能探测云比较少的高层云和中层云。对于含水量较大的低层云,如积雨云、冰雹等,测云雷达的波束难以穿透，因而只能用测雨雷达探测。

2.测雨雷达。又称天气雷达，是利用雨滴、云状滴、冰晶、雪花等对电磁波的散射作用来探测大气中的降水或云中大滴的浓度、分布、移动和演变，了解天气系统的结构和特征。测雨雷达能探测台风、局部地区强风暴、冰雹、暴雨和强对流云体等，并能监视天气的变化。

3.测风雷达。用来探测高空不同大气层的水平风向、风速以及气压、温度、湿度等气象要素。测风雷达的探测方式一般都是利用跟踪挂在气球上的反射靶或应答器，不断对气球进行定位。根据气球单位时间内的位移，就能定出不同大气层水平风向和风速。在气球上同时挂有探空仪，遥测高空的气压、温度和湿度。

4.圆极化雷达。一般的气象雷达发射的是水平极化波或垂直极化波，而圆极化雷达发射的是圆极化波。雷达发射圆极化波时，球形雨滴的回波将是向相反方向旋转的圆极化波，而非球形大粒子（如冰雹）对圆极化波会引起退极化作用，利用非球形冰雹的退极化性质的回波特征，圆极化雷达可用来识别风暴中有无冰雹存在。

 5.调频连续波雷达。它是一种探测边界层大气的雷达。有极高的距离分辨率和灵敏度，主要用来测定边界层晴空大气的波动、风和湍流。

6.气象多普勒雷达。利用多普勒效应来测量云和降水粒子相对于雷达的径向运动速度的雷达。

7.甚高频和超高频多普勒雷达。利用对流层、平流层大气折射率的不均匀结构和中层大气自由电子的散射，探测1～100公里高度晴空大气中的水平风廓线、铅直气流廓线、大气湍流参数、大气稳定层结和大气波动等的雷达。

在研究试验的雷达中还有双波长雷达和机载多普勒雷达等。70年代以来，利用一个运动着的小天线来等效许多静止的小天线所合成的一个大天线的合成孔径雷达的新发展，必将加速机载多普勒雷达今后的发展进程。机载多普勒雷达的机动性很强，可以用来取得分辨率很高的对流风暴的多普勒速度分布图。

气象雷达方程 （meteorologica radar equation）也称天气雷达方程。表达回波功率与雷达参数及气象目标反射特性之间定量关系的公式。主要用于估计雷达探测能力及定量测定降雨率。在假设天线发射的能量集中且均匀地分布在一针状波束内的情况下，并忽略雷达波在传播介质中的衰减，则可导出下列简单形式的雷达方程：
（1）

    左式中， Pt和Pr分别为雷达的发射功率和接收到的回波功率，G为天线增益，λ为雷达波长，θ和Φ为波束横截面在水平和垂直方向上的角宽度，h为雷达发射脉冲长度，r为雷达至目标体的距离，∑σ为单位体积内全部散射粒子的后向散射截面的总和，称为反射率。对于最常用的抛物面天线来说，天线有效面积AE与天线增益及雷达波长间的关系为AE=Gλ2/4π。对于发射功率完全均匀地集中在窄波束内的情况，增益可表达为G=16/θφ。利用这两个失系，可将（l）式简化为：
（2）

     由于能量在波束内均匀分布的假定偏离实际，故对（l）式需作一定的修正。在假定无线发射的能量流密度随偏轴角度作正态分布的条件下，并考虑微波在传播介质中被削弱以及散射体积可能未被降水体所充满的情况，则气象雷达方程为：

（3）

      左式中，θ和Φ为波束中半功率点间的角宽度，K为路径衰减因子，ψ为波束充实因子。（3）式是1962年由普罗珀特-琼斯（Probert-Jones）首先导出的，是目前最广泛应用的气象雷达方程。