風廓線雷達是通過向高空發射不同方向的電磁波束，接收並處理這些電磁波束因大氣垂直結構不均勻而返回的信息進行高空風場探測的一種遙感設備。風廓線雷達利用都卜勒效應能夠探測其上空風向、風速等氣象要素隨高度的變化情況，具有探測時空解析度高、自動化程度高等優點。在風廓線雷達基礎上增加聲發射裝置構成無線電——聲探測系統，可以遙感探測大氣中溫度的垂直廓線。
基本介紹
- 中文名：風廓線雷達
- 釋義：風場為主的多種數據產品
- 類型：速度、譜寬、信噪比
- 性質：專業術語
簡介,原理,工作頻帶,歸屬分類,作用,特點,
簡介
風廓線雷達能夠提供以風場為主的多種數據產品。其基本數據產品包括徑向速度、譜寬、信噪比、水平風向、水平風速、垂直速度和反映大氣湍流的折射率結構常數cn2等的廓線。
原理
大氣中折射率的不均勻能夠引起對電磁波的散射，其中大氣中的湍流活動導致折射率漲落而引起的散射（即湍流散射），散射層的運動和湍流塊的運動都可造成返回電磁波信號的都卜勒頻移，採用都卜勒技術可以獲得其相對於雷達的徑向速度，通過進行多射向的速度測量，在一定的假定條件下可估測出回波信號所在高度上的風向、風速和垂直運動，從而獲取大氣風廓線資料。用於這一探測目的的脈衝都卜勒雷達稱為風廓線雷達。
工作頻帶
按照對風廓線探測高度需求的不同，風廓線雷達分為平流層風廓線雷達，對流層風廓線雷達和邊界層風廓線雷達三種，設備所採用的工作頻率也不有所不同，根據1997年世界無線電大會（WRC-97）為風廓線雷達業務劃分的頻段以及依據《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》和國際電信聯盟《無線電規則》第217號決議“風廓線雷達的實施”，風廓線雷達作為無線電定位業務，國內採用的頻率範圍為風廓線雷達通常使用電磁波頻率以及探
測高度如表所示
雷達類型 | 邊界層 | 對流層 | 平流層 |
工作頻率（MHZ） | 1270－1295 ，1300－1375 | 440－4 50 | 46－68 |
探測高度(km) | 0.1-3 | 0.6-16 | 3-30 |
歸屬分類
風廓線雷達(wind profiler)主要是利用大氣湍流對電磁波的散射作用對大氣風場等物理量進行探測的遙感設備。
根據天線制式的不同，風廓線雷達可以分為兩大類:一類是採用相控陣天線的風廓線雷達，另一類是採用拋物面天線的風廓線雷達，相控陣風廓線雷達體制適用於各種高度的探測，成為目前普遍採用的技術體制。近年來，也出現了拋物面天線的風廓線雷達，但是由於發射功率等技術條件的限制，拋物面天線風廓線雷達的探測高度僅限於邊界層。
因為風廓線雷達在進行氣流速度測量的同時，還要對氣流進行空間定位，所以不論是相控陣天線風廓線雷達，還是拋物面天線風廓線雷達，都需要發射脈衝電磁波並具有都卜勒測速功能，因此，可以將風廓線雷達歸類於脈衝都卜勒雷達，其中，採用相控陣體制的風廓線雷達也可以歸類於相控陣雷達.
根據探測高度的不同，可以將風廓線雷達分為邊界層風廓線雷達、對流層風廓線雷達以及中間層一平流層一對流層雷達(MST)。邊界層風廓線雷達的探測高度一般在3km左右，對流層風廓線雷達的探測高度一般在12一16km, (探測高度8km以下的稱為低對流層風廓線雷達)，MST雷達的探測高度可以達到中間層。
不同探測高度的風廓線雷達有著不同的套用領域。MST雷達一般用於高層大氣科學研究。對流層風廓線雷達，其組網觀測資料更適合用於數值天氣預報。邊界層風廓線雷達主要用於邊界層的觀測，其探測資料更適合於中小尺度的大氣科學研究、中小尺度短時預報、航空安全保障和空氣品質預報等社會服務領域。
根據雷達工作頻率的不同，大致可以將風廓線雷達分為甚高頻(VHF)、超高頻(UHF)和L波段三種類型。由於湍流散射機制的限制，探測高度越高選用的波長就越長。因為探測高度與雷達波長之間存在著制約關係，所以按探測高度的分類方法和按雷達工作波長的分類方法存在一定的相關性，但又不完全對應。大致上講，邊界層風廓線雷達選用L波段、對流層風廓線雷達選用UHF( P波段)、探測高度在平流層以上的風廓線雷達大致選用VHF．
作用
風廓線雷達能夠實時提供大氣的三維風場信息，增加無線電-聲探測系統（RASS），可實現對大氣風、溫等要素的連續遙感探測，是一種新的高空大氣探測系統。與常規大氣探測設備相比，風廓線雷達在探測精度、垂直解析度和探測時間間隔等方面是其它觀測系統所無法比擬的。間距適中、布局合理的風廓線雷達網在氣象業務和氣象研究、航天航空氣象、環境監測、軍事氣象保障以及緊急突發事件保障、防災減災等方面都可以發揮重要作用。
特點
(1)獲取資料的時間和空間解析度高，風廓線雷達的測量具有很高的時間和空間解析度。測量數據輸出的時間間隔可以短到幾分鐘，數據的空間解析度一般在幾十米的量級，可以給出較密的廓線資料。從此意義上講風廓線雷達的測量具有連續和實時的特點。
(2)獲取資料的種類多，風廓線雷達能夠提供多種氣象信息。風廓線及其隨時間的演變是風廓線雷達提供的基本氣象資料，包括水平風廓和垂直風廓線等。在獲取風場資料的同時，從連續的觀測數據序列中，可以分析出切變線、大氣重力波動和大氣穩定度等信息。通過多波束的測量可以估算水平散度和變形量等更多的氣象信息。從Doppler譜寬可以獲取湍流信息，從雷達反射率可以得到反映湍流強度的湍流結構常數。總之，風廓線雷達在提供詳細的風場結構及其隨時間演變的同時，還能夠提供大量的可以用於大氣科學研究和天氣預報的有用信息。特別是，常規探測手段很難獲取這些資料。
(3)遙感方式，風廓線雷達屬於遙感風速計，特別適合需要無球探測的場合，如機場的測風套用。
