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胡明宝 著

图书标签:

• 风廓线雷达
• 气象雷达
• 大气科学
• 遥感
• 气象观测
• 边界层气象
• 风场测量
• 雷达气象学
• 大气探测
• 气象数据

出版社： 气象出版社

ISBN：9787502960896

版次：1

商品编码：11628895

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-01-01

用纸：胶版纸

页数：200

字数：262000

正文语种：中文

内容简介

　　《风廓线雷达探测与应用》系统地介绍了风廓线雷达的探测原理、雷达探测模式设置、信号处理方法、目标谱峰检测、风廓线计算、数据质量控制方法等内容，并利用雷达长期的连续观测数据，研究分析了风廓线雷达的实际探测性能及其在天气监测中的应用。《风廓线雷达探测与应用》内容丰富，可供大气科学各专业本科生学习使用，也可供气象工作者参考。

目录

前言
第1章 风廓线雷达的发展
1.1 风廓线雷达的分类
1.2 风廓线雷达的发展
1.3 风廓线雷达的技术现状

第2章 风廓线雷达探测原理与工作模式
2.1 湍流简介
2.2 湍流散射理论
2.3 风廓线雷达探测
2.4 风廓线雷达信号与数据处理流程
2.5 风廓线雷达探测模式分析与设计

第3章 风廓线雷达谱分析方法
3.1 谱分析方法的发展
3.2 FFT法谱分析
3.3 小波技术应用研究
3.4 最大熵法应用研究
3.5 数值模拟检验
3.6 本章小结

第4章 风廓线雷达目标检测方法
4.1 目标检测方法的发展
4.2 客观化目标检测法
4.3 综合识别法目标检测研究
4.4 检测效果分析
4.5 本章小结

第5章 风廓线计算与数据质量控制方法
5.1 数据质量控制方法的发展
5.2 一致性平均的研究
5.3 风廓线计算
5.4 数据质量控制方法研究
5.5 本章小结

第6章 风廓线雷达探测性能试验
6.1 长期运行稳定性分析
6.2 数据获取率分析
6.3 探测数据准确性分析
6.4 风廓线雷达自比对分析

第7章 风廓线雷达探测过境天气的分析与识别
7.1 基本原理
7.2 雷达探测图例分析
7.3 一次飑线天气过境分析

第8章 风廓线雷达探测风切变
8.1 风切变
8.2 风切变的计算
8.3 风切变的探测识别

第9章 风廓线雷达探测低空急流
9.1 低空急流及其定义
9.2 低空急流的统计分析
9.3 低空急流个例分析

第10章 风廓线雷达垂直速度资料的应用
10.1 垂直速度的计算
10.2 个例分析
10.3 统计分析与应用
参考文献

精彩书摘

　　《风廓线雷达探测与应用》：
　　用均值代替直流谱的方法会产生频率偏移问题（Sato，1982）。利用FFT变换将信号由时域变换到频域，一旦噪声频谱与雷达回波信号的频谱混杂在一起时，谱分析的结果就会是它们的集体呈现。当噪声较强时就难以得到有用的雷达回波信息，影响了谱的分析结果。而在2.3.3一节中，作者提到风廓线雷达探测时由于回波信号弱，容易受到各种杂波和噪声的干扰。因此，为提高数据质量，需要研究如何有效去除或抑制风廓线雷达信号中的噪声和地杂波，提高回波信号的信噪比。
　　小波变换（wavele ttransform）是在傅氏变换分析基础上发展起来的一种信号处理手段，可实现信号的多尺度分析，被誉为信号处理中的“数学显微镜”，广泛应用于数据压缩、信号去噪、图像融合等领域。1994年，Standford大学的Donoho等提出了小波阈值去噪算法，并从渐进意义上证明了它的最优性；此后，国内外的许多学者对小波阈值去噪算法提出了各种改进方案。
　　由于小波分析在信号去噪性能方面的优越性，国内外的学者都开始研究如何将小波技术应用于风廓线雷达信号的杂波去除中。1997年，Jordan等提出利用小波变换技术去除风廓线雷达信号中的地杂波和间歇性杂波，并用Daubechies小波获得较理想的效果。2001年，Lehmann等将小波技术应用于风廓线雷达的信号处理中，利用阈值法去除雷达回波信号中的杂波，取得较好的实验结果。2006年，丁敏等利用提升小波和阈值法抑制风廓线雷达地杂波，提升小波运算速度，适合硬件实现。2008年，王勇等提出利用小波变换抑制风廓线雷达间歇性杂波；2008年，Lehmann等提出利用加窗傅里叶变换去除风廓线雷达间歇性杂波。
　　应用小波分析的主要困难在于需要找到一组合适的小波基，能够适应风廓线雷达的连续运行和无人值守式的工作，也就是要对环境具有自适应性，如果针对性太强，那就会限制其推广使用。
　　20世纪70年代发展起来的现代谱估计技术，如最大熵法，就具有一定的自适应性。最大熵谱分析法最早是1967年由J.P.Burg提出的（Burg，1967），他根据长期从事地震波信号分析的经验，借助信息论的发展成果，著文提出：在已知自相关函数前（N+1）个值的前提下，不采用补充零或乘以窗函数的办法，来增加样本的长度，而是在保证每一步都取得熵最大的条件下，对自相关函数未知延迟点上的值进行外推，理论上可以一直递推到所需要的样本长度，然后再用这些已知值和递推值所组成的整个自相关函数序列去计算该过程的功率谱密度函数。这种方法称为最大熵谱分析法。由此得到的估计谱称为最大熵谱。
　　在递推过程中采用最大熵准则，意味着在预测的未知点上功率谱具有最大的不确定性，因此，这样的递推过程对导出的结果不增添任何强加的信息。与传统的谱分析方法相比较，避免了数据的周期扩展或对未测量的值乘以零的假设，这就使得最大熵法有更高的谱分辨力和估计精度。
　　……

《气象雷达原理与系统设计》 内容简介： 本书系统地阐述了气象雷达的基本原理、关键技术、系统构成及在气象探测与预报中的广泛应用。全书共分为三个部分，共计十六章，旨在为气象、雷达工程、电子工程等相关领域的专业人士、研究人员及高等院校师生提供一本内容详实、理论与实践相结合的权威参考。 第一部分：气象雷达基本原理 本部分共计四章，深入剖析了气象雷达工作的物理基础和核心概念。 第一章：电磁波与大气相互作用 详细介绍了电磁波在传播过程中与大气粒子（如雨滴、雪花、冰晶、空气分子等）的相互作用机理。内容涵盖了电磁波的散射、吸收、衰减、衍射等现象，并重点阐述了米氏散射理论和瑞利散射理论在不同尺度粒子散射中的适用性。通过对散射截面、后向散射截面、衰减系数等参数的深入分析，为理解雷达信号的衰减和能量损耗奠定理论基础。此外，本章还将探讨大气折射率的波动对电磁波传播路径的影响，以及由此产生的多路径效应和折射异常等现象。 第二章：雷达方程与回波信号分析 系统推导了气象雷达方程，详细分析了雷达方程中各项参数的物理意义及其对回波信号强度的影响，包括雷达发射功率、天线增益、波长、目标散射截面、传播损耗、雷达常数等。深入剖析了目标散射截面的时空变化特性，以及由此带来的回波信号的随机性。重点讲解了回波信号的多普勒效应，包括径向速度测量原理、速度模糊、速度非模糊技术等。同时，对相干信号处理、非相干信号处理、脉冲压缩技术等进行了详尽介绍，阐述了这些技术如何提高雷达的距离分辨率和探测精度。 第三章：气象目标回波特性 深入研究了不同气象目标（如降水粒子、云粒子、晴空大气、生物体等）对雷达电磁波的回波特性。详细分析了雨、雪、冰雹等降水粒子在形状、大小分布、相态、折射率等方面的差异如何影响雷达回波的强度、谱宽、偏振特性等。引入了Z-R（反射率因子与降水率）关系、Z-V（反射率因子与谱宽）关系等参数化模型，并讨论了这些模型的适用范围和局限性。此外，本章还将探讨云中微物理结构的雷达探测原理，以及如何利用多普勒信息探测晴空大气中的湍流结构。 第四章：偏振雷达原理 全面阐述了偏振雷达的基本原理，包括线极化、圆极化、椭圆极化等，以及它们的测量参量，如差分反射率（ZDR）、差分相位（ΦDP）、相干增益（CC）和特定差分相位（KDP）等。深入分析了这些偏振参量如何提供关于目标形状、相态、混合度、降水类型以及探测精度的额外信息。重点讲解了如何利用偏振参量区分降水类型（如雨、雪、冰雹、霰）、识别固液混合降水、估计降水率，以及减弱由于非球形粒子和非均一性造成的误差。 第二部分：气象雷达系统设计与技术 本部分共计六章，聚焦于气象雷达系统的构成、设计要素以及关键技术的发展。 第五章：雷达系统架构与关键部件 详细介绍了气象雷达系统的整体架构，包括发射机、接收机、天线系统、信号处理单元、数据处理与显示系统等。针对每个关键部件，深入分析了其工作原理、设计要点和性能指标。例如，在发射机部分，将介绍脉冲体制（脉冲压缩）、连续波（CW）体制以及固态发射机、磁控管等技术；在天线系统部分，将讲解天线类型（抛物面天线、相控阵天线）、波束宽度、旁瓣抑制、稳定跟踪等问题。 第六章：信号处理技术 详细介绍了气象雷达信号处理的核心技术，包括脉冲压缩、多普勒滤波、目标检测、杂波抑制、噪声处理等。深入阐述了匹配滤波、FFT（快速傅里叶变换）等在目标检测和速度测量中的应用。重点讲解了相干处理增益、非相干处理增益的来源和作用。同时，对恒虚警率（CFAR）检测技术进行了详尽介绍，并分析了不同CFAR算法（如单元平均CFAR、序统计CFAR）的优缺点。 第七章：数据处理与产品生成 阐述了雷达探测数据从原始回波信号到用户可读气象产品的处理流程。内容涵盖了雷达站址订正、距离模糊消除、速度模糊消除、地物杂波去除、海杂波抑制、衰减订正、亮带效应订正等一系列数据质量控制（QC）技术。详细介绍了各种气象产品（如反射率图、速度图、速度谱宽图、降水率图、降水类型图、回波顶高图、最大粒子高度图等）的生成原理和数据格式。 第八章：雷达站址选择与环境影响 探讨了气象雷达站址选择的关键因素，包括地形、地物、电磁干扰、气象条件等。分析了不同站址可能带来的探测盲区、信号衰减、杂波干扰等问题，并提出了相应的解决方案。同时，对雷达站址的微观环境（如地表覆盖、植被）和宏观环境（如大气湍流、地形起伏）对雷达探测精度的影响进行了深入分析。 第九章：新型雷达技术 介绍了近年来气象雷达领域的新技术和发展趋势，包括多普勒相控阵雷达、双偏振雷达、双多普勒雷达、毫米波雷达、激光雷达（LIDAR）在气象探测中的应用。重点阐述了相控阵雷达在扫描速度、灵活性和多功能性方面的优势，以及双偏振雷达在提高降水测量精度和识别降水类型方面的贡献。对不同频段雷达（S波段、C波段、X波段、毫米波）的优缺点及其适用场景进行了对比分析。 第十章：雷达系统标定与校准 详细阐述了气象雷达系统的标定与校准方法。内容涵盖了天线方向图校准、发射功率校准、接收机增益校准、系统常数标定、以及使用标准球体进行回波强度和多普勒速度校准。强调了定期和及时进行标定校准对于保证雷达探测数据准确性和可靠性的重要性。 第三部分：气象雷达的应用 本部分共计六章，聚焦于气象雷达在不同气象探测与服务领域的核心应用。 第十一章：降水探测与测量 深入探讨了气象雷达在降水探测与测量方面的核心应用。详细介绍了如何利用雷达反射率因子（Z）、Z-R关系、偏振雷达参数（ZDR, KDP）等，实现对不同降水类型（雨、雪、冰雹）的探测、降水强度（降水率）的估计、以及累积降水量的计算。讨论了在复杂地形和极端天气条件下，降水测量面临的挑战以及相应的订正方法。 第十二章：风场探测与风暴监测 重点介绍了气象雷达在风场探测中的应用，包括利用多普勒效应测量径向风速，并通过多普勒合成技术获取全风场信息（如卷对卷速度、辐合辐散、垂直速度等）。详细阐述了雷达在监测和预报台风、龙卷风、强对流天气等灾害性天气中的作用，如识别中尺度涡旋、边界层结构、以及风暴的演变过程。 第十三章：天气系统分析与预报 阐述了气象雷达在分析和预报各种天气系统中的应用。例如，如何利用雷达探测锋面、气旋、反气旋、切变线等尺度天气系统的结构和演变，以及如何结合数值天气预报模型，提高短期和临近预报的精度。重点介绍了雷达数据在短时强降水、冰雹、大风等灾害性天气预警中的作用。 第十四章：晴空大气探测与边界层研究 介绍了气象雷达在探测晴空大气中的应用，包括利用晴空回波探测大气湍流、垂直速度、以及边界层结构（如混合层高度、逆温层、积云边界）。重点探讨了不同雷达系统（如多普勒天气雷达、毫米波雷达）在研究晴空大气动力学和微物理过程中的优势。 第十五章：航空气象服务 详细介绍了气象雷达在航空气象服务中的重要性。内容包括雷达在机场区域的低空风切变探测、涌流探测、积冰探测、以及对航路上的恶劣天气（如雷暴、颠簸）的监测和预警。重点分析了新一代多普勒天气雷达如何为航空安全提供更加及时和准确的信息。 第十六章：环境监测与其他应用 拓展了气象雷达在环境监测领域的应用，例如利用雷达探测大气颗粒物（如沙尘、雾霾）、挥发性有机化合物（VOCs）的输送和扩散。同时，简要介绍了气象雷达在城市气象研究、区域气候模拟、以及其他科学研究中的潜在应用。 本书力求内容科学严谨，逻辑清晰，语言准确，既有深入的理论探讨，又不乏实际工程经验的体现。希望通过本书的出版，能够为气象雷达技术的发展与应用贡献一份力量。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对气象学有着初步了解的天文爱好者，偶然在书店看到了这本书的封面，那“风廓线雷达”几个字就像一个小小的密码，激起了我探知未知的强烈好奇心。我对大气层中肉眼看不见的风的运动一直感到非常着迷，想象着有一种仪器能够像X射线一样穿透大气，绘制出风的立体图像，这本身就充满了科幻色彩。虽然我并不直接从事气象研究，但我相信这本书的内容一定能极大地拓展我的视野，让我对地球大气这个复杂而动态的系统有更深入的认识。我猜想书中会详细解释风廓线雷达的工作机制，比如它如何利用多普勒效应来测量风速和风向，又如何通过不同高度的回波信号来构建风的垂直剖面。我很想知道，这项技术在观测台风、雷暴等极端天气事件时，能够提供哪些独到的信息？它与传统的探空气球、卫星遥感相比，又有哪些独特的优势和局限性？如果书中能穿插一些生动有趣的案例，比如用风廓线雷达数据解释某个罕见天气现象的成因，那就更完美了，我相信这会是一次非常愉快的阅读体验。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对科学史和技术发展史略有研究的爱好者，我一直对那些能够彻底改变我们认知世界方式的发明感到着迷。风廓线雷达，光是听名字就觉得它充满了力量和智慧。我坚信，这本书不仅仅是关于某一种具体的仪器，更是关于人类如何不断挑战极限，用科技手段去探索和理解我们生存环境的生动写照。我猜测，“风廓线雷达探测”这部分，一定会深入浅出地介绍这项技术的诞生背景，可能还会追溯到最初的雷达技术萌芽，以及后来如何一步步演进到能够探测大气风场。我特别想了解，是什么样的科学难题促使了它的出现？又是哪些关键的技术突破使得它得以实现？而“应用”部分，我期待看到的是它如何在现实世界中大放异彩。它是否已经成为现代气象服务不可或缺的一部分？在应对气候变化、保障航空安全、优化城市规划等方面，它又扮演着怎样的角色？我希望书中能够包含一些关于技术革新和发展趋势的探讨，甚至是对未来可能出现的更先进的大气探测技术的展望，那将是一场思想的盛宴。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对环境科学和可持续发展议题高度关注的学生，我认为理解我们所处的环境是解决一切问题的基础。“风廓线雷达探测与应用”这个书名，直接点明了它与我们赖以生存的大气息息相关，这让我充满了学习的动力。我猜测，书中“探测”的部分，会着重介绍风廓线雷达作为一种先进的遥感技术，是如何为我们提供前所未有的视角来观测大气运动的。我希望它能够解释风廓线雷达在监测大气边界层结构、识别天气系统演变、以及追踪空气污染物传输路径等方面的独特能力。而“应用”部分，更是我关注的重点。我想了解，风廓线雷达数据是如何被整合到全球气象预报模型中，从而提高预报的准确性，尤其是在应对极端天气事件时，它能发挥多大的作用？此外，对于城市规划和空气质量管理，风廓线雷达能否提供更精细化的风场信息，帮助我们评估建筑物的风环境影响，或者优化通风廊道的布局？这本书的出现，对我理解和研究环境问题，无疑会提供宝贵的视角和工具。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对工程技术和数据分析颇感兴趣的业余爱好者，我对那些能够将复杂的物理原理转化为实际应用的工具型技术特别着迷。“风廓线雷达探测与应用”这个书名，直接触及了我最感兴趣的领域。我可以想象，书中一定详尽地阐述了风廓线雷达系统的设计原理，从天线阵列的结构、信号发射与接收的匹配，到信号处理中的傅里叶变换、谱分析等关键技术。我尤其期待看到关于数据处理和反演算法的详细介绍，例如如何从大量的雷达回波数据中提取出准确的风廓线信息，以及如何对这些数据进行质量控制和误差分析。而“应用”的部分，我希望能够看到更多接地气的案例。比如，在城市空气污染扩散模拟中，准确的风廓线数据是如何帮助预测污染物浓度？在风力发电场选址和运行优化中，风廓线雷达又提供了哪些关键的支持？这本书能否为我提供一些实践性的指导，让我对如何利用这类数据解决实际问题有更清晰的认识，甚至能激发我进行一些小型的数据分析项目，那将是极大的收获。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引眼球了，金属质感的“风廓线雷达”几个字，配上抽象而富有动感的背景，让人一眼就能感受到其科技感和专业性。我一直对大气探测领域抱有浓厚的兴趣，尤其是那些能够“看见”风的仪器，总觉得像拥有了某种超能力。虽然我对书的具体内容所知甚少，但仅凭这名字，我就能想象到里面会详细介绍风廓线雷达的原理，从雷达波的发射、散射，到回波信号的接收和处理，一步步解开它探测风的奥秘。我尤其期待书中能够有相关的图示和流程图，这样即使是初学者也能更容易理解复杂的物理过程。同时，“应用”这个词也让我充满了期待，我想知道风廓线雷达在气象预报、航空安全、空气质量监测，甚至是风能开发等领域有着怎样的实际作用。是否会有具体的案例分析？能否展示风廓线雷达数据如何帮助我们做出更精准的决策？这些都是我非常想在书中找到答案的问题。总而言之，这本书在我心中已经勾勒出了一幅关于前沿科技如何服务于人类生活的宏伟蓝图。

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