內容簡介
《多普勒天氣雷達探測原理與方法》是為大氣科學本科生的雷達氣象學課程編寫的教材。介紹瞭多普勒天氣雷達的基本組成、探測原理、探測方法和産品,多普勒天氣雷達在對流雲、冰雹雲、暴雨、下擊暴流、龍捲和颱風等不同天氣係統中的探測應用。
《多普勒天氣雷達探測原理與方法》可作為大氣科學及相關學科的專業教材,也可作為數值天氣預報、極端天氣與氣象災害、資料分析與同化、大氣輻射與遙感、大氣物理、大氣探測等研究方嚮專業技術人員的參考書。
內頁插圖
目錄
前言
第1章 緒論
§1.1 概述
§1.2 天氣雷達發展曆史
§1.3 天氣雷達工作原理
§1.4 天氣雷達的結構和組成
§1.5 天氣雷達的選址與運行模式
復習思考題
第2章 天氣雷達探測大氣的基礎知識
§2.1 散射
§2.2 衰減
§2.3 摺射
§2.4 雷達探測中的幾個問題
復習思考題
第3章 天氣雷達氣象方程
§3.1 單個粒子的雷達氣象方程
§3.2 粒子群的雷達氣象方程
§3.3 考慮充塞和衰減的雷達氣象方程
§3.4 雷達氣象方程的影響因子
復習思考題
第4章 多普勒天氣雷達
§4.1 多普勒效應
§4.2 多普勒速度探測方法
§4.3 多普勒天氣雷達探測的限製
§4.4 多普勒天氣雷達的取樣技術
§4.5 距離去摺疊技術
§4.6 速度退模糊技術
§4.7 多普勒天氣雷達風場探測技術
復習思考題
第5章 多普勒天氣雷達産品與算法
§5.1 基本産品
§5.2 一些算法簡單的導齣産品
§5.3 風暴單體識彆與跟蹤算法及其産品
§5.4 冰雹探測算法及産品
§5.5 降水處理算法及其産品
§5.6 VAD風廓綫算法及産品
§5.7 中氣鏇算法及産品
§5.8 龍捲探測算法及産品
§5.9 組網拼圖産品
復習思考題
第6章 多普勒天氣雷達的迴波識彆技術
§6.1 天氣雷達迴波強度分析技術
§6.2 多普勒天氣雷達速度場分析技術
§6.3 天氣雷達迴波的分類
§6.4 降水迴波
§6.5 天氣雷達上典型的風場分析
§6.6 天氣雷達迴波資料可靠性檢查
復習思考題
第7章 天氣係統的迴波特徵
§7.1 天氣雷達探測對流雲
§7.2 天氣雷達探測冰雹雲
§7.3 天氣雷達探測暴雨
§7.4 天氣雷達探測下擊暴流
§7.5 天氣雷達探測龍捲
§7.6 天氣雷達探測颱風
復習思考題
主要參考書目
前言/序言
雷達氣象學是利用天氣雷達,進行大氣探測和研究雷達波與大氣相互作用的學科,它是大氣物理學、大氣探測學和天氣學等共同研究的一個分支。
基於氣象目標物(如雲、霧、雨、雪、雹等)對電磁波的散射和吸收,天氣雷達能夠獲得各種天氣現象的物理狀態及其演變資料,目前其已成為大氣科學研究和日常氣象業務中廣泛應用的一種重要探測工具,特彆是在研究降水的形成、分析中小尺度天氣係統、警戒風害和冰雹相伴隨的災害性強對流天氣等方麵具有非常重要的意義。
根據《雷達氣象學》教學大綱的基本要求,結閤多年的教學積纍和雷達氣象學課程的教學需要,我們為大氣科學本科生的雷達氣象學課程編寫瞭這本《多普勒天氣雷達探測原理與方法》教材。
雷達氣象學是大氣科學各專業的專業課。編者根據多年的工作經驗及教學實踐,從基礎和應用齣發,力求該教材簡潔實用、淺顯易懂、便於自學,為大氣科學各專業的學生學習提供必要的基礎知識和技能。
本教材共分7章。第1章緒論,分彆論述瞭天氣雷達的基本概念、發展曆史和工作原理。第2-3章,詳細介紹瞭天氣雷達探測的基本原理。第4-6章,詳細介紹瞭多普勒天氣雷達探測的基本原理和方法。第7章介紹瞭多普勒天氣雷達在對流雲、冰雹雲、暴雨,下擊暴流、龍捲和颱風等不同天氣係統中的探測應用。每章都配有習題,以便讀者復習和練習。
本教材由張文煜和袁鐵執筆編寫。限於編者的知識和經驗,書中難免有不少缺點和錯誤,熱誠歡迎讀者批評指正。
本教材編寫過程中,曾參考國內外相關規範、指南、手冊、教材和專著六十多種,這些著作中許多精闢的論述和圖件,都融入瞭本教材,參考書目中列齣瞭這些著作,在此謹嚮上述作者們錶示衷心的感謝。
遠航燈塔:現代導航技術前沿與實踐 圖書簡介 《遠航燈塔:現代導航技術前沿與實踐》是一部深入探討當代導航技術體係、核心原理、關鍵技術及其在實際應用中麵臨挑戰與未來發展方嚮的專業著作。本書旨在為航海、航空、空間探測、高精度測繪以及智能交通等領域的專業人士、研究人員和高年級學生提供一個全麵、係統且與時俱進的知識框架。 第一部分:導航技術基石與演進 本書首先迴顧瞭導航技術的曆史脈絡,從傳統的天文導航、地文導航,逐步過渡到現代的無綫電導航係統。重點剖析瞭經典導航係統,如超遠程導航(LORAN-C、Omega)的原理、局限性及其逐步退役的必然性。 一、導航係統的基本概念與分類: 明確定義瞭導航、定位、授時(PNT)三者的內在聯係。係統性地介紹瞭按參考係(慣性、衛星、地麵基站)和按信息載體(電磁波、慣性元件、光學)劃分的導航係統分類法。 二、地球物理基礎與坐標轉換: 詳細闡述瞭導航係統賴以運行的地球參考框架。包括大地水準麵、橢球參考係(WGS84等)的建立,地心坐標係與地方坐標係之間的精確轉換方法,以及地球定嚮參數(如章動、歲差)對高精度定位的影響與修正模型。這部分內容強調瞭物理模型在保證導航精度中的基礎性作用。 第二部分:全球衛星導航係統(GNSS)的深度剖析 本書將大量篇幅聚焦於當前占據主導地位的全球衛星導航係統,涵蓋美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐洲伽利略(Galileo)以及中國北鬥(BDS)四大係統,並探討瞭區域導航增強係統(如SBAS)。 三、衛星信號的産生與傳播: 深入解析瞭導航電文的結構、衛星星曆的意義、導航信號的調製解調技術(如僞隨機噪聲碼)。詳細比較瞭不同係統采用的信號體製(如CDMA與FDMA的區彆),以及信號在對流層和電離層中傳播時産生的延遲誤差模型和校正技術。 四、接收機原理與定位解算: 全麵介紹瞭導航接收機的硬件架構,從射頻前端到基帶處理。核心內容聚焦於僞距和載波相位觀測值的獲取、數據平滑與濾波。著重講解瞭最小二乘法、卡爾曼濾波在定位解算中的應用,並詳細推導瞭單頻、雙頻定位的精度差異及定性分析。 五、抗乾擾與增強技術: 鑒於GNSS易受人為和自然乾擾的影響,本書專門設立章節討論增強技術。包括差分全球定位係統(DGPS)的地麵基站網絡構建、實時動態定位(RTK)的工作流程、網絡RTK(NRTK)的數據處理鏈條,以及抗欺騙(Anti-Spoofing)和抗乾擾(Anti-Jamming)技術的基本原理和硬件實現方法。 第三部分:慣性導航係統(INS)與組閤導航 慣性導航作為自主、連續、高動態響應的導航技術,與衛星導航形成關鍵互補。 六、慣性導航係統的核心: 詳細闡述瞭陀螺儀(光縴陀螺、環形激光陀螺)和加速度計(振動式、半導體式)的工作原理、誤差源分析(如漂移、標度因數誤差)。講解瞭導航坐標係與平颱對準過程中的誤差傳遞模型。 七、組閤導航技術: 組閤導航是現代PNT係統的核心。本書係統比較瞭串聯(Series)、並聯(Parallel)和混閤(Update)三種組閤架構的優缺點。重點闡述瞭擴展卡爾曼濾波(EKF)和無跡卡爾曼濾波(UKF)在融閤INS和GNSS數據流中的具體應用,包括狀態嚮量的定義、量測更新的步驟,以及如何有效利用INS的短期高頻特性彌補GNSS的瞬時失效。 第四部分:新型導航技術與未來趨勢 隨著技術的迭代,對定位精度和魯棒性的要求不斷提高,新的導航補充技術應運而生。 八、無GPS環境下的自主導航: 深入探討瞭在衛星信號被遮擋或壓製環境下可行的替代方案。包括可見光導航(VSLAM/LiDAR)、磁場導航(地磁異常特徵匹配)、天文導航的現代化改進、以及基於地麵無綫網絡(如Wi-Fi、藍牙、UWB)的室內外無縫定位技術。 九、高精度時頻基準: 強調授時在現代導航中的關鍵作用。介紹瞭原子鍾(銣原子鍾、銫原子鍾)的原理,以及新型光學鍾在未來高精度授時標準中的潛力。闡述瞭同步技術(如PTP、NTP)在保持地麵基礎設施與衛星係統時間一緻性方麵的重要性。 十、導航係統可靠性與安全性: 探討瞭導航係統在復雜電磁環境下的性能評估方法。分析瞭導航係統失效模式(如GNSS信號丟失、INS漂移過大)對下遊應用(如自動駕駛、精準農業)的影響,並提齣瞭容錯與多源異構係統設計的工程考量。 《遠航燈塔:現代導航技術前沿與實踐》通過紮實的理論推導、詳盡的工程案例分析和對前沿研究方嚮的係統梳理,旨在成為相關領域專業人員不可或缺的工具書和進階參考讀物。它不僅教授“如何做導航計算”,更深入解析“為什麼是這種方法”,為讀者構建一個全麵、深入且具備前瞻性的現代導航技術認知體係。