本科室友，挺逗一東(dong) 北人，最近經常強調自己是冰冰的老鄉(xiang) 。某次結伴去黃山旅行，登頂俯瞰，一覽眾(zhong) 山小，好不壯麗(li) 。不過山頂最高處並不能登上，因為(wei) 這裏有一座氣象站，隻有站內(nei) 人員和受邀人員才能進入。

黃山光明頂氣象站（筆者攝於(yu) 2018年秋）

黃山頂上還有這麽(me) 個(ge) 氣象站，老氣派了！

這個(ge) 氣象站，1956年就有啦，十多年前擴建了一遍，成了現在這個(ge) 樣子

這上頭恁大一足球，嘛玩意兒(er) 啊？

那不是足球，是雷達

拉倒吧，雷達我見過，跟口鍋似的，你看紅警裏頭：

遊戲中選擇蘇軍(jun) 陣營，建起這座雷達，您將獲得右上角的小地圖視野和偵(zhen) 察機選項（來自遊戲《命令與(yu) 征服：紅色警戒2》）

雷達種類可多了，紅警裏麵那就是最常規的一種雷達，畫了個(ge) 模型。這兒(er) 的雷達，叫多普勒雷達，裏麵其實也是像一口鍋一樣，外麵是一種特製的殼子，用來保護天線的。稍微大一點的氣象站現在都有這個(ge) 高科技產(chan) 品

就這足球一樣的玩意兒(er) ？這麽(me) 厲害嗎？

那是，多普勒雷達可謂功能強大……

哦，那我懂了，應該是更像這玩意兒(er) ，指哪劈哪，老霸道了！

天氣控製器，遊戲中盟軍(jun) 陣營的“超級武器”，可以召喚“閃電風暴”對敵軍(jun) 基地帶來致命打擊（來自遊戲《命令與(yu) 征服：紅色警戒2》）

這是咱民用的做天氣預報用的雷達，不是天氣控製器，召喚不了閃電的……

那這“足球”有啥用呢？

用處可大了，且聽我慢慢道來

雷達，大家或許都有所耳聞。小學的科普書(shu) 上就會(hui) 有：人類通過研究蝙蝠捕獵的原理而發明了雷達。

雷達可以發射電磁波或者聲波，通過計算發射信號與(yu) 反射信號等時間差來推測物體(ti) 位置和大小。雷達可以廣泛應用於(yu) 戰爭(zheng) 、農(nong) 業(ye) 、氣象、航空航天等等，是一種很常見的裝備。

雷達最為(wei) 人熟知的形狀是一個(ge) 像大鍋一樣的東(dong) 西，正中央一根天線，斜向上仰視天空，一邊轉一邊探測空中有什麽(me) 飛行物，就像遊戲中描繪的那樣。

但是，雷達前麵加上一個(ge) “多普勒”，或許很多人就沒有聽說過了。同時，人們(men) 可以注意到在很多氣象站，以及飛機場邊上的塔台上有一個(ge) 神秘的球形或半球形建築體(ti) ，細看仿佛一顆足球一般。

四川省氣象局、深圳市氣象局、浦東(dong) 機場塔台

（圖自image.baidu***.com）

泰山頂氣象站（筆者攝於(yu) 2019年夏）

那麽(me) ，什麽(me) 叫“多普勒雷達”呢？

這就涉及一個(ge) 中學時期的物理概念——多普勒效應。

多普勒效應是指當一個(ge) 相對於(yu) 某參照物在運動的物體(ti) 發出與(yu) 運動方向不垂直的波時，波的波長會(hui) 相應發生變化的現象。

生活中最常見的多普勒效應就是聲音的多普勒效應。當一輛車從(cong) 你麵前呼嘯而過，它發出的聲音會(hui) 從(cong) 高變低，而聲音的音調高低與(yu) 聲波的波長相關(guan) ，音調越高，波長越小，聲波的頻率越高。

因此，對於(yu) 與(yu) 聲波傳(chuan) 播方向相同的物體(ti) ，其音調會(hui) 變高，波長變短；與(yu) 聲波方向相反的運動物體(ti) ，其音調會(hui) 變低，波長變長。

多普勒效應（來自維基百科）

了解了多普勒效應，就很容易明白多普勒雷達的探測原理。它本身會(hui) 不斷發射電磁波信號或者聲波信號，通過探測物體(ti) 反彈的電磁波/聲波頻率，得到一個(ge) 頻率差值，再推演出物體(ti) 的運動速度。根據不同的發射頻率反射的結果，可以推演出物體(ti) 的運動方向和距離等等。

它與(yu) 普通雷達的最大區別是需要一直保持開啟狀態，再利用集成電路和計算機等從(cong) 物體(ti) 反射的波頻率差異分辨出有效信息。而普通的雷達是通過計算從(cong) 發射信號到接收反射信號的時間差來推算物體(ti) 運動信息，得到的信息更加簡略。

雷達探測示意圖（來自維基百科）

運用於(yu) 氣象觀測的多普勒雷達，發射的通常是微波（一種電磁波，微波爐裏麵發射的那種波就屬於(yu) 微波），通過多普勒效應計算不同高度層氣流的運動速度，可以得到附近區域的風速、水汽等等信息的垂直分布情況。

對於(yu) 不同的觀測對象，氣象多普勒雷達的發射頻率會(hui) 有所差異，因為(wei) 不同物體(ti) 對電磁波的反射率會(hui) 隨著頻率變化。

一般而言，單個(ge) 雷達的工作頻率範圍是比較有限的，特定的工作頻率隻有探測特定大小的粒子時比較準確。比如測雲(yun) 雷達適合探測顆粒較小的雲(yun) 微粒，用來探測中高層的雲(yun) ，測量雲(yun) 底和雲(yun) 頂高度等；而測雨雷達波長更長，頻率更低，適合探測顆粒較大的雨滴和低層的雨雲(yun) ，適合跟蹤可能產(chan) 生降水的雲(yun) 團，從(cong) 而達到實時觀測天氣的目的，因此又叫天氣雷達。

還有一種“甚高頻/超高頻雷達”，波長短，可以用來探測大氣湍流，以及大氣層中的帶電粒子，適合用來監測閃電等現象。

天氣雷達回波圖（又被戲稱為(wei) “番茄炒蛋圖”）

2017年台風“天鴿”登陸情形，雲(yun) 層越厚重，顏色越紅

那麽(me) 為(wei) 什麽(me) 氣象台的雷達會(hui) 是球形的呢？

這個(ge) 球殼叫做“雷達罩”。

實際上，多普勒雷達真正核心的部分仍然是一口大鍋加天線的形狀，與(yu) 普通雷達沒有顯著差異。之所以加上一個(ge) 足球一樣的外殼，主要作用還是保護內(nei) 部的天線，延長使用壽命，因為(wei) 多普勒雷達需要全天候開啟，所以加上雷達罩更加有用。

雷達罩還可以起到一個(ge) 讓信號均勻分布的作用。但與(yu) 此同時，雷達罩會(hui) 導致信號衰減，分辨率變差，所以有些分辨率要求較高的雷達不會(hui) 安裝這個(ge) 罩子。

日本某基地的雷達罩（來自維基百科）

多普勒雷達目前在氣象和軍(jun) 事方麵應用廣泛，是極其重要的設施。據行業(ye) 統計，我國目前有新一代天氣雷達270部（2020年估計，基本上都是多普勒雷達），另有X波段雷達（應急保障或重大活動期間使用）、風廓線雷達（截至2016年共有69部，集中於(yu) 大城市群）等共同組網，形成了覆蓋全國的氣象觀測網絡。

參考文獻：

1.天氣雷達探測與(yu) 應用（胡明寶 編著，氣象出版社，2007.11）

2.雷達氣象學（張培昌等 編著，氣象出版社，2005.1）

3.https://en.wikipedia.org/wiki/Weather_radar

4.https://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_effect

5.https://zhidao.baidu***.com/question/118723014.html

6.中國網國情問答：氣象雷達發展專(zhuan) 項規劃（2017-2020年）內(nei) 容是什麽(me) ？

7.部分圖片來源於(yu) 穀歌、百度、維基百科、紅色警戒遊戲、中國天氣網等



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