气象雷达水利应用

1、项目背景与应用

背景

水利行业的发展需求：随着我国社会经济的快速发展，水利行业对降水监测、洪水预警、航道水路雾观测、水资源调度等需求日益精细化。传统的气象雷达系统，如S波段雷达，由于成本高、体积大，且在低空探测时存在盲区，已无法满足现代水利行业对精细化监测的需求。
毫米波云雷达的优势：毫米波云雷达（Ka波段）作为一种新兴的雷达技术，具有高分辨率、低功耗、体积小、易安装等优势。它能够实时获取云层的微物理参数，如云高、云厚、液态水含量等，为降水预测、洪水预警、水资源调度等提供精准的数据支持。
X波段测雨雷达的优势：X波段測雨雷达是一种利用无线电波探测大气中降水、云层、风场等气象要素的遥感设备。其核心原理是通过发射电磁波并接收目标物（如雨滴、冰晶等）的散射回波，分析回波的特征来推断天气现象。 雷达具有高分辨率、低功耗、体积小、易安装等优势，可单机也可组网使用。
P波段雾观测系统的优势：P波段雾观测系统利用雾对无线电信号大气中传输的衰减特性，结合地球电磁密织网技术、超远距物联网通信技术以及大数据分析技术，通过低密度站点组网，低成本实现大空间尺度雾反演探测。系统兼具低功耗和远距离传输的优势，可独立组网、单网关可连接多个节点、信号接收灵敏度高、抗干扰能力强。

应用意义

精准降水监测：雷达能够实时监测云层的发展，预测降水的强度和持续时间。通过获取云层的微物理参数，如云高、云厚、液态水含量等，可以更准确地预测降水的发生和发展，为水利行业提供重要的数据支持。
洪水预警：通过短时强降雨的监测，雷达能够提升中小流域洪水预警的能力。及时发现强降雨云团，为洪水预警提供宝贵的时间，从而减少洪水灾害㐀成的损失。

水库流域降水监测

雷达站部署方式：雷达站布设于水库周边的制高点，以实现对水库流域的全面覆盖。通过实时监测云层的发展，为水库的蓄水、泄洪决策提供数据支持。
功能与应用：雷达能够实时监测云层发展，预测降水强度与持续时间。结合水文模型，可以优化水库的蓄水/泄洪策略，提高水资源的利用率。

城市内涝预警

雷达部署方式：与城市雨洪监测系统联动，将雷达部署在城市的重点区域。通过监测局地强对流云团，提前预警内涝风险。
功能与应用：雷达能够监测局地强对流云团，提前1-2小时预警内涝风险。将数据融合至智慧水务平台，为城市内涝预警提供科学依据。

2、系统组成与技术参数

毫米波双偏振云雷达

雷达主机：雷达主机包含天线、馈线、收发、伺服转台（含安装立柱）、供电这几个分系统。天线分系统用于收发微波能量；收发分系统收发电磁波并转化信号传输给相关分系统；伺服转台分系统靠伺服电机驱动实现立体扫描；供电分系统为收发分系统供直流电源并具电源控制功能。
数据处理单元：数据处理控制分系统与云雷达主机借助光纤进行连接，由此能够实现对云雷达的多项功能，涵盖远程控制、运行状态监控、关键参数的在线监测分析，以及数据的统一处理与输出。不仅如此，它还具备业务过程管理、数据查询与显示等实用功能，进而达成自动化保障云雷达运行维护的目的，使其可实现远程无人值守。

毫米波云雷达核心参数

工作频率与探测范围：毫米波云雷达的工作频率为35GHz（Ka波段，波长8mm），探测范围为20km。毫米波云雷达的波长较短，能够实现对云、降水等目标物的精细探测，在监测小流域局地性降水、山区复杂地形下的水汽分布等情况时，可以精准捕捉到细微变化，有助于更准确地分析降水的不均匀性以及对局部区域水资源产生的影响。
距离分辨率与灵敏度：毫米波云雷达的距离分辨率≤30m，灵敏度 ≤-100dBm 。这些参数保证了雷达能够准确地监测到云层的微物理结构及降水的发展过程，对于毛毛雨、小雨等弱降水过程，毫米波云雷达依然能够很好地探测到其回波信号。在水利上，很多地区的降水并非都是强降雨，弱降水对于土壤墒情、地下水补给等也有着重要影响，通过毫米波云雷达可以精确掌握弱降水的相关特征及量值，进而合理评估水资源的补充情况。

毫米波测云仪技术指标

工作频率：35GHz±500MHz
输出功率：50W
接收灵敏度：-118dBm(0.2us)
测量距离：150m-15km
极化方式：水平线性极化、垂直通道极化
雷达体制：全相参、多普勒、全固态、脉冲压缩
距离分辨力：15米/30米

X波段机械型测雨雷达技术参数

雷达体制：双线偏振
工作频率：9415MHz～9445MHz
扫描方式：PPI／RHI／体扫／SRHI／SPPI
扫描范围：俯仰-2~182° 方位0~360°／往返扫描
测量距离：警戒≥70km 定量≥35km
极化方式：水平、垂直线性极化
整机功耗：≤650W
整机重量：≤120kg (包括天线罩)

X波段测雨雷达核心参数

工作频率与探测范围：X波段测雨雷达采用双线偏振技术，有4个不同的频点，200W的固态发射机，水平和垂直各100W，地杂波抑制可以达到40dB以上，最大探测半径70公里。为-2到182度的过顶RHI扫描，采用了双脉冲重复频率，可以使多普勒速度的探测达到正负64m/s
距离分辨率与灵敏度：X波段测雨雷达的距离分辨率≤75m，灵敏度为Typ.18dBZ@50km @Q0N 50us 2MHz(SNR=4dB)。这些参数保证了雷达能够及时识别降水类型（雨、雪、雹等）、强降水、突发降水及过程；并实现1分钟级更新频率，大大提升预警准确率。

P波段雾观测系统

工作频率：433MHz
信号发射功率：19.5~29.5dBm
接收灵敏度：-168dBm
RSSI测量距离：38~164Db
测量要素：RSSI
输出功率：1W
RSSI距离分辨率：1Db

P波段测雾仪

P波段测雾监测产品具有监测覆盖面广、区域代表性强的特点，填补了航道、水库、湖泊、海上能见度观测的缺失，解决了地基雾观测 “面上”覆盖能力不足的关键问题，为雾的监测预警业务以及相关预报技术研究提供了关键性支撑。
基于该产品，预报人员可对雾的移动和变化趋势快速反应，结合天气形势研判做到及时发布预警信息，尤其是大范围平流雾过程的预警提前量得到了显著提升，有效推进海洋气象影响预报预警能力的提升。
另外，高时空分辨率的雾现象监测产品，也为雾订正预报试验提供大量有效样本，助力客观预报技术研究。

技术优势

高分辨率

毫米波云雷达、x波段测雨雷达凭借其高分辨率这一显著特点，具备出色的识别能力，哪怕是薄云以及弱降水这类较为细微的气象现象，它都可以精准探测到，尤其在小雨监测方面展现出卓越的能力，实现了监测能力的显著提升。对于水利行业而言，这一优势有着至关重要的意义，它能够助力相关部门更为精准地对降水的发生以及后续发展趋势进行预测，从而为水利工程的合理调度、水资源的科学调配以及防洪减灾等诸多重要工作提供更为可靠、精准的数据支撑与决策依据。

低空探测

毫米波云雷达、x波段测雨雷达无盲区，特别适合地形复杂的区域。它能够实现对低空云层的精确探测，为洪水预警、山洪灾害防御等提供重要数据。

小型化

毫米波云雷达、x波段测雨雷达体积小、重量轻，易于安装和移动部署。这使得雷达能够快速响应各种紧急情况，为水利行业提供及时的数据支持。

低成本

与传统的气象雷达相比，毫米波云雷达、x波段测雨雷达的建设成本降低了50%以上。这使得雷达在水利行业的广泛应用成为可能，为水利行业的发展提供了新的机遇。

组网部署

区域全面覆盖：通过将多个毫米波云雷达、x波段测雨雷达进行组网部署，可以覆盖更广阔的区域，打破单个雷达监测范围有限的局限。组网后的雷达可以从不同位置、不同角度对天空进行观测，实现对从低空到高空的立体空间的有效覆盖。
快速反应：在面对突发的气象灾害、水利应急事件等情况时，组网的云雷达、x波段测雨雷达可以快速调整监测重点区域，灵活调配各雷达的观测任务。

云雷达视图-强度

云雷达视图-云顶底高

云雷达视图-经向速度

云雷达视图-垂直液态水含量

云雷达视图-云粒子谱分布

云雷达视图-组网协同

云雷达应用案例

测雨雷达－应用案例及视图

P波段测雾仪－应用案例及视图