1.走近气象雷达
瞬息万变的天气对人类生产和生活的方方面面产生着极为重大的影响，如何观测高空大气的微妙变化，准确迅速地预测出将要发生的灾害天气，是人类征服大自然首先要面对的一个巨大难题。于是人类发明出了天气雷达，用它来探测大气中气象千变万化，它是人类智慧结晶出来的“千里眼、顺风耳”。气象站的天气雷达间歇性地向着风起云涌的空中发射一定频率的电磁波（脉冲），然后再把被气象目标散射回来的电磁波（回波）用特殊的接收设备进行接收处理，之后，方圆400多千米半径范围内一切气象目标的空间位置和特性就会一览无余地展现在人们面前。这样，一切灾害天气就难逃天气雷达的监测预警。多普勒雷达就是这样一种天气雷达，所有龙卷风在它的探测视野范围内都将无处遁形。
气象雷达就是这种专门用于大气探测的特殊雷达，属于一种主动式微波大气遥感设备。而那种与无线电探空仪配套使用的小型高空测风雷达，只是一种对在天空中位移的气球定位的一种专门设备，一般不能算作是一种气象雷达。
气象雷达就是一种用来时刻警戒和及时预报中、小尺度天气系统（如台风和暴雨云系）不可缺少的探测工具之一。常规的气象雷达装置大体上由以下几个部分的构件组成：定向天线、发射机、接收机、天线控制器、显示器和照相装置、电子计算机和图象传输等。
气象雷达使用的无线电波长范围很宽，从1～1000厘米。它们常被划分成不同的波段，以区别这些雷达的不同功能。气象雷达常用的1、3、5、10和20厘米波长，这些波长各自对应着以下几个不同的波段：K波段（波长0.75～2.4厘米）、X波段（波长2.4～3.75厘米）、C波段（波长3.75～7.5厘米）、S波段（波长7.5～15厘米）和L波段（波长15～30厘米），还有频率略低的超高频和甚高频雷达的波长范围分别为10～100厘米和100～1000厘米。
雷达之所以能探测到周围不同的大气目标的不同性能，这和雷达不同工作波长密切有关。要把云雨粒子对不同波长的无线电波的散射和吸收结合起来综合考虑，各种波段就只剩下一小段狭窄的适用范围。人们常用K波段雷达来探测天空中各种不产生降水的云，而用X、C和S波段雷达探测那些会降水的云，其中S波段最适用于探测暴雨和冰雹，若用高灵敏度的超高频和甚高频雷达还可以探测出对流层—平流层的高空气流流动情况。
2.气象雷达发展简史
在第二次世界大战之前，雷达已经被首先用于各种军事目的。当时云、雨等气象目标的回波还被人们作为一种干扰看待。1941年英国率先开始使用雷达探测远处到来的风暴。1942～1943年，美国麻省理工学院还专门设计了一种为气象目的使用的雷达。在气象雷达发展初期，它一般都要靠手工操作，才能对回波资料作一些定性分析。直到20世纪60年代人们采用了多普勒技术装备雷达，研制成功了气象多普勒雷达，这种雷达具有非常强的对大气流场结构的定量探测能力；这个时候，常规雷达的数字显示和彩色显示功能也跟着相继出现。
到了20世纪70年代，人们除联合使用多部多普勒雷达外，又相继发展出了许多先进雷达，它们是大功率高灵敏度的甚高频和超高频多普勒雷达和具有多普勒性能的高分辨率调频连续波雷达；而且还在原来简单的雷达结构上，广泛采用了集成电路，配备上了小型或微型电子计算机，使气象雷达一举升级，拥有对探测资料进行实时数字处理和数字化远距离传输特殊本领；还有的天气雷达已经能按照人们预先给它编好的程序，在电子计算机的操纵下自动进行气象观测，并逐步向全自动化观测网的方向飞速发展。
3.气象雷达的工作原理
气象雷达通过它灵巧的天线向又宽又广的天空发射一系列脉冲无线电波，让这些脉冲电波在传播过程中和大气发生各种复杂的相互作用。这些作用有如下情况：大气中水汽凝结物（云、雾和降水）对雷达发射的某种频率的波的散射和吸收作用；某种非球形粒子对雷达发射的圆极化波散射后产生的退极化作用，无线电波的空气折射作用的不均匀结构和因为闪电放电形成的一些电离介质对电波的散射作用，稳定层结大气对入射波的部分反射作用；以及散射体积内的散射目标产生的相对运动对入射波产生的一系列多普勒效应等。
气象雷达回波不仅可以确定出任何探测目标具体的空间位置、形状、尺度、移动和发展变化等宏观特性，还可以根据回波信号特殊的振幅、相位、频率和偏振度等，确定每一个目标物的各种物理特性，例如天边的那片云的含水量、降水强度、风场、铅直气流速度、大气湍流以及闪电等。此外，对流层大气温度和湿度随高度的变化会引起电磁波折射率的变化特性，将气象雷达探测到的对流层中温度和湿度的垂直分布数据，求出大气对电磁波的折射率的垂直梯度，并可以通过分析无线电波特殊的传播条件，预报雷达的探测距离，也可根据雷达探测距离出现的一些异常现象（如超折射现象）推断大气温度和湿度的层结。
4.气象雷达的种类划分
目前世界上使用的气象雷达主要有以下几个种类：
（1）测云雷达。它是用来探测那些高高地挂在天空的未形成降水的云层高度、厚度以及云内物理特性的雷达。它常用的波长有1.25厘米或0.86厘米两种。
（2）降水雷达。它是用来探测那些降水云层的发生、发展和移动，并以此来随时警戒和跟踪降水天气系统的一种雷达。
（3）冰雹雷达。一般的气象雷达会发射出一种水平极化波或垂直极化波，而圆极化雷达则会发射出圆极化波。雷达发射圆极化波时，球形雨滴的回波将是一种方向和原极化波相反方向旋转的圆极化波，而那些非球形大粒子（如冰雹）对圆极化波就不会产生方向相反的极化回波，而是会引起另一种退极化作用，利用非球形冰雹这种退极化性质的回波特征，圆极化雷达可用来识别出即将到来的风暴中有无冰雹存在。
（4）调频连续波雷达。它是一种探测边界层大气的雷达。有极高的距离分辨率和灵敏度，主要用来测定边界层晴空大气的波动、风和湍流（大气边界层）。
（5）气象多普勒雷达。利用多普勒效应来测量云和降水粒子相对于雷达的径向运动速度的一种雷达，径向运动就是沿半径方向的运动。
（6）甚高频和超高频多普勒雷达。这种雷达是利用对流层、平流层大气对电磁波折射率的不均匀结构和中层大气自由电子的散射，探测1～100千米高度晴空大气中的水平风廓线、垂直气流廓线、大气湍流参数、大气稳定层结和大气波动等的雷达。
还有那些现在还处于研究试验中的双波长雷达和机载多普勒雷达。从20世纪70年代以来，新发展出来的合成孔径雷达，已经不断加速机载多普勒雷达今后的发展进程。新型的机载多普勒雷达具有很强的机动性，可以用它来取得分辨率很高的对流风暴的速度分布图。
