Doppler Radar(都卜勒雷達)

都卜勒雷達是利用都卜勒效應產生任何距離物體的速度資料,本身原理是針對某一距離的物體打出一個微波頻段的電磁波,利用頻譜分析分析反射回來的訊號的頻率相位變換關係,以偵測物體的移動速度。都卜勒雷達用於航空、海底聲納、氣象、醫療放射檢測,甚至是警察所使用的測速槍也是用都卜勒雷達

Less4_2

[雷達發射脈衝是間段發射,中間會有段時間接收反射回來的訊號。]

 

都卜勒效應(Doppler Effect):指波源與觀察者的相對運動變化,當波源接近觀察者時,聲音的頻率會變高;反之,當波源遠離你時,聲音的頻率則會變小。一般常見的例子就是救護車的鳴笛聲會因為相對運動的關係而我們聽到的頻率會有所變化。

200px-Dopplereffectstationary   200px-Dopplereffectsourcemovingrightatmach0.7

200px-Dopplereffectsourcemovingrightatmach1.0   200px-Dopplereffectsourcemovingrightatmach1.4

由左至右是1.波源不動;2.波源慢速移動;3.波源移動速度在突破聲波的速度;4.波源移動速度超過音波。

 

氣象雷達(Weather Surveillance Radar, WSR)或稱都卜勒雷達,可用來探測大氣中的降雨(或雪、冰雹)之結構分布、強度以及移動,對未來天氣做出預測的一種設備。左下角dBZ是雷達回波強度的一個物理量,用於量測降雨的強度,Z是雷達反射因子,與雨滴譜直徑的六次方成正比,單位是mm6m-3,而dB就是分貝(decibel),所以dBZ = 10log(Z)下圖為中央氣象局所提供的雷達回波圖,可以得知台灣即時上空雨量的變化。右圖為台灣雷達設置點,分別為五分山、花蓮、七股及墾丁。

2015-04-28_2148.MOS0     radar_coverage

氣象雷達所發射的電磁波為微波頻段,波長在0.1m~0.001m之間,可區分為下列幾種:

未命名

波長越長雷達偵測範圍較遠,因為電磁波衰減現象較小,但較容易受到雜訊干擾(Clutter);反之,波長越短雷達偵測範圍較小,電磁波干擾較大,但不易受到雜訊影響。

 

由於都卜勒雷達可以偵測出非常微小的雨量結構變化(微爆流[microburst]),所以在機場附近都會設有都卜勒雷達,提供資料給航管局。microburst的下降氣流會使得飛機喪失升力,而使飛機急速下降喪失高度,因此,飛行員必須避開microburst的區域,但如果藉由航管員讀出雷達資料後再用無線電傳話給飛行員,這會浪費這5~10秒,這些時間對飛行員來說是非常珍貴的,所以現在的飛機在機首上也裝有都卜勒雷達或稱微爆流偵測系統(Microburst Detecting System),在遇到microburst之前即可增加引擎馬力,開始爬升,提升高度,避免墜機。(1985年,達美航空191號班機就是因為microburst而墜機。)

1280px-Microburstcrosssection

 


reference :

http://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_effect

http://www.nwas.org/committees/avnwinterwx/doppler_weather_radar_overview.htm

http://www.aeromet.org.tw/chinese/aeromet/aw002/02_03.pdf

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *