雷达概观
雷达是二战前的一项伟大发明。雷达（Radar）是英文RAdio Detection And Ranging的缩写，意思是“无线电探测与测距”。雷达的发明最早是为战争服务的，它在二战时被几个主要参战国用于探测敌方的飞机。
早在1895年，俄罗斯物理学家、俄帝国海军学校的物理教员亚历山大波波夫（АлександрСтепановичПопов）发明了一种使用相干管的远程通信装置，当1897年他利用这套装置在波罗的海进行两艘军舰之间的通信实验时，发现附近的第三艘船对通信信号造成了干扰。波波夫把这种现象记录下来，并在他的报告中写道“这种现象可能被用于探测物体”，遗憾的是他没有继续探究下去。
波波夫的无线电接收器
在二次世界大战前，雷达研究在几个发达工业国的大力秘密投入之下已经取得了快速发展，但这一阶段的雷达大多是庞大而且粗糙的，尽管其中一些已经可以探测到天上的轰炸机，但严格地说它们都不是现代意义上的雷达。
战争促进了雷达的研究工作，在二战期间，英、美、德和苏联等国投入巨资发展雷达技术，以期获得更高的分辨率、在更远的距离发现入侵敌机，为己方飞机出动和地面高炮的准备赢得宝贵时间。但这一时期的雷达操作员们还会时常为头顶突然出现的敌机烦恼，因为敌人的飞机会躲在云层里飞行，利用云做掩护发动突然袭击，而雷达常常无法穿透云层，显示器上满是云中水气、雨滴和冰晶的反射杂波。尽管科学家们经过努力，利用发射相干信号过滤杂波，但在恶劣天气情况下效果并不理想。
二战时期雷达制作手正在操控雷达
雷达发展到今天已经高度多样化，它不仅用于包括防空系统、弹道检测、反导弹系统、导弹目标定位系统等军事用途，还在空中和地面交通控制、测高和飞行控制系统、飞机防撞系统、定位地标和其他船舶的海洋雷达、海洋监视系统、外层空间监视和交会系统、雷达天文学、气象降水监测，以及用于地质观测的地面穿透雷达等民用和科学研究领域获得了长足发展。
近地小行星1999 JM8的雷达图像和计算机模拟图像
其中气象雷达就是将二战时期雷达操作手们头痛的雷达杂波利用起来，监测天气，造福世人。
雷达工作原理
从雷达的英文全称“RAdioDetectionAndRanging”我们可以看出，它实际上是一套无线电波收发系统。雷达拥有无线电信号发生装置，发射和接收天线，信号接收和分析装置等组成。
多普勒雷达发射和接收电磁波
雷达通过其信号发生装置产生一组特定频率的无线电信号，然后通过发射天线将这组信号的电磁波发射出去，当电磁波遇到相对应物体阻挡时会发生散射，散射电磁波中的一小部分会被反射回来被雷达的接收天线接收，雷达接收机将接收到的信号频率、方位、时间与发射电磁波进行对比，通过角度和时间差的计算就可以得出反射信号目标的位置和距离。
雷达与手电筒原理类似
有人将雷达比作一个大号的电筒，这有一定道理：它们两个都向外发射电磁波（可见光也是电磁波），并通过反射的电磁波探测前方目标和障碍物；发射的电磁波会扩散，我们接收到同样面积目标的反射回来的电磁波强度会随距离增加发生衰减；发射的电磁波越强、波束集中，看到的目标越清晰，同时看到的范围就越窄。与手电筒不同的是，雷达发射的是人眼不可见的电磁波，并且它是脉冲信号，不是连续的光波。
气象雷达
气象雷达常常被装在一个球形的罩子里，这是我们经常看到气象台都顶着一颗大大圆球的原因。这是因为气象台的气象雷达需要长时间连续工作，它是一套高价值的精密电子设备，需要妥善保护，雨雪风霜和强烈的阳光会缩短它的寿命。
黄山主峰光明顶上的气象雷达
圆球通常由玻璃钢制成，它对雷达发射的电磁波透明，也不会阻挡雷达天线接收电磁波。所以你不必担心这个罩子会对雷达探测精度造成什么不良影响。
球形雷达罩里边的雷达天线
气象雷达通常是多普勒雷达，它以微秒级的速度发送微波辐射脉冲。电磁波的波长通常在1~10cm之间，大约是我们感兴趣的水滴或冰粒子直径的10倍（雨滴直径通常在1~4mm之间），因为大气中瑞利散射发生在对应的频率范围。这意味着每个脉冲的部分能量会从这些小粒子反弹回来，回到雷达站的方向。
雷达对云层的扫描与测量
气象雷达探测距离远，为了获得更强的反射信号，它的功率通常都比较大，一台多普勒气象雷达的平均发射功率通常达到450千瓦，相比之下，典型的家用微波炉将产生大约1千瓦的能量。然而，每个脉冲仅持续约0.00000157秒（1.57x10-6秒），其间有0.00099843秒（998.43x10-6秒）的“收听时间”。换句话说，雷达每小时仅“开启”7秒，剩余的59分53秒都用于监听返回的信号。
一组气象雷达输出信号
雷达接收到的信号需要通过计算机进行复杂计算才能转化为我们能看得懂的数字图像。较短的波长对较小的粒子有用，但信号衰减得更快。因此，10厘米(S波段)雷达是首选，但比5厘米C波段系统更昂贵。3厘米X波段雷达仅用于近程单位，1厘米Ka波段天气雷达仅用于毛毛雨、雾等小颗粒现象的研究。由于每一波段的信号对应的颗粒大小不同，所以气象雷达通常会利用不同波段信号间隔扫描同一片天空，以得到尽量准确的气象信息。
经过计算机处理后的云图
气象学家们常用Ka波段雷达探测各种不产生降水的云，用X、C和S波段雷达探测降水，其中S波段最适用于探测暴雨和冰雹。
气象雷达站和它附近的暴雨云
我们知道干燥的空气中没有水滴，它对大多数气象雷达波几乎是透明的，但风也是气象的一个重要因素，飞机的飞行需要知道风向和风速情况，以防遭遇危险的风切变。气象雷达是如何探测风的呢？
最早的时候，科学家们通过向空中施放气球，然后利用雷达追踪气球下方悬挂的反射器或应答机来计算风向和风速。这种方法比较原始，并且在飞行航线附近频繁施放气球本身就是飞行安全隐患。因此科学家们利用激光多普勒技术研发出新的激光测风雷达，解决了机场附近航线的测风问题。
激光测风雷达
总结
雷达是一种无线电探测设备，它利用电磁波遇到障碍物会被散射的原理，通过发射和接收电磁波、计算时间间隔和方位角度来确定目标的位置与距离。
雷达最初用于军事用途，云层的反射信号是一种干扰，但在二战结束后，科学家们利用这种干扰波来探测云层以及预测天气，并据此发明了气象雷达。
气象雷达利用不同波长和频率的电磁波信号来探测不同的天气现象，并将接收到的信号通过复杂的计算转化为直观的天气图像，造福人类。
气象雷达的探测距离有限，它与气象卫星的遥测信息互为补充，如果要想得到更大范围的气象雷达云图，需要将各个地区气象站同一时刻的雷达图像进行拼贴。
华南地区气象雷达拼图
