气象台上为什么总顶个“足球”？

气象台上为什么总顶个“足球”？

黄山光明顶气象站（笔者摄于2018年秋）

黄山顶上还有这么个气象站，老气派了！这个气象站，1956年就有啦，十多年前扩建了一遍，成了现在这个样子。这上头恁大一足球，嘛玩意儿啊？那不是足球，是雷达。雷达种类可多了，红警里面那就是最常规的一种雷达，画了个模型。这儿的雷达，叫多普勒雷达，里面其实也是像一口锅一样，外面是一种特制的壳子，用来保护天线的。稍微大一点的气象站现在都有这个高科技产品。

雷达最为人熟知的形状是一个像大锅一样的东西，正中央一根天线，斜向上仰视天空，一边转一边探测空中有什么飞行物，就像游戏中描绘的那样。但是，雷达前面加上一个“多普勒”，或许很多人就没有听说过了。同时，人们可以注意到在很多气象站，以及飞机场边上的塔台上有一个神秘的球形或半球形建筑体，细看仿佛一颗足球一般。

那么，什么叫“多普勒雷达”呢？这就涉及一个中学时期的物理概念——多普勒效应。多普勒效应是指当一个相对于某参照物在运动的物体发出与运动方向不垂直的波时，波的波长会相应发生变化的现象。生活中最常见的多普勒效应就是声音的多普勒效应。

了解了多普勒效应，就很容易明白多普勒雷达的探测原理。它本身会不断发射电磁波信号或者声波信号，通过探测物体反弹的电磁波/声波频率，得到一个频率差值，再推演出物体的运动速度。根据不同的发射频率反射的结果，可以推演出物体的运动方向和距离等等。

运用于气象观测的多普勒雷达，发射的通常是微波（一种电磁波，微波炉里面发射的那种波就属于微波），通过多普勒效应计算不同高度层气流的运动速度，可以得到附近区域的风速、水汽等等信息的垂直分布情况。

那么为什么气象台的雷达会是球形的呢？这个球壳叫做“雷达罩”。实际上，多普勒雷达真正核心的部分仍然是一口大锅加天线的形状，与普通雷达没有显著差异。之所以加上一个足球一样的外壳，主要作用还是保护内部的天线，延长使用寿命，因为多普勒雷达需要全天候开启，所以加上雷达罩更加有用。

多普勒雷达目前在气象和军事方面应用广泛，是极其重要的设施。据行业统计，我国目前有新一代天气雷达270部（2020年估计，基本上都是多普勒雷达），另有X波段雷达（应急保障或重大活动期间使用）、风廓线雷达（截至2016年共有69部，集中于大城市群）等共同组网，形成了覆盖全国的气象观测网络。