1. 引言
目前气象雷达已广泛应用于天气预报以及农业、水文、林业、交通、海洋、航空航天等领域的专业气象服务。常规的气象雷达主要包括有测雨雷达、测云雷达以及测风(风廓线)雷达等。天气雷达是一种典型的气象雷达，也称测雨雷达，是用于警戒和预报中、小尺度降雨天气系统的主要探测工具。它通过方向性很强的天线向空间发射电磁脉冲波，利用雨滴、云状滴、冰晶、雪花等对电磁波的散射作用来探测大气中的降水或云中大滴的浓度、分布，以及台风、局部地区强风、冰雹、暴雨和强对流云体等，并能监视天气移动和演变，了解天气系统的结构(尤其是灾害性天气)的变化和特征。以水利领域雷达测雨为例，通常以地面以上2 km垂直高度大气中的液态水为主要探测目标物，通过以雷达站为中心、半径≥45 km水平范围内、地面以上2 km垂直高度大气中无缝的连续仰角步进扫描作业，获得降雨云体的三维结构和雷达回波强度，实现近地面层液态水含量的精细化测量，提高面雨量监测精度，进而对未来1~2 h可能发生致灾暴雨区域进行自动化预警。
通过大量的文献检索，已有有关天气雷达技术研究的综述。但近年来，新型天气雷达体制——相控阵天气雷达技术迅速发展，在性能上实现了突破，特别是在国内，展现出强劲的发展势头。而反映近年来新发展的相控阵天气雷达技术研究文献综述工作尚未得到系统性关注。本文对该领域既有的技术研究成果进行综述，希望为相关领域的技术研究提供参考和帮助。
2. 气象微波波段与天气雷达种类
2.1. 气象微波波段
雷达技术和数字信号处理技术进步促进了气象雷达系统的发展。依据测量降水粒子的电磁散射信号(振幅、相位、偏振和频移)，可探测大气中降水粒子的大小、形状、成分、运动和热力学相位等。气象雷达波段的大致划分如表1所示。
2.2. 天气雷达主要种类
按照天气雷达主要部件发射机、天线以及工作方式等划分，其主要种类划分参见图1、图2所示。
Table 1. The rough division of meteorological microwave bands
表1. 气象微波波段的大致划分
Figure 1. Classification of weather radar types (A)
图1. 天气雷达种类划分(A)
Figure 2. Classification of weather radar types (B)
图2. 天气雷达种类划分(B)
3. 天气雷达体制发展进程
自20世纪40年代初美国麻省理工学院(MIT)设计专用雷达用于气象目的以来，天气雷达体制经历了从电子管体制，晶体管化，脉间相参多普勒体制，大量使用数字芯片的全相参多普勒体制，单线偏振多普勒体制、交替发射模式(脉间交替发射水平极化波、垂直极化波)双线偏振多普勒体制、双发双收模式的双线偏振多普勒体制到相控阵体制的发展历程。天气雷达的核心部件发射机体制也从磁控管、速调管发展到全固态、相控阵技术 [1] - [7] 。天气雷达体制发展进程如图3示意。雷达探测也从反射率因子单参量的观测发展到双偏振多普勒多参量观测，进一步通过多参量的反演可获取降水粒子的尺寸大小、形状和雨滴谱分布等更为精细的降水信息 [8] [9] 。
4. 双线偏振多普勒天气雷达
传统多普勒天气雷达或单偏振天气雷达，难以获取到降水粒子的形状和方向等信息，无法区分它们的形状、方向和电性参量的大小对反射率因子的贡献。以观测雨滴、冰雹的散射为例，两个不同形状和方向的降水粒子具有明显不同的反射率因子，而单偏振(如水平偏振)多普勒天气雷达测量的差分反射率因子(
)不能提供足够的信息来区分雨滴、冰雹不同的形状/方向 [8] [10] 。
双线偏振多普勒天气雷达(Bilinear polarization Doppler weather radar，简称双偏振雷达或双极化雷达)是在传统多普勒天气雷达基础上发展的。主要是来自气象应用需求的驱动、双线偏振支持技术升级这二方面原因，即，解决传统多普勒雷达存在的降水估测精度不高、粒子相态识别及非气象回波(杂波)辨别困难等问题的需求驱动，以及将偏振功能设置于传统多普勒雷达上，双线偏振技术相对容易实现。双偏振雷达探测信号示意参见图4，图中还示意了雪花(Snow)、冰雹(Hail)、雨滴(Rain)等。
Figure 3. Development process of weather radar system
图3. 天气雷达体制发展进程
Figure 4. The schematic diagram of single polarization, dual polarization radar detection signal
图4. 单偏振、双偏振雷达探测信号示意
20世纪70年代末，美国研发了第一部双偏振(双极化)雷达，采用的是在水平(h)极化通道上增加一条垂直(v)极化通道的技术路线 [1] [9] 。20世纪90年代初，美国国家气象局(NWS)与美国国防部(DOD)和美国联邦航空管理局(FAA)合作，部署了WSR-88D雷达(具有多普勒能力的机械扫描常规天气雷达)。到2000年已经完成了全美160部多普勒雷达的布点建设，构建了美国下一代天气雷达网(NEXRAD)，覆盖美国大陆以及部分沿海海域和岛屿。此外，联邦航空管理局还在全美45个机场建成了专用于民航的高性能终端多普勒天气雷达。自2007年起，在NWS、DOD和FAA联合部署下，逐步对20世纪90年代初建设的WSR-88D多普勒雷达开展了双线偏振技术升级，包括双极化改造、分辨率提升、体扫模式(VCP)等改进，2013年升级改造完成 [1] [9] [11] 。在我国，自1999年以来部署了一个全国性的雷达网络，由200多部中国新一代多普勒天气雷达(CINRAD 98D)组成。双线偏振技术研究始于1988年，是在单偏振的国产713型五厘米波段测雨雷达基础上改造而成的双线偏振多普勒天气雷达 [12] 。经过30多年的探索研究，偏振雷达体制、探测技术、数据分析方法等不断完善，取得了长足进步 [9] [13] [14] [15] 。
我们知道，电磁波的传播是由相互垂直的电场和磁场产生的，具有偏振、强度两方面的特征。电磁波的极化(极化又称偏振)描述了电场向量随时间变化的方式。极化分为线极化、圆极化和椭圆极化三种。雷达极化能力是电磁波的本质属性和重要基本参量，双偏振雷达通过发射水平极化电磁波和垂直极化电磁波(水平和垂直电场分量)，能够观测散射电场2 × 2散射分量(水平和垂直两个正交分量)矩阵，考虑散射场的两个正交分量与入射场的两个正交分量的关联，使用差分反射率因子
表示水平偏振处的反射率与垂直偏振处的反射率的差异。差分反射率因子表示为：
，其中，h、v分别为水平和垂直极化电磁波(电场矢量)，
、
、
和
为2 × 2散射矩阵元素，将散射电场的 和 分量与入射场分量联系起来。降水粒子的偏振散射特性，即2 × 2矩阵元素上发射和接收辐射的偏振态所提供的粒子形状和方向新的信息特性，能够实现降水粒子几何和微物理特性的观测，以及了解云过程和由此产生的降水和雪或水的积累 [16] [17] [18] 。例如，双偏振雷达(即使在目标尺寸远小于雷达波长的瑞利模式下)，可以区分不同形状、成分和方向的粒子(雨与冰雹或雨与雪或雪聚集与原始晶体雪花等)。表2给出了典型的粒子散射偏振特性。表3给出了双偏振多普勒观测参量。双偏振雷达可以测量更多的参数，观测参量除了常规的反射率因子、平均径向速度以及速度谱宽外，还包括水平偏振反射率因子、差分反射率因子、线性退极化比、差分传播相移率、共极性互相关系数、零延迟相关系数等 [8] [9] [10] 。
Table 2. Scattering polarization characteristics of typical precipitation particles
表2. 典型降水粒子散射偏振特性
Table 3. Dual polarization Doppler observation parameters
表3. 双偏振多普勒观测参量
美国科罗拉多州立大学(Coloradao State University, CSU)研发的CSU-CHILL雷达是采用双偏振多普勒天气雷达技术的代表之一 [4] [19] 。CSU-CHILL是一部用于教学和科研的双发双收模式雷达，自20世纪90年代起，已经几次技术改造。该雷达使用相同的发射系统发射水平和垂直(h和v)极化波，可同时在S波段(3 GHz)、X波段(9 GHz) 2个频率上工作，天线的主波束宽度：S波段：1.0˚，X波段：0.33˚ (参见图5)。中国CIRAD-98DP双偏振雷达的技术特性总结如表4所示 [9] 。典型的国内外双偏振雷达及特点列于表5[6] [9] [13] [15] 。
(a) 双偏置格雷戈里式抛物面天线和定位系统；(b) 充气天线罩、发射机和操作拖车；(c) 安装于抛物面天线上的双极化、双频喇叭天线馈源(照射器)；(d) 雷达天线发射示意图(S波段：1.0˚，X波段：0.33˚)。
Figure 5. CSU-CHILL dual polarization radar (From [4] [19] )
图5. CSU-CHILL双偏振雷达(引自文献 [4] [19] )
Table 4. The technical specifications of China CIRAD-98DP radar
表4. 中国CIRAD-98DP雷达的技术规格
Table 5. Typical dual polarization radar and its characteristics
表5. 典型的双偏振雷达及特点
5. 相控阵天气雷达
相控阵雷达(Phasedarray radar, PAR)技术源于军事领域，后被引入监测快速变化的天气过程，如龙卷风及强风暴预报和响应、云系统的理解、强降雨水文预报、监测危险羽流的扩散等气象领域。由于其优越的探测能力，系统提供二维相位控制，不需要电机或其他机械移动部件。二维高速(无惯性)波束导向结合双极化，可编程/自适应波形，以及将多个雷达组合成网络的能力，现已成为短程天气观测新一代天气雷达体制发展的主流方向 [20] - [25] 。
相控阵雷达的工作原理可分为两个主要步骤：波束生成和目标探测。波束生成主要部件包括阵列天线和发射单元。阵列天线与常规雷达的抛物面天线不同，天线阵面是由数量众多、独立控制的小型天线收发单元排构成，发射波束并接收回波信号；每个发射单元(天线)都可以独立地调节发射波振幅、相位，从而形成一个相对相位差的阵列。当信号发射时，各个天线发射的信号相互叠加，通过精确控制每个发射单元的信号特性，形成一个或多个相位不同的定向波束。另外，常规雷达扫描方式通常是机械式扫描，即通过改变雷达天线的方位和仰角实现对天气过程的空域扫描。一维相控阵雷达则是俯仰(垂直方向)电扫、方位(水平方向)机械扫描；二维相控阵雷达在俯仰和方位上均采用电子扫描。电子扫描是利用电磁波相干原理,通过控制天线阵面上各个发射单元电流的相位来改变发射波束的方向,从而实现天线的电子扫描。这种二维相位可控的阵列天线技术可以使雷达探测范围更广，抗干扰能力更强，波束指向更加灵活，能够实现无惯性快速扫描，其扫描速率对全空域扫描时间控制在1 min以内，探测快速变化天气过程的时间分辨率远低于机械式扫描雷达通常的4~6 min分辨率。
目标探测主要部件包括接收单元和信号处理单元。每个接收单元可以独立地调节接收回波的相位和幅度，接收单元接收到降水粒子散射后的回波信号，并将其合并为一个整体信号。信号处理单元对接收到的信号进行计算和处理，利用不同降水粒子的性状、尺寸、入射电场与粒子指向的夹角、介电常数等对回波的影响不同来估算降水粒子的形状、大小、滴谱和指向角的分布情况，从而对云雨结构、类型和降水过程特征可以有更为完整的认识和识别。
5.1. 国外相控阵天气雷达的发展
美国是最早开始将PAR技术应用于气象领域的国家。2002年，PAR技术就被美国国家雷达技术委员会推荐为未来取代美国WSR-88D系统的技术 [11] [25] [26] 。2002年，美国国家海洋和大气管理局(NOAA)所属的国家强风暴实验室(NSSL)、俄克拉荷马州立大学(The University of Oklahoma, OU)等多家单位联合，将美国海军宙斯盾舰退役的(AN/SPY-1)S波段相控阵雷达进行了气象化改造。观测试验表明，PAR相比于双偏振技术升级的美国NEXRAD WSR-88D天气雷达在探测精度和快速反应能力方面具有较大优势 [21] [22] [24] [25] [26] ，对于扩展国家雷达网捕捉小尺度强烈天气，提高防灾减灾预警能力有重要作用。2006年，美国交通部联邦航空局(FAA)、NOAA和国防部空海军指挥部联合资助，预研美国NEXRAD WSR-88D升级改造的作战–气象混合雷达网络新方案，计划使未来的雷达监测网采用一部多功能多任务的相控阵雷达替代单任务雷达(包括气象雷达、空管雷达和边境防御雷达等)，能够同时执行飞机跟踪、风廓线和天气监视、国土防御等任务，以有效减少美国本土的雷达总数。将偏振法和PAR技术结合到偏振PAR (PPAR)中，计划发展具有全极化、多功能的PAR (Multiple function phased arrayradar, MPAR)，并拟定了在2025年之前完成PAR替代现有机械扫描式雷达的计划 [21] [26] 。另外，美国国家气象局(NWS)也提出了利用更快扫描速度的PAR作为国家NEXRAD网的组网雷达的研究计划 [26] [27] [28] 。在日本，2012年东芝公司和大阪大学在日本国家信息与通信技术研究机构(NICT)的资助下，开发了用于气象应用的X波段相控阵天气雷达(PAWR)系统 [5] ，以100米和10~30 sec的分辨率扫描整个体积，半径可达80公里范围，可以在1 min内对积雨云进行三维探测，通过探测数据，证明了雷电活动和风暴结构之间的关系。2016年，在大阪机场，该X波段PAWR与原有的Ｃ波段多普勒天气雷达进行联合实验，发现添加了具有快速扫描功能的相控阵雷达的联合探测使得一次下击暴流的精细结构变化可以重现 [5] [27] 。2017年，基于X波段PAWR的进一步研究，提出了一种用于夏季对流阵雨快速预测的3D卷积神经网络(CNN)模型 [5] 。日本PAWR系统场外试验表明，采用PAR技术的雷达相比偏振多普勒天气雷达WSR-88D (通常全体积扫描为4~6 min)，时间分辨率远高于双偏振雷达 [5] 。表6列出了国际上(美国、日本)代表性的相控阵天气雷达技术发展和时间节点 [5] [21] [23] [27] [29] 。表7列出了国外双偏振、相控阵天气雷达主要厂商。
Table 6. Development of phased array weather radars in the United States and Japan
表6. 美国、日本相控阵天气雷达的发展
Table 7. Major foreigndual polarization, phased array weather radar manufacturers
表7. 国外的双偏振、相控阵天气雷达主要厂商
5.2. 国内相控阵天气雷达的发展
我国PAR技术研究和应用相对落后于美国、日本等国。2007年，在公益性行业科研专项等项目资助下，开展了PAR军用技术向气象领域转化的研究，研发了PAR天气雷达原理样机。2016年，中国气象科学研究院采用X波段PAR天气雷达和两个极化天气雷达开展了联合探测强对流天气，超级单体风暴观测实验进一步验证了PAR雷达的观测在短时间尺度上显示了抛物面天线雷达无法观测到的详细变化 [26] [30] 。2019年，中国气象局印发的《气象观测技术发展引领计划(2020~2035年)》提出了要发展研制双偏振PAR天气雷达 [31] 。2022年，中国电子科技集团国睿科技公司研制生产的全国首部S波段相控阵双偏振天气雷达启动试验，该雷达站建于福建闽侯县大湖乡雪峰村，探测范围覆盖福建省及台湾海峡和台湾岛西部，既是东移强对流天气系统主要移动路径所经地，也是台风、强对流天气预报预警重点区域 [32] 。2023年，国睿科技、四创电子、浙江宜通华盛等多家公司生产的S、C、X波段双偏振相控阵天气雷达，亮相2023中国气象现代化建设科技博览会(深圳举行)。目前，相控阵雷达的研发和应用已成为我国气象雷达领域的重要发展趋势 [26] [33] 。表8列出了国内双偏振、相控阵天气雷达主要厂商。
Table 8. Major domestic dual polarization, phased array weather radar manufacturers
表8. 国内的双偏振、相控阵天气雷达主要厂商
6. 新发展的相控阵天气雷达介绍
6.1. S波段数字全极化相控阵雷达(先进技术演示样机)
在NOAA和空军军方合同经费持续10年的资助下，为探讨下一代用于国家雷达网的相控阵雷达技术和业务建立提供支撑，2018年，美国麻省理工学院林肯实验室(MIT Lincoln Laboratory)研发的S波段数字全极化相控阵雷达(DPPAR)——先进技术演示样机(ATD)，在国家气象雷达试验平台投入使用。DPPAR-ATD经过现场校准和系统测试，验证了其采用固态发射、脉冲压缩技术的有效性，能够满足NOAA未来天气雷达对快速体积扫描和更高质量气象数据的需求。2021年，DPPAR-ATD实现了初始作战能力 [27] 。图6是DPPAR-ATD外观照片，高约4米。雷达孔径由76个风冷散热的8 × 8单元极化面板组成，每个面板由射频RF孔径和数字背板两块PCB板组成，基于中等功率砷化镓高功率放大器和2:1重叠子阵列接收架构。
6.2. SKYLER双极化多功能X波段相控阵雷达
雷神技术公司(Raytheon Technologies)开发了一种基于有源电子扫描天线阵列的低成本、双极化(双偏振)多功能、X波段相控阵雷达，命名为SKYLER [29] 。SKYLER提供远程无间隙覆盖。具有软件定义能力，能够作为单个雷达或联网一起运行，可以同时提供本地化的高分辨率天气数据和监视空中目标功能。美国纽约州立大学石溪分校(Stony Brook University)与雷神技术公司(Raytheon Technologies)合作，近年来一直在探索和试验使用SKYLER双偏振X波段PAR进行气象数据资料新的采样策略。图7(a)、图7(b)分别是2019年、2021年石溪大学将SKYLER、激光雷达(0~15 km)和MRR-PRO微降雨雷达集成的SBU天气观测移动平台 [29] 。雷神技术公司的第二代相控阵雷达Skyler-II，使用单通道发射/接收模块和双极化天线，工作在交替发射交替接收模式(ATAR)，软件定义的收发器使用长占空比脉冲和脉冲压缩来提高灵敏度，并可以采用相位编码来抑制多行程回波。气象数据处理器(WDP)利用基于频谱方法进行噪声估计和杂波滤波，并提供以下观测参测：反射率、差分反射率、径向速度、速度谱宽、差分反射率和共极性互相关系数，以及几个质量控制参数。SKYLER-I和SKYLER-II雷达的技术规格列于表9。
Figure 6. Advanced technology demonstrator (ATD) at the National Weather Radar Test bed in Norman, Oklahoma, USA (From [27] )
图6. 位于美国俄克拉荷马州诺曼市国家气象雷达试验平台的演示样机(ATD) (引自文献 [27] )
Figure 7. SBU weather observation mobile platform based on SKYLER dual polarization x-band phased array weather radar (From [29] )
图7. 基于SKYLER双偏振X波段相控阵天气雷达的SBU天气观测移动平台(引自文献 [29] )
Table 9. The technical specifications of SKYLER-I and SKYLER-II radar
表9. SKYLER-I和SKYLER-II雷达的技术规格
6.3. 车载S波段全数字极化相控阵天气雷达
在NOAA所属的国家强风暴实验室(NSSL)资助下，2022年，俄克拉荷马大学先进雷达研究中心(OU-ARRC)，研发了一种车载S波段全数字极化PAR，命名为“荷鲁斯”雷达(荷鲁斯(HORUS)古埃及天神，拥有鹰神之眼) [33] 。“荷鲁斯”将利用全数字架构获得的原始双极化数据，更准确地捕获4D微物理过程，改善降水定量估测以及对微物理过程的理解，包括理解和预测严重危害(如龙卷风、冰雹、洪水)形成的关键过程。将通过不断测试和改进，检验PAR技术对于强天气监测的实际效果、相控阵增加双极化功能后的信号检验评估，是否可以作为下一步美国NEXRAD WSR-88D雷达相控阵技术升级的可选方案。“荷鲁斯”雷达如图8所示。左图示：刀片板卡(OctoBlade)外形图，中间的图示：8 × 8“荷鲁斯”双极化天线面板，右图示：车载“荷鲁斯”，天线罩摘下显露出的25个8 × 8“荷鲁斯”双极化面板(1600个发射元件)。FPGA PCB (FPGA印刷电路板)，RF front-end PCB (射频前端印刷电路板)，Support frame (支撑框架)和Liquid-cooling channel (液冷却通道)，OctoBlade (刀片板卡)，Analog backplane (模拟电路背板)，8 × 8 Dual-Pol antenna array (双极化天线阵列)。
Figure 8. HORUS fully digital polarized phased array weather radar (From [34] )
图8. “荷鲁斯”全数字极化相控阵天气雷达(引自文献 [34] )
“荷鲁斯”工作原理的形象化示意如图9所示。全数字相控阵列的一个重要性能是波束形成的灵活性，具有自适应波束形成的最大自由度。由于每个单元(和极化)波束的形成权值是通过基于软件的DSP实现的，与常规模拟波束形成系统对硬件的依赖不同，可以形成多个任意波束。图9(a)示意了在水平方向(方位角)和垂直方向(俯仰角)发射笔形波束，极小观测间隙，可以显著提高时间分辨率和垂直覆盖，在距离高度显示(RHI)扫描模式下实现基于“成像”的密集垂直采样。另外，全数字PAR使用最小方差无失真响应(MVDR)自适应波束形成技术，具有自适应波束形成的最大自由度。MVDR方法对于减缓干扰、地面杂波相比传统的杂波滤波器效果好(参见图9(b)示意)。“荷鲁斯”雷达的技术规格列于表10。
6.4. S波段圆柱形极化相控阵雷达
基于对未来短程探测的相控阵天气雷达应采用何种阵列配置尚未达成共识的考虑，2021年，俄克拉荷马大学OU-ARRC首次采用圆柱形阵列天线配置方案，与上述的平面阵列天线配置不同，研发了一种S波段的圆柱形极化相控阵雷达(Cylindrical polarimetric phased array radar, CPPAR)演示样机，并进行了校准和气象探测实验 [35] 。使用单束机械扫描和换向束电子扫描，可以在各个方向上具有方位角和偏振扫描不变束的特性，从而可以进行高质量的天气监测。图10给出了CPPAR演示样机照片及圆柱形阵列天线原理性概念图示。CPPAR雷达技术规格列于表11。
Figure 9. Schematic diagram of the working principle of HORUS fully digital polarized phased array weather radar (From [34] )
图9. “荷鲁斯”全数字极化相控阵天气雷达工作原理示意图(引自文献 [34] )
Table 10. The technical specifications of HORUS radar
表10. “荷鲁斯”雷达技术规格
Figure 10. CPPAR technology demonstrator and schematic diagram of the principle concept of cylindrical array antennas (From [35] )
图10. CPPAR技术演示样机及圆柱形阵列天线原理性概念图示(引自文献 [35] )
Table 11. The technical specifications of CPPAR radar
表11. CPPAR雷达技术规格
6.5. C波段相控阵天气雷达(GLC-18C型)
中国电子科技集团国睿科技公司研发的GLC-18C型雷达采用一维有源数字相控阵体制，主要采用了全数字固态有源相控阵、频–相扫数字多波束、超低副瓣相控阵天线、基于先进三代半导体技术的大功率功放设计、数字多波束合成(DBF)、扫描波束修正补偿、大型天线阵面精度控制等技术。能够实时监测450 km范围内的强对流危险天气系统，对250 km范围内的中尺度风暴、暴雨、风切变、冰雹、龙卷、大风等灾害性天气能进行有效的监测和预警。GLC-18C型PAR天气雷达技术规格列于表12[36] 。
Table 12. The technical specifications of GLC-18C radar
表12. GLC-18C雷达技术规格
7. 总结与展望
天气雷达经历了从电子管、晶体管化、多普勒体制、双偏振多普勒体制到相控阵体制的发展历程。雷达探测从反射率因子单参量的观测发展到多参量观测，缩短体扫时间以更精细地揭示小尺度天气系统结构，也从常规雷达俯仰和方位上的机扫发展到相控阵快速电扫。
1) 美国、欧盟等国家在相控阵理论模型、基于机器学习/人工智能(AI)的动态观测数据处理理论方法、半导体材料以及低成本的固态阵列模块、宽带模拟和数字转换处理器等研究方面处于领先地位，这些新技术的突破对于相控阵天气雷达发展将带来重要影响。
2) 相控阵天气雷达是当前天气雷达装备技术发展的热点，正在起到重大作用。美国气象部门和研究机构率先开展的相控阵天气雷达作为下一代业务使用的天气雷达研究，所取得的大量研究成果，为我国新一代气象雷达网组网，以及农业、水文、林业、交通等领域的应用提供了很好的借鉴和学习范例。
3) 短程气象探测正在成为相控阵天气雷达发展的重要方向。在小尺度强烈天气，如冰雹、龙卷、短时强降水探测中，更高观测精度，更短体扫时间、更高时空分辨率，能更精细地捕捉小尺度天气系统信息。
4) 目前正在兴起的X波段全固态相控阵气象雷达，除发挥对天气系统采样的空间分辨率优势和减缓X波段降雨衰减的短板外，还需要在提高固态发射机功率和信噪比等方面进一步研究。
5) 为进一步提升PAR在气象领域应用能力，需要转化为基于机器学习/AI、数据驱动的动态观测框架。例如，具有来自两个相控阵雷达输入的丰富数据生态系统和非相控阵雷达观测(即GOES观测卫星，地面相机，WSR-88D天气雷达)，可以通过一个机器学习系统更全面地描述天气系统状态，建立基于地面传感器的实时跟踪与最佳估计位置制导，以及加深对基础大气科学的理解。
6) 近年来，我国相控阵天气雷达装备技术研究发展快速，领域应用成效逐渐凸显。但应看到国内相控阵天气雷达装备技术还处于“跟跑”，极少数技术点“并跑”的基本态势。持续提升相控阵天气雷达装备及其应用技术水平仍然是努力不懈的方向。
基金项目
本文得到国家重点研发计划项目(2022YFC3005401)的资助。