氣象雷達（英文名：meteorological radar）是專門用于大氣探測的雷達，屬于主動式微波大氣遙感設備。它是用于警戒和預報中、小尺度天氣系統（如臺風和暴雨云系）的主要探測工具之一。
第二次世界大戰前雷達主要用于軍事目的，當時云、雨等氣象目標的回波被視為干擾信息。1942-1943年，麻省理工學院專門設計了為氣象目的使用的雷達。在氣象雷達發展初期，一般都靠手工操作，回波資料只能作定性分析。20世紀60年代采用了多普勒技術，氣象多普勒雷達具有對大氣流場結構的定量探測能力。20世紀70年代，除聯合使用多部多普勒雷達外，又相繼發展了大功率高靈敏度的甚高頻和超高頻多普勒雷達和具有多普勒性能的高分辨率調頻連續波雷達。20世紀80年代以后，在多普勒雷達的基礎上，美國科羅拉多州立大學電子工程系的教授提出了偏振氣象雷達的思想，為大氣雷達探測以及氣象資料分析提供了一個更為先進的平臺。1999年，中國首部多普勒天氣雷達正式落成。2022年，中國首部S波段雙偏振相控陣天氣雷達在福建省啟用。
氣象雷達是通過目標對雷達波的反射情況來確定目標的位置和特性。常規氣象雷達裝置大體上由定向天線、發射機、接收機、天線轉換開關、顯示器、觸發信號發生器以及電子計算機和圖像傳輸等部分組成。根據用途，氣象雷達分為測云雷達、測雨雷達、測風雷達、圓極化雷達、調頻連續波雷達、氣象多普勒雷達；根據波段范圍又可以分為W波段雷達、Ka波段雷達、X波段雷達、C波段雷達、S波段雷達等。截至2024年，它已廣泛應用于天氣預報，以及農業、水文、林業、交通、能源、海洋、航空、航天、國防、建筑、旅游、醫療等領域的專業氣象服務。
基本概念
氣象雷達是專門用于大氣探測的雷達，屬于主動式微波大氣遙感設備。而與無線電探空儀配套使用的高空風測風雷達，只是一種對位移氣球定位的專門設備，一般不算作此類雷達。氣象雷達是用于警戒和預報中、小尺度天氣系統（如臺風和暴雨云系）的主要探測工具之一。
氣象雷達常用的1、3、5、10和20厘米波長各對應于K波段（波長0.75～2.4厘米）、X波段（波長2.4～3.75厘米）、C波段（波長3.75～7.5厘米）、S波段（波長7.5～15厘米）和L波段（波長15～30厘米），超高頻和甚高頻雷達的波長范圍分別為10～100厘米和100～1000厘米。工作在30～3000兆赫頻段的氣象多普勒雷達，一般具有很高的探測靈敏度。因探測高度范圍可達1～100千米，所以又稱為中層－平流層－對流層雷達（MST radar）。它主要用于探測晴空大氣的風、大氣湍流和大氣穩定度等大氣動力學參數的鉛直分布。雷達探測大氣目標的性能和其工作波長密切相關。把云雨粒子對無線電的散射和吸收結合起來考慮，各種波段的雷達只有一定的適用范圍。常用K波段雷達探測各種不產生降水的云，用X、C和S波段雷達探測降水，其中S波段最適用于探測暴雨和冰雹，用高靈敏度的超高頻和甚高頻雷達可以探測對流層－平流層－中層的晴空流場。
發展簡史
氣象雷達屬于雷達領域中的一個重要分支，其發展至2025年大致經歷了從模擬、數字到以美國NEXRAD為代表的新一代氣象雷達三個發展階段。
20世紀第二次世界大戰前雷達主要用于軍事目的，當時云、雨等氣象目標的回波被視為干擾信息。利用各種波段各種類型的雷達對大氣進行探測和研究，為中小尺度天氣預報提供了豐富的三維結構演變信息，成為大氣科學研究的一個重要手段。1941年，在英國最早使用雷達探測風暴。1942-1943年，麻省理工學院專門設計了為氣象目的使用的雷達。在氣象雷達發展初期，一般都靠手工操作，回波資料只能作定性分析。20世紀60年代采用了多普勒技術，氣象多普勒雷達具有對大氣流場結構的定量探測能力；常規雷達的數字顯示和彩色顯示也相繼出現。
20世紀70年代，除聯合使用多部多普勒雷達外，又相繼發展了大功率高靈敏度的甚高頻和超高頻多普勒雷達和具有多普勒性能的高分辨率調頻連續波雷達；在雷達結構上，廣泛采用了集成電路，配備有小型或微型電子計算機，使氣象雷達能對探測資料進行實時數字處理和數字化遠距離傳輸；有的天氣雷達已能按照預先編好的程序，由電子計算機操縱觀測，并逐步向自動化觀測網的方向發展。
20世紀80年代以后，在多普勒雷達的基礎上，科羅拉多州立大學電子工程系的教授提出了偏振氣象雷達的思想，為大氣雷達探測，以及氣象資料分析提供了一個更為先進的平臺。偏振多普勒雷達參數為分析雨滴等降水信息分布，以及降雨形狀分布提供了更為精確的信息。科羅拉多州立大學的CSU-CHILL雷達也是世界上該領域最為先進的天氣雷達，CSU-CHILL是美國國家天氣雷達設備，由NSF提供資金，科羅拉多州立大學負責。
1999年1月1日，中國第一部多普勒天氣雷達在安徽合肥正式落成。2022年，中國首部S波段雙偏振相控陣天氣雷達在福建省啟用。2025年7月19日，鎮安縣首部X波段雙偏振天氣雷達建設完成并開機試運行。
組成
常規氣象雷達裝置大體上由定向天線、發射機、接收機、天線轉換開關、顯示器、觸發信號發生器以及電子計算機和圖像傳輸等部分組成。機載氣象雷達的基本組件為雷達收發組、雷達天線、顯示器、控制盒和波導系統。有的機載氣象雷達系統具有和顯示器分離的控制盒；有的則包括兩套收發組，還可能包括單獨的定時（同步）組件。此外，機載氣象雷達還需由垂直陀螺提供傾斜和俯仰穩定信號，傾斜和俯仰信號可以由單獨的垂直陀螺組件提供，也可由慣性基準系統提供。
傳統機載氣象雷達
傳統機載氣象雷達系統的基本組件為收發機（Receiver/Transmitter，R/T）、天線（Antenna，ANT）、控制面板、顯示器以及波導等附件。有的機載氣象雷達系統具有和顯示器分離的控制面板，有的則包括兩套收發機，有的還可能包括單獨的定時（同步）組件。
收發機
收發機是系統的核心部件，其功能是產生、發送并接收處理雷達信號。收發機產生、發送雷達射頻（Radio 頻率，RF）脈沖信號，經收發開關后由波導系統饋送至雷達天線進行輻射。同時接收、放大和處理回波信號，提取目標信息，輸送給顯示器。收發機一般也包含天線控制部分及信號數據處理，其他外部輸入包括飛機的航跡、姿態、電源等。機載氣象雷達的工作頻率為9333MHz，9345MHz或9375MHz，這一波段屬于X波段。由于雷達的工作波長僅為3.2cm，所以雷達發射電路及接收電路中的高頻部分是由各種微波器件組成的，其結構和工作原理與工作在甚高頻或高頻的無線電設備有較大的差別。雷達收發機安裝在盡量靠近天線的位置，例如前設備艙或機頭的雷達天線罩內，以盡可能縮短連接波導的長度。由于發射機耗散的功率較大，收發機通常裝有散熱通風的專用風扇。
天線
天線用于輻射射頻脈沖并接收回波信號。氣象雷達一般采用平板天線，天線以恒定的速率進行周期性的方位掃描，以探測飛機航路及其左右兩側扇形區域中目標或觀察飛機前下方地貌。同時，天線還在姿態基準信號（由垂直陀螺組件供給）的控制下進行復雜的穩定修正運動。
控制面板
控制面板主要用于選擇氣象雷達的工作模式，控制天線的俯仰角度和穩定性，以及對接收機靈敏度進行控制。控制面板上有各種按鍵、開關、調節旋鈕，用來對雷達系統進行控制。面板上的開關控態、距離和系統增益等信息通過控制字產生器送至收發機的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）。
顯示器
顯示器是氣象雷達的終端設備，用來顯示接收機所提取出的目標信息。顯示器根據系統的設置顯示氣象、地形畫面，也顯示工作狀態以及故障組件告示。在沒有裝電子飛行儀表系統（Electronic Flight Instrument System，EFIS）的飛機和小型飛機上，裝備有專用的氣象雷達顯示工作模式等信息并附有工作模式選擇、顯示扇區選擇、天線穩定通斷、畫面保持、人工天線俯仰調節、亮度調節、標志線亮度調節、地面雜波抑制控制等。在裝有EFIS的飛機上，氣象雷達系統所提供的信息通常顯示在電子水平位置指示器（Electronic Horizontal Situation Indicator，EHSI）或導航顯示（Navigation Display，ND）上，與EFIS的其他信息相互疊加，綜合顯示。
波導
波導用于實現雷達收發機和天線之間的射頻能量傳輸。由于雷達信號是頻率極高的微波信號，所以不能用一般無線電設備所用的同軸電纜來傳輸，只能用封閉的波導管傳送。發射機產生的功率強大的雷達發射信號，通過波導組件傳送給天線，輻射到空中去；天線所接收的雷達回波信號，也經過同一波導傳送給雷達收發機。
新型機載氣象雷達
隨著綜合模塊化技術在機載設備中的不斷應用，為了安全有效管理飛行作業，對飛行器、其他空中交通工具以及天氣現象進行檢測、跟蹤、表征和觀測，空中交通管制（Air Traffic Control，ATC）/應答機（Transponder，XPDR）系統、交通防撞系統（Traffic Collision Avoidance System，TCAS）、氣象雷達、地形感知和告警系統（Terrain Awareness Warning System，TAWS）被綜合到一起，集成為一個系統，在A380飛機上被稱為飛機環境監視系統（Aircraft Environment Surveillance System，AESS），在波音787飛機上被稱為綜合監視系統（Integrated Surveillance System，ISS）。該系統能夠在飛機飛行過程中為機組人員提供交通、氣象、地形等信息，增強其對空中環境的感知能力，有效提高飛行安全。
原有的TCAS，ATC/XPDR，WXR，TAWS的處理器集成為一個綜合處理器組件，內部含有ATC，TCAS，WXR和TAWS模塊。
新型飛機的氣象雷達系統組成模塊也有一些變化。B787飛機的氣象雷達系統由WXR收發機（R/T模塊（WXR R/TM），平板天線和天線驅動組件幾部分組成。
WXR收發機模塊執行以下功能：產生WXR發射信號；放大WXR回波信號，將雷達回波信號轉換為數字數據，并將數字回波數據發送到綜合監視系統處理器組件（ISSP）；控制發送和接收信號的時序；產生天線驅動信號。
WXR天線驅動組件包括：天線驅動電機，波導股份，波導開關，并為天線、R/T模塊和天線之間的波導連接提供安裝表面。
工作原理
氣象雷達是通過方向性很強的天線向空間發射脈沖無線電，該脈沖無線電波在傳播過程中與大氣發生各種相互作用，如大氣中水汽凝結物（云、霧和降水）對雷達發射波的散射和吸收，非球形粒子對圓極化波散射產生的退極化作用，無線電波的空氣折射率（無線電波在真空中的傳播速度與在空氣中傳播速度之比）不均勻和閃電放電形成的電離介質對單射波的散射，穩定層結大氣對入射波的部分反射，以及散射體積內散射目標的運動對入射波產生的多普勒效應等。
氣象雷達回波不僅可以確定探測目標的空間位置、形狀、尺度、移動和發展變化等宏觀特性，還可以根據回波信號的振幅、相位、頻率和偏振度等確定目標物的各種物理特性，例如，云中含水量、降水強度、風場、鉛直氣流速度、大氣湍流、降水粒子譜、云和降水粒子相態以及閃電等。此外，還可利用對流層大氣溫度和濕度隨高度的變化而引起的折射率隨高度變化的規律，由探測得到的對流層中溫度和濕度的垂直分布求出折射率的鉛直梯度，并通過分析無線電傳播的條件，預報雷達的探測距離，也可根據雷達探測距離的異常現象（如超折射現象）推斷大氣溫度和濕度的層結。
現在使用的氣象雷達，多數為多普勒天氣雷達。多普勒天氣雷達的理論基礎是電磁波的多普勒效應。所謂多普勒效應是指波源相對于觀察者運動時，觀察者接收到的信號頻率和波源發出的頻率是不同的，而且發射頻率和接受頻率之間的差值和波源運動的速度有關，由多普勒效應而引起的頻率變化，叫多普勒頻移或多普勒頻率，在雷達系統中，這一多普勒頻移表現為相繼脈沖的相位變化。多普勒天氣雷達與常規天氣雷達相比，最大的優點就是多普勒效應，可以得到大氣運動的速度場，探測靈敏度和探測能力顯著增強。
距離測定
氣象雷達發射的電磁波是以光速c在空中向前傳播，通過測量所接收到的目標回波信號與發射脈沖之間的時間間隔t，可以算出目標相對于飛機的距離L=ct/2。它的距離分辨力決定于脈沖的寬度，要提高區分近距離目標的能力，必須使用較窄的脈沖寬度。
方位測定
它是通過測定雷達天線波束軸的瞬時方位來確定目標方位的。雷達天線所形成的輻射波束是寬度很窄的圓錐形波束，當天線指向某一方位時只有該方位的目標回波才能被雷達所接收，把該信號的位置輸給顯示器，使回波圖像顯示在顯示器的相應方位，就可以確定目標的實際方位。雷達的方位分辨能力取決于天線水平面內的波束寬度，天線波束在水平面內的寬度越窄，其方位分辨力越好，為保障良好的方位分辨力，采用平板縫隙天線陣。
降水探測
雖然雨、冰雹和雪都屬于導電的水物質，氣象雷達可以探測雨滴或濕的冰雹，卻無法探測云、霧、干燥的冰雹、冰晶或雪。含水物質對于雷達發射的射頻脈沖能量有一部分被吸收、損耗和散射，其余都被有效的反射，只要在雷達監測的范圍內，且具有一定的直徑和密度的降雨區域均能產生有效的回波，從而被氣象雷達檢測出來。反射回的信號強弱與目標含水量有關，接收器接收到信號就可分析目標的性質和強弱，并在顯示器用不同的顏色表示。
湍流檢測
湍流是指在一定的空域中急速且多變的運動氣流，它會使進入其中的飛機產生顛簸甚至對飛機結構造成破壞。暴雨區域常伴有湍流，其危害不言而喻。對湍流的檢測是基于多普勒原理實現的，多普勒頻移與相對速度的偏差成正比f=2v/λ。接收機將所接收到的信號的多普勒頻譜寬度與規定的門限值作比較，如果大于規定值，就判斷目標是湍流并給出警告信息。需要特別注意的是干燥的湍流是無法被探測和顯示的。
風切變檢測
風切變是指在一個較小的區域內，風向和風速突然發生改變。風切變是導致6.24飛行事故的重要因素，特別是低空風切變對飛機起飛和著陸安全威脅巨大，不僅能使飛機航跡偏離，而且會破壞飛機的穩定性。切變檢測方法和湍流基本相同，雷達根據風切變區域產生的回波的多普勒頻移的頻譜特征來實現前視風切變檢測的。氣象雷達并不能保證檢測出所有的危險天氣區域，所以決不能把雷達的顯示圖像作為危險氣象和地形的依據，對于探測出的危險應選擇避讓而不是穿越那些區域。在選擇探測范圍時不應過小，那會使飛機進入盲區而無法感知危險，同時距離過近也會造成沒有安全距離來避開已臨近的惡劣氣象，從而發生危險。
核心技術
氣象雷達的核心技術是無線電。通過發射無線電波，探測大氣中的降水、云層和風暴。當無線電波遇到雨滴、雪花或冰雹時，會反射回來，雷達接收這些回波并分析其強度和時間，從而生成天氣圖像。無線電波的頻率和波長決定了雷達的探測能力。例如，S波段雷達適合探測強降水，而X波段雷達則更適合監測小范圍天氣現象。
種類劃分
氣象雷達總體上可分兩大類，一類是非相干雷達或常規氣象雷達，這類氣象雷達不具有多普勒性能；另一類是相干雷達或多普勒雷達，這類氣象雷達具有多普勒性能。若根據用途，可將氣象雷達分為測云雷達、測雨雷達、測風雷達、圓極化雷達、調頻連續波雷達、氣象多普勒雷達。根據波段范圍又可以分為W波段雷達、Ka波段雷達、X波段雷達、C波段雷達、S波段雷達、L波段雷達、P波段雷達等。
按照用途分類
測云雷達
測云雷達是用來探測未形成降水的云層高度、厚度以及云內物理特性的雷達。其常用的波長為1.25cm或0.86cm。工作原理和測雨雷達相同，主要用來探測云頂、云底的高度。如空中出現多層云時，還能測出各層的高度。由于云粒子比降水粒子小，測云雷達的工作波長較短。測云雷達只能探測云比較少的高層云和中層云。對于含水量較大的低層云，如積雨云、冰雹等，測云雷達的波束難以穿透，因而只能用測雨雷達探測。
測雨雷達
測雨雷達又稱天氣雷達，是利用雨滴、云狀滴、冰晶、雪花等對電磁波的散射作用，來探測大氣中的降水或云中大滴的濃度、分布、移動和演變，了解天氣系統的結構和特征。測雨雷達能探測臺風、局部地區強風暴、冰雹、暴雨和強對流云體等，并能監視天氣的變化。
測風雷達
測風雷達用來探測高空不同大氣層的水平風向、風速以及氣壓、溫度、濕度等氣象要素。測風雷達的探測方式一般都是利用跟蹤掛在氣球上的反射靶或應答器，不斷對氣球進行定位。根據氣球單位時間內的位移，就能定出不同大氣層水平風向和風速。在氣球上同時掛有探空儀，遙測高空的氣壓、溫度和濕度。
圓極化雷達
一般的氣象雷達發射的是水平極化波或垂直極化波，而圓極化雷達發射的是圓極化波。雷達發射圓極化波時，球形雨滴的回波將是向相反方向旋轉的圓極化波，而非球形大粒子（如冰雹）對圓極化波會引起退極化作用，利用非球形冰雹的退極化性質的回波特征，圓極化雷達可用來識別風暴中有無冰雹存在。
調頻連續波雷達
調頻連續波雷達是一種探測邊界層大氣的雷達。有極高的距離分辨率和靈敏度，主要用來測定邊界層晴空大氣的波動、風和湍流。
氣象多普勒雷達
氣象多普勒雷達是利用多普勒效應來測量云和降水粒子相對于雷達的徑向運動速度的雷達。
甚高頻和超高頻多普勒雷達
甚高頻和超高頻多普勒雷達利用對流層、平流層大氣折射率的不均勻結構和中層大氣自由電子的散射，探測1～100km高度晴空大氣中的水平風廓線、鉛直氣流廓線、大氣湍流參數、大氣穩定層結和大氣波動等的雷達。
按照波段范圍分類
W波段雷達和Ka波段雷達
W波段雷達和Ka波段雷達主要是用來探測云粒子氣象目標。W波段雷達波長7.5～11.11毫米，Ka波段雷達波長2.73～4.00毫米，由于云滴粒徑大小的分布為微米量級，因此這兩個波段的雷達更適宜觀測云滴粒子，也被稱為云雷達。
X、C和S波段雷達
應用較為廣泛的X、C和S波段雷達則被用來探測降水，因此也叫天氣雷達。
S波段多普勒天氣雷達波長7.5～15厘米，可以監測半徑460千米范圍內臺風、暴雨、颮線、冰雹、龍卷等大范圍強降水天氣；對雹云、龍卷等中小尺度強天氣現象的有效監測和識別距離可達230千米，可在距離雷達150千米處識別雹云中尺度為2～3千米的核區，或判別尺度為10千米左右的龍卷。
C波段雷達波長3.75～7.5厘米，能有效地監測和預報陣風鋒、下擊暴流、熱帶氣旋、風切變等系統，對臺風、暴雨等大范圍強降水天氣的監測距離大于400千米，可對150千米半徑范圍內的降雨進行較準確估測。由于降水的衰減作用，C波段雷達對探測強對流中的暴雨、冰雹等能力比S波段要差一些，但是它的設備成本更低。
X波段天氣雷達波長2.4～3.75厘米，種類最多，但它波長更短，受降水衰減作用大，對局地強降水等監測能力較差，探測距離也相對局限，一般在100千米以內。不過，X波段雷達算是天氣雷達的“老前輩”了，因為它體積小、成本低，在中國天氣雷達發展早期，對于提高云雨監測時效發揮了重要作用。
此外，由于X波段天氣雷達造價低，氣象部門常利用它進行強對流天氣系統的補充觀測。S、C波段的雷達探測距離雖然遠，但受地球曲率的影響，一些遠距離的天氣系統低層探測不到。然而，強對流天氣，如雷暴大風、龍卷通常發生于位置較低處，很多時候需要X波段天氣雷達用于補充觀測，并輔助用于人工影響天氣的作業指揮及效果評估。
應用
氣象雷達主要用于探測氣象狀況以及變化趨勢，截至2024年，它已廣泛應用于天氣預報，以及農業、水文、林業、交通、能源、海洋、航空、航天、國防、建筑、旅游、醫療等領域的專業氣象服務。
氣象雷達能提供了豐富的氣象信息，它可以對災害性天氣進行監測預警，能夠根據回波判斷是層云降水還是積云降水；能夠識別有無可能降雹、出現龍卷；能夠準確分析識別諸如一些天氣系統內的具體結構分布。另外還有定量估測大范圍降水以及監測實時風場信息，還有一點是能夠改善高分辨率數值天氣預報模式的初值場，通過對雷達反射率因子和徑向速度數據進行同化，可以大大提高高分辨率數值天氣預報模式的初值場精度，進而改善高分辨率數值天氣預報。
氣象雷達是人們為防范氣象風險，保障飛行安全而研制的航空電子產品。它利用電磁波經過天線輻射后遇到障礙物被反射回來的原理，目標的導電系數越高，反射面越大，則回波越強。它能夠在飛行中連續地向飛行員提供航路前方及其兩側的氣象狀況，此外還提供飛機前方地表特征的地圖型顯示，飛行員可據此選擇安全的航線，避繞危險的氣象區域或其它障礙物，識別地標以及判斷飛機的位置。
發展趨勢
向多頻段技術發展
隨著氣象科學與技術的不斷進步，世界各個國家的科學家都逐步認識到，要全方位揭示出大氣中各種氣象特征，發展多頻段氣象雷達是一個十分有效的技術途徑：氣象雷達早期僅限于天氣雷達技術，即主要用于測量降水的氣象雷達，稱為天氣雷達，也即測雨雷達，主要涉及X、C和S波段。隨著研究深入，發現不同微波、光波和聲波頻段對大氣中的降水粒子、湍流、溫度、濕度和風等不連續界面、以及水汽、氣溶膠和大氣成分等目標有著十分密切的對應相關關系：例如：激光頻譜對大氣的成分、氣溶膠具有敏感性；L波段對大氣邊界層的大氣折射指數（湍流）具有很好的敏感性；X、C和S頻段對降水粒子具有很好的敏感性。Ka頻段和W頻段對大氣中十分微小的云粒子十分敏感等。因此，氣象雷達正朝向構建探測全粒子譜特征的多頻譜技術發展，即：聲波—光波—L波段—X-C-S-Ka-W等多頻譜技術。
然而，雷達波長與目標物尺寸對應關系，實際上是通過兩種機制建立相關聯的，一是波長與目標物的尺寸（等效直徑）是否滿足瑞利散射或米散射建立對應關系；二是波長與雷達散射截面（RCS）建立對應關系。
根據雷達方程理論，在雷達方程中確定雷達接收到的回波功率的一個關鍵因子是雷達散射截面σ（RCS），而RCS是與雷達波長密切相關，根據瑞雷散射截面與波長的關系分析可看出，在同等對比條件下，對同樣大小粒子，其波長越短的散射截面越大，波長越長其散射截面越小；因此，由此說明越短的波長對小粒子更敏感。
向全天氣過程觀測技術發展
氣象雷達全天氣過程監測技術是衡量雷達能否實現對天氣過程全面、準確與完整的監測能力的體現。全天氣過程主要包括晴空大氣階段、云形成階段、降水階段和氣象災害階段四個階段構成。每個階段之間緊密相關。因此，要實現科學揭示出大氣真實物理過程，就必須對每個階段進行有效地科學探測。然而，要實現天氣過程四個不同階段有效監測，不僅在雷達硬件技術上要針對相對應天氣系統演變各個階段的特點的配套技術，而且更重的是要建立起針對不同階段特征的相應的掃描策略和有效的觀測模式。
晴空大氣演變過程不同的階段主要體現在天氣系統是晴空氣流階段，還是處于降水階段；是一般性降水還是對流性降水；是淺對流還是深對流。必須根據其不同的特征，再結合氣象雷達本身的技術體制和性能指標，開展掃描策略的波形設計。氣象雷達波形設計主要包括了連續監測波形設計和連續多普勒波形設計，并在此基礎上考慮如不計雷達參數量；脈沖寬度、脈沖重復頻率、發射脈沖與天線轉速的配置，發射脈沖采用交替發射、Batch發射等，不同仰角層發射配置。氣象雷達波形設計主要目的是：根據天氣系統不同結構特性，水平尺度與垂直尺度等因素，力求獲得從晴空大氣中信息，到降水和強對流天氣的深厚對流信息。總的目的就是：回波強度動態范圍大、探測距離廣、測速范圍高，且不模糊范圍大，并且使得氣象雷達探測距離與速度均垂直結構精細的信息。然而，作為氣象雷達的一個重要組成部分，觀測模式與掃描策略的設計過程必須清楚地意識到：在多普勒脈沖技術體制雷達下，最大不模糊距離與最大不模糊速度獲得，是一對矛盾體；快速采樣與獲得精度高，準確性高的質量數據是一對矛盾體；高空間分辨率的垂直精細化結構采樣與高時間分辨率是一對矛盾體；利用過采樣技術提高方位角空間分辨率與采樣精度和數據質量之間是一對矛盾體。如何有效解決好這些矛盾體，是氣象雷達朝向全天氣過程觀測發展的關鍵所在。因此，觀測模式和掃描策略設計必須以天氣的情況作為最重要因素加以考慮。
向多平臺技術發展
氣象雷達的發展，除了本身技術不斷發展外，還與其承載雷達的平臺緊密相關。地基固定式氣象雷達雖然具有探測精度高、準確性高的特點，但受地形地貌影響，受雷達自身天線尺寸大小的限制，難以實現對特定氣象目標的高分辨率、高準確性的有效探測，尤其是近海和遠海臺風等重要天氣系統的精準探測難以實現。此外，中國作為一個氣象大國，若要想向氣象強國邁進，就不能局限于本國范圍探測，因為“大氣運動”無國界，地球大氣是一個整體，同時圍繞“一帶一路”發展戰略，必須構建一個覆蓋全球的探測體系，因此發展多平臺技術實現全球化和“一帶一路”氣象雷達精細化觀測，就成為當今世界氣象雷達發展的一個重要趨勢。
向組網協同觀測技術發展
所謂協同就是指協調兩個或者兩個以上的不同資源或者個體，協同一致地完成某一目標的過程或能力。廣義的協同氣象綜合觀測技術即WMO提出的Network of Networks就是組成氣象綜合觀測系統的各個子系統（地面自動站AWS網、天氣雷達網、L波段探空網等子系統）通過有機的組合、科學合理布設。實現氣象預報與服務、氣候與氣候變化所需的觀測變量準確有效的測量，而狹義協同觀測技術（System of Systems），就是針對某一個具體的觀測子系統，通過科學合理的布局，充分利用時間與空間的同步技術，采用有效的觀測模式，以有限的規模實現觀測精度高、時間與空間分辨率高（尤其是在垂直方向的分辨率高）、觀測變量和諧均勻（Harmonious）的測量技術。
對于一個氣象雷達網，組網雷達可能是不同類型的氣象雷達進行組網，也可能是同類別的多部雷達進行組網，以實現對更大范圍的有效探測；但對于氣象雷達協同觀測而言，應當注重多種不同類型的雷達開展協同觀測，以實現多頻段的多類別的氣象雷達在同一時間對同一空間的目標進行有效綜合探測，從而實現對大氣的全方位的揭示，進而實現不同類型雷達的相互比較、相互驗證。氣象雷達協同觀測技術已經是氣象雷達技術發展的重要方向，協同觀測技術目前正以兩個方向發展，一是協同組網的綜合觀測技術，它是以觀測方法、質控方法等對多種不同雷達進行組網協同觀測；另一種是以多頻段的探測設備實現平臺的綜合協同觀測；無論哪種協同觀測技術，它們的終極目標都是實現時間與空間的同步觀測，最終達到相互比較、相互驗證，從而構建出多種物理量的融合產品，全方位揭示出大氣的特征。
向高精度、高時空分辨率精細化探測發展
氣象雷達技術一方面在科學研究與探索發現和防災減災越來越高的需求和越來越精準的需求驅動下，另一方面又受到電子技術、計算機技術和氣象科學的不斷進步與發展的驅動；氣象雷達技術總體發展正朝向更加深入的（宏觀與微觀）物理特性、高時空分辨和更加精準的定量化技術方向發展。隨著許多其他行業技術不斷應用于氣象探測領域，并通過氣象雷達得以實現。如：為了提高雷達時間與空間分辨率，以提高對大氣和各種天氣系統結構的認識，相控陣技術、脈沖壓縮技術等已經應用于氣象雷達中；又如：為了提高對大氣中的微物理特性認識，雙偏振技術已經在氣象雷達中也得到了廣泛應用。此外，還有雙頻雷達測技術、多基地雷達技術、相位編碼技術、連續波雷達技術、合成孔徑雷達技術等紛紛應用于氣象雷達中。隨著這些新技術的不斷應用，氣象雷達的探測能力、探測精度、采樣分辨率（時間與空間分辨率）以及水凝物識別能力均有了顯著提高。為中尺度氣象學理論發展、機理認知的突破奠定了堅實基礎。
向多功能綜合一體化技術發展
隨著氣象雷達網、軍事情報雷達網和民用導航雷達網的規模化，而且這種規模正不斷擴大，從而導致各個雷達網之間，以及各個網內部之間的頻率資源和干擾問題日益突出。使得各種雷達技術融合問題也放到了一個重要位置上；氣象雷達技術也正在朝向與其他雷達網融合發展的趨勢；使其朝向多功能、多元化方向發展。即：氣象雷達不僅能夠探測大氣特征，同時也能夠實現軍事目標的搜索警戒探測和民用航空器的飛行管控等多種功能發展模式。例如：美國早在2006年，就由NOAA組織制定了《氣象雷達發展戰略白皮書》，明確提出了要實現氣象目標、軍事目標和民航飛行器的三位一體化的新型雷達系統發展戰略；這一戰略的實施，使得新型雷達系統采用三位一體化的硬件結構模式和分離式的后端信號處理模式來實現。其結果使高頻率資源大幅度增加，頻率使用率也將得到極大提高，為氣象雷達進一步發展提供了豐富的頻率資源保障。
向“社會化”與“專業化”兩個層面發展
2019年世界氣象組織WMO在世界氣象大會期間，舉行了一場公私對話高級別圓桌會議。來自公共、私營以及學術部門的170多位代表圍繞預報、數據、服務供求等未來挑戰以及增進信任等展開了交流。此次對話規模大、級別高，天氣公司、維薩拉、AccuWeather等眾多歐美氣象企業派人參加，WMO秘書長、主席、副主席全部到場。
數據革命展望2030年，觀測數據將呈現爆發式增長，來自私營部門的非傳統數據將占更大比重。數據采集和使用將高度自動化，物聯網和人工智能將成為主要驅動力將。實時數據大爆發將使粒度精細化的服務成為可能，同時也帶來質量和融合的問題，數據變多當然好，數據好用更重要，為此要加強相關規范標準的制定，加強數據共享，完善有關機制。
參考資料 >
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氣象科普 | 氣象雷達.微信公眾平臺.2025-10-04
人民氣象事業創建80周年?印記丨“廬陽銀珠”開啟新一代天氣雷達建設.中國氣象局.2025-10-05
從“只聞其聲”到“隨行掌握”，一條氣象消息如何見證時代變遷？.百家號.2025-10-05
測風測云又測雨，氣象雷達有多能干?.人民網.2025-10-05
氣象雷達圖鑒 | 下次，別再喊我“大白球”啦！.澎湃新聞.2024-03-22
氣象雷達.南京信息工程大學.2025-10-05
鎮安:X波段天氣雷達建成并投入試運行.中國氣象局.2025-10-05
2·13世界無線電日 | 關注無線電在氣象服務中的應用.微信公眾號.2025-10-05
氣象雷達大家族.江蘇省氣象局.2025-10-05
【趣味科普】測風測云又測雨，氣象雷達有多能干？.微信公眾號.2025-10-05
中國氣象雷達技術發展及面臨的挑戰.中國氣象局圖書館.2025-10-05