• 氣象雷達的波長

氣象雷達設計之初是為了利用電波對降水粒子進行觀測，然而自然界中的電磁波有各種頻率與波長，紅外線、紫外線、微波、可見光、甚至是Wi-Fi、藍芽都是各種波長的電磁波，那麼究竟哪種波長對於「降水粒子」會有較明顯的反應呢？

• 散射

由於降水粒子相較於人類而言尺寸很小，且空間中會同時有很多顆水滴，因此雖然是要將回波「反射」回來，但物理上其實是想要讓回波「散射」回來，發生散射時，一部分訊號會被散射回雷達，稱作「背向散射」(Backscattering)，剩下的訊號則繼續前進，而雷達就是接收那些被背向散射的微弱訊號後進行處理的到雷達回波。

要發生背向散射則是需要讓散射時大多數的訊號向背向發射，由物理上電磁波對於粒子的散射主要有2種，「米氏散射」與「瑞立散射」；米氏散射會將大多數能量向前散射，因此若想讓多數能量返回，要盡可能使訊號發生「瑞立散射」；而物理上，當粒子大小d小於電波波長λ(Lambda)的1/10時較為容易發生瑞立散射。

瑞立散射、米氏散射示意圖

• 波段

由於大多數的雨滴通常是在1～3 mm之間的大小(d)，因此若是要接收到無線電波的背向散射訊號，所使用的電波波長(λ)即要大於1～3 cm，讓無線電波遇到雨滴時容易發生瑞立散射。因此，氣象雷達常見的電波波段為以下幾種：

我們實驗室所使用的雷達有2顆，一為位於科學二館頂樓的C波段雙偏極化雷達，另一為移動式氣象雷達車(TEAM-R，X波段)

氣象署目前所使用的雷達波段主要為S波段(五分山、花蓮、墾丁、七股)與C波段(五分山、林園、南屯、樹林)

中央氣象署所配置之雷達站位置與觀測範圍大致如下

(圖片來源：中央氣象署-雷達設置地點與有效範圍)

• 角解析度

之所以會使用不同的雷達波段進行氣象觀測，是因為對於無線電訊號，越長的波長則越不容易發生衰減的情況，因此S波段相較於C波段與X波段更不容易發生衰減，因此理論上可觀測最遠的距離排序分別為S波段>C波段>X波段，當然還需要依照雷達軟硬體上視需求而額外做調整。既然如此為何不乾脆全部使用可以看最遠而且波長遠大於粒子大小的S波段即可？主要是因為天線大小的關係。

而在物理上，天線越大，越能將無線電訊號進行集中，使無線電波波束在空間上的夾角減小，得到解析度更細緻的觀測數據。其角解析度Δθ與天線大小D和波長λ的關係簡單表示為Δθ=λ/D，因此若是想要保持一定的角解析度Δθ，則λ增加，D勢必也要增加，因此波長長度由大到小依序為S波段>C波段>X波段，其雷達天線尺寸由大到小也是S波段>C波段>X波段，也因為X波段所需要的天線尺寸較小，所以大多數可移動的雷達為採用X波段作為觀測波段。

也因為X波段雷達的天線本體可以採用較小尺寸，因此能更容易增加掃描時的旋轉速度，增加防災應用上的觀測即時性，但由於其物理限制容易衰減，因此若都採用波長短的雷達則會需要建設許多站點，且又因為台灣為多山的長型島嶼，為了避免地形阻擋，近年氣象署亦新增了一些C波段的防災降雨雷達，增加掃描速度與空間覆蓋率；由上述統整出在選定雷達規格時須考量到使用需求、預算、建置地點、科學目的等諸多因素，也因此台灣才使用如此多種波段的氣象雷達進行觀測。

角解析度示意圖，波束範圍在空間上為圓錐狀立體範圍