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多普勒效应是物理学中的重要现象，当波源和观察者之间存在相对运动时，观察者接收到的波频率会发生变化。多普勒频移公式为f'等于f乘以v加减vr除以v加减vs。最经典的例子是救护车经过时，驶近时音调变高，远离时音调变低。这个效应不仅适用于声波，也适用于电磁波，为雷达测风提供了理论基础。
雷达测风是基于多普勒效应的重要应用。雷达发射电磁波，当遇到大气中的散射粒子如雨滴或灰尘时，会产生反射。如果这些粒子随风运动，反射回来的电磁波频率就会发生偏移。雷达多普勒频移公式为：频率偏移等于2倍径向风速乘以余弦θ除以波长。通过测量这个频率偏移，就能计算出风速大小。
雷达多普勒测风存在重要局限性：只能直接测量沿雷达波束方向的风速分量，即径向风速。径向风速等于实际风速乘以风向角的余弦值。当风向与雷达波束平行时，径向风速达到最大值；当风向垂直于波束时，径向风速为零；当风向与波束相反时，径向风速为负的最大值。这种几何关系决定了单一雷达无法直接获得完整的风矢量信息。
为了获得完整的风矢量信息，需要使用多波束技术。VAD技术是其中的重要方法，雷达在不同方位角进行扫描，获得多个径向风速测量值。VAD算法的数学基础是：径向风速等于u乘以余弦φ加v乘以正弦φ，其中u和v分别是东西和南北风速分量。通过在多个方位角测量径向风速，然后进行正弦拟合，就能重构出完整的水平风矢量。
通过一个完整的计算实例来演示风速风向的解算过程。假设雷达工作频率为5.6千兆赫兹，在四个方位角分别测得径向风速：0度方位8米每秒，90度方位负6米每秒，180度方位负8米每秒，270度方位6米每秒。通过建立方程组求解，得到东西风速分量u等于8米每秒，南北风速分量v等于负6米每秒。计算风速大小为10米每秒，风向为西北风315度。这种方法在气象雷达中广泛应用，为天气预报和风场监测提供重要数据。