本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
我每周都会看几次，甚至每天都会看多普勒雷达图，以便了解出门时是否需要带伞。这些地图在电视天气预报或网站上很常见，以至于它们感觉不像令人印象深刻的技术：只是屏幕上缓慢移动的绿色斑点，分辨率比大多数动画gif还差。它们太平常了，我从未花时间考虑它们是如何工作的，或者它们除了降雨的可能性之外是否还能收集其他数据。
直到上周我父亲在我的 Facebook 墙上发布了这张新泽西州多普勒雷达的图片。箭头指示的蓝色圆圈不是雨，而是起飞的鸟群。来自费城/芒特霍利国家气象局
这不是降水，而是大量鸟类起飞开始一天的活动。鸟的数量如此之多，以至于雷达波束被部分反射回来，显示出下面的信号。我们每年在日出前后在多普勒雷达上看到这种情况几次。雷达环路实际上会显示圆形图案随着时间的推移而变大，然后在鸟类向上和向外飞行时消散。
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国家气象局气象学家迈克尔·戈尔斯通过电子邮件告诉我，这些鸟很可能是燕子和家燕，这是基于前一天在新泽西海岸的报告。“许多观鸟爱好者利用雷达图像来追踪迁徙模式，”他写道。“雷达图像对鸟类和人类的航空安全都有帮助。大多数机场航站楼都使用雷达数据来跟踪鸟类穿越飞行路径，以避免碰撞。”
多普勒雷达的工作原理是发出无线电波脉冲，然后在脉冲撞击路径中的物体时“监听”其返回信号。当脉冲撞击物体（鸟、昆虫、雨滴）时，能量会散射，一小部分返回雷达。计算机分析返回能量的强度、时间和方向，以计算物体的大小、距离和方向。美国 155 个 WSR-88D 多普勒雷达站每秒最多执行 1,300 次此操作，所有信息都可以在网上获得。
将此用于观鸟最困难的部分似乎是将正常的降雨信号与动物的信号分开。这可以通过了解鸟类的迁徙行为的基本知识来完成。新泽西州奥杜邦海角梅天文台主任、现已停办的雷达鸟类学博客 Woodcreeper 的作者大卫·A·拉普马在他的博客的常见问题解答中写道，候鸟倾向于在夜间飞行。它们在日落时起飞，靠近地面的多普勒雷达站，随着它们向上飞行，信号会显得越来越远。这在地图读数上产生了一个同心圆状图案，当动画显示时，看起来相当壮观，就像烟花一样。
有时，其他飞行动物（如昆虫）如果数量足够多，也会产生类似的图案。但是，正如拉普马在他的博客中解释的那样，您可以根据飞行行为来区分。鸟类往往比盛行的风飞得更快，而昆虫、花粉和其他遮蔽物体往往以相同的速度移动。“通过检查 950 毫巴（约 2500 英尺）的风，您可以确定风速，将其与物体在雷达上移动的速度进行比较，从而排除任何移动速度太慢而不能成为鸟类的物体，”他写道。
自第二次世界大战以来，区分雷达上已知模式的鸟类和其他动物一直是一个问题，当时雷达被用来追踪敌方战机。那时，它们偶尔会被误认为是战斗机，但更频繁的是被误认为是舰艇。“鸟类的地面速度经常与快速行驶的舰艇相似，并且在远距离，从雷达波束中完全飞行的鸟类的回波强度可以等于来自垂直极坐标图最低最大值的舰艇的回波强度，”鸟类学家 大卫·拉克和昆虫学家 G.C.瓦利在 1945 年给《自然》杂志的一封信中写道。“鸟类引起了几次 E 艇恐慌和至少一次入侵警报。”它们引起了足够的不必要的军事恐慌，以至于一些雷达操作员接受了专门的培训，以区分它们与战机。
拉克和瓦利报告说，他们能够通过两种方法确认雷达读数是鸟类。首先，海岸和防空实验机构的 J.A. 拉姆齐少校从一个气象气球上悬挂了一只鲱鸥（可能是一只死鸥，相当病态），然后观察雷达信号。他能够区分气球和鸟，这表明鸟足够大，可以被雷达捕捉到。其次，灰雁通过它们的叫声被识别出来，然后从一个雷达站跟踪到下一个雷达站。“这个记录构成了迄今为止任何飞行鸟类最长的定时追踪记录，”拉克和瓦利写道。
此后，雷达鸟类学被用于研究鸟类飞行的模式，以达到保护的目的，但很少有地面上的细心人士帮助确认鸟类物种和数量。1985 年，克莱姆森大学雷达鸟类学实验室主任、该技术的先驱西德尼·高特罗建造了一个移动雷达实验室，该实验室与双筒望远镜观察相结合，使他能够研究鸟类如何与电力线相互作用（PDF）。现在，他正在使用它来追踪德克萨斯州的候鸟群，以发现重要的保护区。
然而，雷达航空生态学不仅限于鸟类。它可以用来计算和追踪蝙蝠，以了解种群是在繁荣还是在下降。它也可以对昆虫执行相同的操作，例如当上周圣路易斯国家气象局捕捉到一大群迁徙的帝王蝶时。现在，雷达图像很容易在网上获得，敬业的观鸟者可以利用它们在春季和秋季追踪候鸟，以选择最佳的早晨醒来，用双筒望远镜观察。
对于我们其余的普通观察者来说，我们可以欣赏雷达上鸟类产生的精美图像。这张动画地图在晚上 8 点左右（0:13）绽放，当时鸟群在美国各地起飞进行夜间飞行。
我不知道你怎么想，但我再也不会以同样的方式看待天气雷达了。
动画地图由特拉华州威明顿国家气象局的迈克尔·库尔茨制作