海南的氣候環(huán)境對(duì)雷達(dá)性能的影響

【摘要】我國(guó)東南沿海主要屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨（雨熱同期），冬季溫和少雨，臺(tái)灣島南部、雷州半島、海南島、云南西雙版納屬于熱帶季風(fēng)氣候。本文依據(jù)多普勒天氣雷達(dá)資料，進(jìn)一步研究我國(guó)東南沿海氣候和環(huán)境對(duì)雷達(dá)性能造成的影響。

【關(guān)鍵詞】東南沿海；氣候；環(huán)境；雷達(dá)性能；影響

我國(guó)是一個(gè)典型的季風(fēng)氣候國(guó)家，東南沿海地區(qū)屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨（雨熱同期），冬季溫和少雨，一月均溫>0℃。臺(tái)灣島南部、雷州半島、海南島等均屬于熱帶季風(fēng)氣候。中國(guó)東南沿海季風(fēng)氣候，冬季是西北風(fēng)，夏季是東南風(fēng)。這給降水和溫度帶來了很大的影響。冬季風(fēng)由大陸吹向海洋，天氣寒冷干燥；夏季風(fēng)由海洋吹向陸地，天氣炎熱潮濕，這是炎熱帶季風(fēng)氣候的顯著特征。

一、東南沿海地區(qū)強(qiáng)對(duì)流暴雨的多普勒雷達(dá)識(shí)別

通過民航現(xiàn)有的資料對(duì)2011年10月30日發(fā)生的對(duì)流暴雨天氣進(jìn)行了分析總結(jié)，以期能夠更好地完成飛行保障工作。東南沿海地區(qū)強(qiáng)對(duì)流暴雨，對(duì)飛行安全影響極大，對(duì)多普勒雷達(dá)的性能也會(huì)造成很大的影響。暴雨中伴隨的閃電、雷鳴、冰雹、龍卷風(fēng)等災(zāi)害性天氣，對(duì)航行造成了嚴(yán)重的阻礙。在秋冬換季時(shí)，飛行員及預(yù)報(bào)員易轉(zhuǎn)向?qū)Ψe冰、凍降水、大霧等天氣現(xiàn)象的關(guān)注，而忽略雷暴天氣的發(fā)生及影響，易造成安全隱患。因此，在秋冬換季時(shí)對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)是保障飛行安全的重要手段。利用多普勒天氣雷達(dá)資料檢測(cè)和預(yù)報(bào)雷暴天氣在目前業(yè)務(wù)中的應(yīng)用越來越廣泛。

據(jù)地面觀測(cè)資料及雷達(dá)觀測(cè)和閃電定位儀資料，2011年10月29日23：45左右，海南發(fā)生對(duì)流暴雨，其后雷暴云團(tuán)迅速發(fā)展向東南方向移動(dòng)，于10日30時(shí)影響海南島及機(jī)場(chǎng)，03時(shí)左右移出機(jī)場(chǎng)，位于機(jī)場(chǎng)東南方25KM左右，此次暴雨云團(tuán)移速約48公里/小時(shí)；機(jī)場(chǎng)1：00開始響雷，實(shí)況陣風(fēng)達(dá)12M/S，雷達(dá)回波反射率因子圖強(qiáng)度達(dá)到45DBZ，據(jù)機(jī)場(chǎng)714CDP雷達(dá)探測(cè)3日00：38云頂高11000米左右，機(jī)場(chǎng)降水持續(xù)2.5時(shí)間。

海南探空?qǐng)D顯示700HPAT-TD為2，單站濕度大，T700-500=16；850HPA在海南島東部部有暖切，渝貴交界處有顯著流線，無高濕區(qū)相配合，850HPA與顯著流線配合表明低層有暖平流影響海南東部，（海南中南部850與500溫度差為26℃；）高空200HPA急流核（68M/S）出流的左前側(cè)正好影響海南中西部，因此東南沿海地區(qū)處于大尺度強(qiáng)迫抬升區(qū)域。

二、多普勒雷達(dá)資料物理量

LLX06SDN多普雷雷達(dá)提供的回波強(qiáng)度、徑向速度以及速度譜寬三中數(shù)據(jù)文件，包含著很大的信息量，從資料中可以看出回波的垂直結(jié)構(gòu)，對(duì)研究天氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有重要的意義。

運(yùn)用雷達(dá)資料，可以分析對(duì)流暴雨中的垂直液態(tài)含水量，其中立體掃描VOL這種計(jì)算方法最為直觀。在計(jì)算“雨強(qiáng)”時(shí)，就需要測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)落到一定面積上的雨水的質(zhì)量，測(cè)算關(guān)系式：Z=ARb（Z表示反射因子，R表示雨強(qiáng)值），雨強(qiáng)單位mm/h。在計(jì)算垂直液態(tài)含水量時(shí)，測(cè)算單位底面積的垂直柱體中的水的質(zhì)量。計(jì)算公式為：M=（Z/A）1/b（Z表示反射因子），垂直液態(tài)含水量的單位是Kg/m2。在計(jì)算魚強(qiáng)和垂直液態(tài)含水量使，我們選擇預(yù)定參數(shù)：A=380，b=1.75。強(qiáng)對(duì)流暴雨的雨強(qiáng)和垂直液態(tài)含水量統(tǒng)計(jì)如表1所示。

三、對(duì)流暴雨對(duì)多普勒雷達(dá)K指數(shù)測(cè)定的影響

應(yīng)用多普勒雷達(dá)資料預(yù)報(bào)對(duì)流暴雨天氣時(shí)，需要先確定預(yù)報(bào)因子，也即是從資料中選擇具有代表性或明顯特征的參數(shù)作為研究對(duì)象，一般較常使用的預(yù)報(bào)因子有回波強(qiáng)度、徑向速度和譜寬，本文選擇回波強(qiáng)度和徑向速度作為預(yù)報(bào)因子，同時(shí)對(duì)對(duì)流暴雨天氣開始前風(fēng)向進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。K指數(shù)能表征大氣穩(wěn)定度和中低層水汽含量和飽和程度，K指數(shù)越大，表示大氣越不穩(wěn)定，此時(shí)，就容易產(chǎn)生強(qiáng)對(duì)流天氣。

經(jīng)雷達(dá)識(shí)別與測(cè)算，時(shí)間為23：45左右，海南上空0-0.9km大氣層內(nèi)主要以東北風(fēng)為主，在0.9km處有最大風(fēng)速13.4m/s，從1.2-1.5km大氣層內(nèi)為東北偏西風(fēng)，0.6-1.5km大氣云層內(nèi)風(fēng)速隨高度的增加而減小，1.8km以上風(fēng)向逐漸從東北偏西風(fēng)轉(zhuǎn)為南風(fēng)，1.8-2.4km風(fēng)向基本維持在南風(fēng)，2.4km以上風(fēng)向逐漸轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，風(fēng)速基本維持不變。1.5-1.8km大氣層中上下風(fēng)向相反，在此處為風(fēng)向切邊層。

多普勒雷達(dá)的組合反射率因子中，回波強(qiáng)度為雷達(dá)預(yù)警方法中最主要的參數(shù)，國(guó)外有研究者認(rèn)為40dBz回波頂高可作為預(yù)測(cè)單體中是否發(fā)生閃電的特征回波強(qiáng)度，國(guó)內(nèi)有研究者通過對(duì)北京20個(gè)單體的三種雷達(dá)回波強(qiáng)度頂高在單體發(fā)展過程及當(dāng)日探空資料中三個(gè)溫度層結(jié)高度的綜合對(duì)比分析證實(shí)了40dBz回波強(qiáng)度這種較適合雷電預(yù)警的回波強(qiáng)度。

四、利用垂直液態(tài)含水量識(shí)別對(duì)流暴雨

在統(tǒng)計(jì)垂直液態(tài)含水量的資料中，我們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)強(qiáng)對(duì)流天氣的垂直液態(tài)含水量基本上都在45Kg/m2左右，此種大塊區(qū)域?qū)儆诟咧祬^(qū)，雷達(dá)圖像上會(huì)顯示紅色。10Kg/m2以下屬于低值區(qū)，低值區(qū)在雷達(dá)圖像上用藍(lán)色表示，高值區(qū)域低值區(qū)的界限是十分明顯的，且變化的梯度很大。在一些過渡區(qū)，雷達(dá)圖像會(huì)顯示淡綠色，但中間基本上很少有過渡。強(qiáng)對(duì)流和暴雨天氣的垂直液態(tài)含水量統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

經(jīng)過強(qiáng)對(duì)流和暴雨天氣的垂直液態(tài)含水量統(tǒng)計(jì)分析，我們得出，當(dāng)垂直液態(tài)含水量大于45Kg/m2會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，

五、對(duì)流暴雨對(duì)雷達(dá)測(cè)速的影響

多普勒天氣雷達(dá)徑向速度圖像特征的變化，可揭示風(fēng)場(chǎng)輻合、輻散、切變等影響天氣系統(tǒng)的信息，以往有研究表明通過對(duì)多普勒天氣雷達(dá)徑向速度圖像特征的分析對(duì)降水的發(fā)展和落區(qū)有很好的指示作用。30日01：12時(shí)江北區(qū)徑向速度為負(fù)速度，此時(shí)整個(gè)對(duì)流系統(tǒng)中負(fù)速度大于正速度，30日01：45分時(shí)，江北區(qū)徑向速度演變?yōu)檎俣?，此時(shí)整個(gè)對(duì)流系統(tǒng)中正速度大于負(fù)速度，即是出流速度大于入流速度30日01：29的徑向速度表示在海南東區(qū)上空存在逆風(fēng)區(qū)現(xiàn)象，表明對(duì)流發(fā)展旺盛。

通過資料分析，可知水汽供應(yīng)充足、大氣垂直運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈及氣層中存在的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)為海南地區(qū)的本次對(duì)流暴雨天氣的必要條件，30日自北方南下的冷空氣觸動(dòng)該地的不穩(wěn)定能量，誘發(fā)了本次暴雨。在對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展階段，以負(fù)閃現(xiàn)象為主，負(fù)閃頻率增快較快時(shí)正閃頻率也有遞增趨勢(shì)，在此期間有雙峰結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。雷達(dá)回波強(qiáng)度因子的變化能較好地反映出雷暴演變過程的整體趨勢(shì)，負(fù)閃集中在回波強(qiáng)度在45dBz以上的強(qiáng)回波中心區(qū)域，回波強(qiáng)度梯度較大的地區(qū)主要為正閃。對(duì)流和負(fù)閃會(huì)影響到雷達(dá)的測(cè)速，出現(xiàn)一定的干擾，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。加強(qiáng)預(yù)警工作，防止對(duì)流暴雨對(duì)雷達(dá)測(cè)速的干擾。

東南沿海地區(qū)強(qiáng)對(duì)流暴雨，對(duì)飛行安全影響極大。暴雨中伴隨的閃電、雷鳴、冰雹、龍卷風(fēng)等災(zāi)害性天氣，對(duì)航行造成了嚴(yán)重的阻礙。在秋冬換季時(shí)對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)是保障飛行安全的重要手段。重點(diǎn)以海南的對(duì)流暴雨天氣，來分析我國(guó)東南沿海地區(qū)的亞熱帶季風(fēng)氣候?qū)Χ嗥绽绽走_(dá)的性能造成的影響。運(yùn)用多普勒雷達(dá)資料物理量，來測(cè)算對(duì)流暴雨中的垂直液態(tài)含水量和雨強(qiáng)，進(jìn)而對(duì)天氣的變化狀況進(jìn)行進(jìn)一步的分析。在對(duì)流暴雨天氣中，出現(xiàn)的負(fù)閃，多普勒天氣雷達(dá)徑向速度圖像特征來觀察，雷達(dá)回波強(qiáng)度因子的變化能較好地反映出雷暴演變過程的整體趨勢(shì)。利用多普勒天氣雷達(dá)資料檢測(cè)和預(yù)報(bào)雷暴天氣在目前業(yè)務(wù)中的應(yīng)用越來越廣泛，多普勒雷達(dá)的組合反射率因子中，回波強(qiáng)度為雷達(dá)預(yù)警方法中最主要的參數(shù)，加強(qiáng)檢測(cè)和預(yù)警工作，避免暴雨天氣對(duì)雷達(dá)的正常功能造成影響。

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