新一代天氣雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品的可用性研究

顏濤 黃祖輝 劉玲 嚴(yán)雪嬌

摘 要：本文通過南昌單部多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品利用速度方位顯示來計(jì)算得出各層高度中的風(fēng)向風(fēng)速的工作原理，利用VAD原理計(jì)算得出在非均勻流場(chǎng)中的風(fēng)向、風(fēng)速、輻散和形變信息，并與氣球攜帶電子探空儀綜合探測(cè)得到的各層高度中的風(fēng)向風(fēng)速的資料進(jìn)行對(duì)比，來研究多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品的可用性，綜合研究表明多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線（VWP）產(chǎn)品對(duì)天氣預(yù)報(bào)、強(qiáng)天氣識(shí)別、水文、航天等領(lǐng)域提供了重要的參考風(fēng)資料。

關(guān)鍵詞：風(fēng)廓線；VAD；風(fēng)場(chǎng)反演；綜合探測(cè)風(fēng)

新一代天氣雷達(dá)是監(jiān)測(cè)與預(yù)警災(zāi)害性天氣的重要手段，多普勒雷達(dá)風(fēng)場(chǎng)反演技術(shù)能提供回波區(qū)域風(fēng)場(chǎng)信息，是研究災(zāi)害性天氣和超短期預(yù)報(bào)有效的工具之一， 也對(duì)研究大氣邊界層起了重要作用。

新一代天氣雷達(dá)﹙CINRAD/SA﹚風(fēng)廓線產(chǎn)品即速度方位顯示風(fēng)廓線（表示號(hào)#48，標(biāo)識(shí)符VWP），是利用VAD技術(shù)測(cè)量風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的原理，根據(jù)不同時(shí)刻的不同仰角同一距離或者不同時(shí)刻的同一仰角不同距離上的多普勒速度V（θ）分布資料，應(yīng)用VAD技術(shù)就可以得到幾個(gè)規(guī)定高度的平均風(fēng)向風(fēng)速，并說明了運(yùn)用VAD技術(shù)測(cè)量風(fēng)場(chǎng)的可用性和局限性。風(fēng)廓線產(chǎn)品是速度方位顯示（VAD）在各層導(dǎo)出水平平均風(fēng)的垂直廓線。風(fēng)被描繪于坐標(biāo)格點(diǎn)上。X軸為時(shí)間，Z軸是高度，以km為單位，只顯示最近11個(gè)體掃的數(shù)據(jù)，每個(gè)體掃可以顯示30個(gè)高度層的風(fēng)資料。這些用于顯示的平均高度在UCP上選擇，兩層間的最小間隔必須大于0.3Km（約1000英尺），而最低層選擇必須高于臺(tái)站雷達(dá)拔海高度.高度可以選擇到21Km，但高于14Km 的風(fēng)場(chǎng)質(zhì)量不是很高，它被推薦在雷達(dá)產(chǎn)品請(qǐng)求列表中。風(fēng)場(chǎng)使用風(fēng)羽圖繪制，風(fēng)向桿的長(zhǎng)度總是相同。

南昌新一代天氣雷達(dá)﹙CINRAD/SA﹚風(fēng)廓線產(chǎn)品的選擇的拔海高度分別為：0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1、2.4、2.7、3.0、3.4、3.7、4.0、4.3、4.6、4.9、5.2、5.5、5.8、6.1、6.7、7.3、7.6、7.9、8.5、9.1、10.7、12.2、13.7、15.2（單位為Km）。其中VCP21為降水模式，6分鐘完成一體掃工作；VCP31為晴空模式，10分鐘完成一體掃。研究表明多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品在雨天的可用性比較好，為風(fēng)的觀測(cè)又提供了一個(gè)重要參照值。

一、VAD技術(shù)測(cè)量水平風(fēng)場(chǎng)原理

單部多普勒雷達(dá)通過VAD技術(shù)能探測(cè)降水區(qū)域風(fēng)場(chǎng)的特征，VAD技術(shù)即速度-方位顯示方法，讓雷達(dá)天線以某一固定的仰角作為方位掃描，并把探測(cè)到的降水粒子在某一距離和方位上的徑向速度記錄并顯示出來，如圖所示。降水粒子的運(yùn)動(dòng)速度可分為垂直下落分量和水平量（恒為正值）。如果以正北方x軸的正向，正東方為y軸的正向，z軸向下為正，并令β0為水平風(fēng)向與正x軸的夾角，β為方位角，a為天線仰角，則由圖1可見，雷達(dá)探測(cè)的降水粒子的徑向速度為：

按照公式（1）和實(shí)際流場(chǎng)的均勻與否，可以探測(cè)風(fēng)向、風(fēng)速、輻散輻合，形變等物理量。

若流場(chǎng)均勻，則由（1）式可知，當(dāng)仰角a 不變時(shí)，雷達(dá)測(cè)得的某一固定距離上的徑向速度υR（β）將按余弦方式變化，而且疊加一個(gè)常數(shù)值（見圖2）。當(dāng)雷達(dá)天線指向水平風(fēng)速的方向時(shí)，因，故有

即徑向速度取極大值，當(dāng)天線指向下風(fēng)方向時(shí)，β=β0，徑向速度取極小值。

比較上面兩式，可以解出被探測(cè)高度上的水平風(fēng)速，即

而水平風(fēng)的來向，就是雷達(dá)徑向速度極小值時(shí)天線指向的方位角。

粒子的平均下落速度也可由（2）和（3）兩式解出，為

此即為垂直方向的平均多普勒速度，再采用的前面介紹的方法就可以進(jìn)一步導(dǎo)出大氣垂直速度和雨滴譜分布。

二、測(cè)量非均勻流場(chǎng)的風(fēng)向，風(fēng)速、輻散和形變

當(dāng)水平風(fēng)場(chǎng)不均勻時(shí)，則VAD曲線將不是余弦曲線形式，實(shí)際上在前面的方法中并未應(yīng)用曲線的全部信息，只用了曲線的極值和零點(diǎn)。而VAD曲線的非簡(jiǎn)諧振蕩形式提供了水平風(fēng)場(chǎng)更多的信息。對(duì)VAD曲線作諧波分析，應(yīng)用傅氏級(jí)數(shù)的零次，一次和二次諧波展開，可以得到水平輻合、水平風(fēng)向和風(fēng)速以及水平風(fēng)場(chǎng)的形變等信息。

三、速度方位顯示（VAD）

速度方位顯示產(chǎn)品在業(yè)務(wù)上雖然不是很常用，但它有兩方面重要的作用：用于速度方位風(fēng)廓線（VWP）產(chǎn)品和環(huán)境風(fēng)表中，所以明白速度方位顯示產(chǎn)品是很重要的 。

1.算法

速度方位顯示（VAD）產(chǎn)品是用于離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)資料，計(jì)算各給定高度層上的風(fēng)速大小和方向。具體算法如下：

（1）使用同一斜距和單一仰角的資料計(jì)算VAD風(fēng)場(chǎng)。對(duì)于VAD風(fēng)廊線要求的每一個(gè)高度層，VAD算法選擇最靠近VAD區(qū)域（30千米，適配參數(shù)）相交的仰角。實(shí)際的斜距會(huì)隨要計(jì)算的VAD風(fēng)的高度而變化。

（2）將每一個(gè)方位角上，250米分辨率的基速度資料點(diǎn)繪在一張圖上。

此圖上x軸為方位角（0°/360°為北方，180°為南方）Z軸表示速度（正的頂部為向外速度，負(fù)的底部向內(nèi)速度）。

（3）如果此圖上點(diǎn)繪了25點(diǎn)以上的資料，算法計(jì)算擬合相應(yīng)資料的正弦曲線（使用最小二乘法），再?gòu)恼仪€中計(jì)算出VAD風(fēng)。正弦曲線的振幅用于估計(jì)風(fēng)速，正弦曲線向內(nèi)部分（接近圖形的底部）估計(jì)風(fēng)向。

（4）對(duì)稱性和均方根誤差兩附加值的計(jì)算：對(duì)稱性是VAD坐標(biāo)系統(tǒng)中速度零線與正弦波中線二者的差。如果對(duì)稱性為負(fù)（中性低于零線）向內(nèi)的風(fēng)大于向外的風(fēng)，表明雷達(dá)附近為輻合氣流。如果對(duì)稱性為正，向外的風(fēng)大于向內(nèi)的風(fēng)，雷達(dá)附近為輻散氣流。均方根誤差；由點(diǎn)繪的探測(cè)曲線資料計(jì)算得到。RMS可以作估計(jì)風(fēng)的可信度參數(shù)。

如果對(duì)稱性超過13.65kft（4.41528km） ，或均方根誤差超過9.7kft（2.95656km）（適配參數(shù)），操作員或以用點(diǎn)繪的正弦曲線確定風(fēng)揚(yáng)，但此風(fēng)揚(yáng)不能作為VAD風(fēng)廊線（VWP）產(chǎn)品輸出。

2.風(fēng)廓線產(chǎn)品簡(jiǎn)介

風(fēng)廓線 VWP產(chǎn)品（#48產(chǎn)品）數(shù)據(jù)層展示速度方位顯示VAD風(fēng)場(chǎng)的均方根誤差，KTS（或m/s）為單位。第一數(shù)據(jù)層均方根誤差小于4 KTS（約1.6m/s），第二數(shù)據(jù)層均方根誤差4～7 KTS（約2.8m/s），第三數(shù)據(jù)層均方根誤差8（約13.2m/s）～11 KTS（約23.2m/s），由于均方根誤差超過9.7 KTS（約4m/s）時(shí)，VWP產(chǎn)品層上將顯示“ND”（無資料），所以對(duì)于更高的數(shù)據(jù)層， VWP產(chǎn)品不會(huì)再顯示。

有三種情況：風(fēng)廓線 VWP產(chǎn)品層上將顯示“ND”；少于25個(gè)資料點(diǎn)；均方根誤差超過9.7 KTS（約4m/s）；對(duì)稱性13.6KTS（約5.5m/s）；以上數(shù)據(jù)由適配參數(shù)控制。

3.速度方位顯示風(fēng)廓線（VWP） 產(chǎn)品的局限性

（1）所需的測(cè)量值在編碼所需的VAP高度上，至少需要25點(diǎn)的數(shù)據(jù)資料；

（2）如果均方根誤差或?qū)ΨQ性超過門限值，不再對(duì)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行編碼。并將顯示無資料“ND”；

（3）通常只顯示RDA40Km范圍內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)；

四、多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線與探空綜合測(cè)風(fēng)

1.多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品

單部多普勒天氣雷達(dá)測(cè)量風(fēng)場(chǎng)的一種方法，稱為VAD（Veloccity-Aximuth-Dispitay）技術(shù)。VAD方法對(duì)雷達(dá)的探測(cè)方式要求比較簡(jiǎn)單，天線以某固定仰角作方位掃描（即作圓錐掃描），可探測(cè)到某固定距離內(nèi)不同方位上多普勒速度，多普勒速度不但和所在高度上的水平速度和垂直速度有關(guān)，還和雷達(dá)的方位角和仰角有關(guān)。在風(fēng)場(chǎng)一致性和各向同性的假設(shè)條件下，對(duì)某一距離上不同方位角測(cè)得的徑向速度數(shù)據(jù)作譜寬分析，應(yīng)用傅里葉級(jí)數(shù)的零次、一次和二次諧波分析展開，可以得到在水平風(fēng)場(chǎng)符合線性分布條件下的平均風(fēng)向風(fēng)速。

在上述VAD產(chǎn)品基礎(chǔ)上，應(yīng)用體積掃描資料，根據(jù)式（其中R是斜距，α是雷達(dá)體掃仰角，r是水平區(qū)域半徑），可得到半徑為30Km的水平區(qū)域在不同高度上的風(fēng)向風(fēng)速，從而得到平均風(fēng)向風(fēng)速隨高度變化的垂直廓線。用用相繼時(shí)間的體掃資料，即可獲得平均風(fēng)向和風(fēng)速隨高度和時(shí)間變化的剖面圖形。VAD風(fēng)廓線產(chǎn)品是用不同時(shí)刻VAD算法導(dǎo)出的各個(gè)高度上水平風(fēng)用風(fēng)標(biāo)表示在同一幅圖上而成，橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示高度，以km為單位，最大可包含30個(gè)高度。圖形與一般天氣圖的風(fēng)向風(fēng)速表示方法相同，同時(shí)也可配上不同色調(diào)表示均方根值或回波強(qiáng)度值。

2.探空綜合測(cè)風(fēng)

探空測(cè)風(fēng)雷達(dá)通過跟蹤自由上升氣球攜帶的探空儀在空間的移動(dòng)軌跡，對(duì)其進(jìn)行定位，從而測(cè)得每分鐘探空儀相對(duì)雷達(dá)的仰角、方位角和斜距；利用兩個(gè)計(jì)算分鐘點(diǎn)的角度和距離數(shù)據(jù)，可計(jì)算出這兩個(gè)計(jì)算分鐘點(diǎn)的中間時(shí)刻的量得風(fēng)（水平平均風(fēng)向和風(fēng)速）規(guī)定高度層矢量風(fēng)的算法是，從探空氣壓、溫度、濕度記錄的時(shí)間-高度曲線上查算每個(gè)高度所對(duì)應(yīng)的探測(cè)時(shí)間，將與其相鄰的上、下兩量得風(fēng)層中內(nèi)插，計(jì)算后得到該高度的水平平均風(fēng)向和風(fēng)速。

3.多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線與探空綜合測(cè)風(fēng)資料的對(duì)比

在比較兩種不同測(cè)風(fēng)方法的探測(cè)結(jié)果時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮它們的測(cè)量原理，計(jì)算方法、數(shù)據(jù)的時(shí)間和空間代表性，以及天氣狀況等諸多因素，使對(duì)比條件和環(huán)境盡可能接近?；谝陨蠋讉€(gè)方面的考慮，文中選擇符合條件的一些測(cè)風(fēng)資料進(jìn)行對(duì)比。

（1）資料取樣、處理和對(duì)比。2003年6月13～14日受高空低槽東移和中低層切變影響，江西多個(gè)臺(tái)站出現(xiàn)大到暴雨，南昌13日07時(shí)～14日07時(shí)累積降水量70.7mm；其中13日13～14時(shí)降水量6.1mm，且一直維持云量10/10的層積云。將南昌探空站13日14時(shí)次L波段探空雷達(dá)加密觀測(cè)得到的風(fēng)資料和同一時(shí)段的南昌多普勒雷達(dá)（VCP21模式）風(fēng)廓線產(chǎn)品進(jìn)行比較，兩部雷達(dá)相距100m左右，高度采用多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品（VWP）上的規(guī)定高度，多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品的取值時(shí)間用探空觀測(cè)同一規(guī)定高度的時(shí)間為準(zhǔn)，不同步時(shí)用靠近法代替。具體對(duì)比情況如表2（高度、風(fēng)向、風(fēng)速的單位分別為米、度、米/秒，差值為多普勒雷達(dá)觀測(cè)值減探空觀測(cè)值）。

（2）多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線（VCP21）與探空綜合測(cè)風(fēng)資料的對(duì)比。從表2可以看出由于受明顯天氣過程影響，雷達(dá)周圍有大面積穩(wěn)定性降水回波，南昌多普勒雷達(dá)（VCP21模式）風(fēng)廓線產(chǎn)品數(shù)據(jù)的層均方根誤差較小。統(tǒng)計(jì)從300m到9100m高度26組樣本后發(fā)現(xiàn)，除第一層外，每層風(fēng)向差值不大于10°、風(fēng)速差值不大于3m/s，云層比較密，回波較強(qiáng)的4000～6700m高度層的對(duì)比資料幾乎重合。其中，多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品風(fēng)向平均值228.85°，風(fēng)速平均值12.46m/s；探空風(fēng)向平均值228.19°，風(fēng)速平均值12.69m/s；風(fēng)向平均差0.66°，風(fēng)速平均值差-0.23m/s。以上的對(duì)比結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)兩者基本吻合。

（3）多普勒雷達(dá)（VCP21模式）風(fēng)廓線在晴天的可用性研究。2014年12月1日08時(shí)，晴天，南昌多普勒雷達(dá)VCP21模式工作，多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品與同一時(shí)段的探空資料對(duì)比結(jié)果，從表3中可以看出幾乎沒有可比性，即南昌多普勒雷達(dá)（VCP21模式）風(fēng)廓線在晴天幾乎沒有可用性。

（4）多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線晴空模式（VCP31）與探空綜合測(cè)風(fēng)資料的對(duì)比。2013年11月11日08時(shí)，雨天狀況進(jìn)行對(duì)比，多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線晴空模式（VCP31）工作。多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品與同一時(shí)段的探空資料對(duì)比，從表4可以看出：從300m到9100m風(fēng)速差值都不是很大，多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線大部分偏小，其中5個(gè)高度層偏小5m/s，最后10700m偏小13m/s，幾乎沒有用，風(fēng)向在風(fēng)速10m/s時(shí)以上時(shí)只有6700m偏小14°，其它的都在10°以內(nèi)；風(fēng)速小時(shí)有時(shí)偏差比較大，其中2100m的偏差最大達(dá)85°，1500m、2400m、2700m、3000m、3700m都偏差比較大。但近地面層可比性比較好，總體可用性比較好。

2013年11月17日08時(shí)，天氣晴朗，多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線晴空模式（VCP31）工作。多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品與同一時(shí)段的探空資料對(duì)比，從表5可以看出：晴空模式（VCP31）多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品在晴天也沒有很大可比性，即風(fēng)廓線產(chǎn)品沒有多大利用價(jià)值。

4.誤差原因分析

多普勒雷達(dá)和探空兩種測(cè)風(fēng)方法的探測(cè)資料是在特定的天氣條件下得到的，在某些高度層，兩者還存在著一定偏差。主要原因?yàn)椋?/p>

（1）多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品受殘余地物回波影響，近地層風(fēng)的可信度比較差，如表1中300m高度處和探空測(cè)風(fēng)結(jié)果的差值最大。降水粒子稀少或一些外來信號(hào)（如大批飛鳥）干擾，也會(huì)導(dǎo)致風(fēng)廓線產(chǎn)品某些高度上的風(fēng)資料失真。

（2）兩種觀測(cè)的高度算法不一樣。多普勒雷達(dá)是用斜距乘以sinθ（θ為雷達(dá)仰角），加上地球的曲率、大氣折射等訂正后得到；探空則采用壓高公式計(jì)算各相鄰兩氣壓層間的厚度，并從下而上累加而得出高度；另外，兩種觀測(cè)的采樣時(shí)間用的是靠近法，不可能完全同步。

（3）風(fēng)的表示方法不同，多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線和天氣圖一樣采用風(fēng)羽法表示，風(fēng)向只有16個(gè)方位，風(fēng)速分辨率為2m/s，本身就存在不小的誤差。而探空測(cè)風(fēng)采用360個(gè)方位角表示風(fēng)向，風(fēng)速精確到1m/s，因此兩種探測(cè)方法得到的結(jié)果必然會(huì)有誤差。

（4）多普勒雷達(dá)是在以半徑為30Km的水平區(qū)域中各規(guī)定高度層上采用25個(gè)以上資料點(diǎn)反演出平均水平風(fēng)向風(fēng)速；探空則以一個(gè)點(diǎn)（探空儀）的運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算出的風(fēng)資料代表某一高度平均風(fēng)向風(fēng)速，探空儀相對(duì)探空雷達(dá)的漂移可能超過100Km，這樣也會(huì)造成多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線和探空綜合測(cè)風(fēng)結(jié)果的結(jié)果存在誤差。

（5）當(dāng)風(fēng)場(chǎng)一致性和各向同性條件差時(shí)，如：中小尺度系統(tǒng)擾動(dòng)及高空槽、脊過境，會(huì)導(dǎo)致多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線風(fēng)場(chǎng)的起伏及數(shù)據(jù)失真等，造成風(fēng)廓線產(chǎn)品的數(shù)據(jù)誤差較大。多普勒雷達(dá)測(cè)得某一高度層風(fēng)場(chǎng)一致性好，回波資料的點(diǎn)數(shù)越多，該層風(fēng)資料越真實(shí)；反之，經(jīng)VAD技術(shù)計(jì)算后，其均方根誤差大于闕值（5m/s）或?qū)ΨQ度大于闕值（25Km），或者少于25個(gè)資料點(diǎn)，幾乎完全得不到垂直風(fēng)廓線，風(fēng)資料將不再顯示（用“ND”代替），如表1中9100m以上風(fēng)廓線資料，這樣測(cè)風(fēng)就結(jié)果帶來誤差。

五、多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線與探空綜合測(cè)風(fēng)對(duì)比結(jié)論

綜上所述，多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線與綜合探測(cè)風(fēng)的對(duì)比可以得出以下結(jié)論：

1.產(chǎn)品的測(cè)量機(jī)理不同，探測(cè)的空中目標(biāo)也存在一定的差異，但在風(fēng)場(chǎng)一致性和各向同性條件滿足時(shí)，比較兩者在同一地點(diǎn)和相近時(shí)間的水平平均風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量，發(fā)現(xiàn)兩種產(chǎn)品具有很好的一致性。

2.探空測(cè)風(fēng)是在整個(gè)飛行路徑上采樣，探測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，且不同時(shí)間對(duì)應(yīng)不同高度的平均風(fēng)，時(shí)間分辨率低；但測(cè)量結(jié)果很少受天氣特性的影響，因此，其最大探測(cè)高度有保證。而多普勒雷達(dá)測(cè)風(fēng)受回波特性的影響明顯，在風(fēng)場(chǎng)不符合“各向同性”條件時(shí)，會(huì)有的很大誤差，在氣象目標(biāo)不滿足條件時(shí)，探測(cè)高度有激烈起伏；但多普勒雷達(dá)測(cè)風(fēng)是在不連續(xù)點(diǎn)上的同時(shí)采樣，同一時(shí)間可得到不同高度風(fēng)廓線，所以時(shí)間分辨率高。

3.多普勒雷達(dá)是直接測(cè)量方法，與探空測(cè)風(fēng)方法相比，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)，時(shí)空分辨率高，長(zhǎng)期使用費(fèi)用低廉，可連續(xù)提供風(fēng)場(chǎng)分布等優(yōu)點(diǎn)。多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品具有較高的應(yīng)用價(jià)值，比如：產(chǎn)品作為多個(gè)連續(xù)體掃描的水平風(fēng)垂直廓線顯示，有助于預(yù)報(bào)員了解對(duì)流天氣的風(fēng)場(chǎng)隨時(shí)間的變化：航空氣象人員常用它來識(shí)別平均風(fēng)的高度切變，特別是低空風(fēng)切變：通過了解水平風(fēng)場(chǎng)隨時(shí)間的變化，可監(jiān)控冷空氣、鋒面等的移動(dòng)情況，以指導(dǎo)常規(guī)天氣預(yù)報(bào)。另外，有時(shí)候利用該產(chǎn)品還能估計(jì)出云頂，云底的高度及降水回波的移向、移速。

4.多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品彌補(bǔ)了探空資料站點(diǎn)稀、時(shí)次少的不足，能及時(shí)了解測(cè)站上空環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的垂直分布，有利于提高短時(shí)預(yù)報(bào)員服務(wù)質(zhì)量。

六、多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品的可用性分析

多普勒天氣雷達(dá)能提供反射率、徑向速度、速度譜寬等數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步反演得到風(fēng)場(chǎng)、降水等的空間分布情況，由于體掃間隔的時(shí)間短，且為連續(xù)運(yùn)行，因此，能獲取探測(cè)區(qū)域內(nèi)風(fēng)隨時(shí)間和空間的變化；相對(duì)傳統(tǒng)的探空測(cè)風(fēng)而言，多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品有一定的優(yōu)勢(shì)。

多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線與探空綜合測(cè)風(fēng)都能獲取風(fēng)場(chǎng)隨高度的變化分布，這是兩者的相似之處；但也存在著差異，受體掃空間的限制，多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品只反映特定區(qū)域內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)分布；探空測(cè)風(fēng)受氣球施放時(shí)間的限制和氣球隨風(fēng)漂移等因素的影響，得到的單站垂直高度風(fēng)場(chǎng)分布有一定的誤差。兩者結(jié)合使用，可能在很大程度上減小或消除測(cè)風(fēng)誤差。

七、結(jié)語

文中以VAD技術(shù)為切入點(diǎn)對(duì)多普勒天氣雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品及其原理進(jìn)行研究，通過與L波段探空雷達(dá)觀測(cè)資料時(shí)間和空間上的對(duì)比得出多普勒雷達(dá)的可行性：

1.產(chǎn)品所跟蹤目標(biāo)和測(cè)量的原理是不同，多普勒天氣雷達(dá)通過大氣中降水粒子對(duì)電磁波的散射作用，根據(jù)多普勒效應(yīng)測(cè)量不同方向上的徑向速度，在一定的假設(shè)條件下，利用反演技術(shù)，能得到降水回波中各高度上的水平平均風(fēng)向和風(fēng)速。探空綜合測(cè)風(fēng)是傳統(tǒng)的測(cè)風(fēng)方法，是利用探空雷達(dá)跟蹤自由上升氣球下的儀器、依據(jù)氣球的水平運(yùn)動(dòng)分量隨風(fēng)向和風(fēng)速而改變的原理探測(cè)的。

2.探空測(cè)風(fēng)是在整個(gè)飛行路徑上采樣，得到整個(gè)空中風(fēng)場(chǎng)的時(shí)間長(zhǎng)，且不同時(shí)間對(duì)應(yīng)不同高度區(qū)域空間的平均風(fēng)，時(shí)間分辨力差；但測(cè)量結(jié)果很少受天氣特性的影響，因此，其最大探測(cè)高度有保證。而多普勒雷達(dá)測(cè)風(fēng)受回波特性的影響明顯，在風(fēng)場(chǎng)不符合“各向同性”條件時(shí)，會(huì)有較大的誤差，在氣象目標(biāo)不滿足條件時(shí)，探測(cè)高度有激烈起伏；但多普勒雷達(dá)測(cè)風(fēng)是在不連續(xù)點(diǎn)上的同時(shí)采樣，同一時(shí)間可得到不同高度風(fēng)廓線，所以時(shí)間分辨力高。

3.多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品彌補(bǔ)了探空資料站點(diǎn)稀、時(shí)次少的不足，使預(yù)報(bào)員能及時(shí)了解測(cè)站上空環(huán)境風(fēng)場(chǎng)的垂直分布，有利提高短時(shí)臨近預(yù)報(bào)服務(wù)質(zhì)量。

4.多普勒雷達(dá)風(fēng)廓線產(chǎn)品和探空測(cè)風(fēng)二者可互為補(bǔ)充，在風(fēng)場(chǎng)一致性和各向同性條件滿足時(shí)，比較兩者在同一地點(diǎn)和相近時(shí)間的水平平均風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩種產(chǎn)品具有很好的一致性和可比較性。從而為探測(cè)、預(yù)報(bào)人員提供更科學(xué)準(zhǔn)確的風(fēng)場(chǎng)時(shí)空分布信息。

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