多普勒天氣雷達資料在災(zāi)害性天氣預(yù)報中的應(yīng)用

摘 要：本首先介紹了多普勒天氣雷達的工作原理進行介紹，接著從災(zāi)害性天氣的監(jiān)測、識別、預(yù)警等方面詳細闡述了多普勒天氣雷達資料在災(zāi)害性天氣預(yù)報中的應(yīng)用，以期進一步提升多普勒天氣雷達在天氣預(yù)報業(yè)務(wù)中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：多普勒天氣雷達；災(zāi)害性天氣；預(yù)報；應(yīng)用

鄭州市地處華北平原南部，河南省中部偏北，黃河下游，近年來，在全球氣候變暖趨勢下，鄭州市雷電、暴雨洪澇、干旱、冰雹、霜凍、大風(fēng)等各類災(zāi)害性天氣常發(fā)，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來嚴重威脅，社會公眾對災(zāi)害性天氣預(yù)報等氣象服務(wù)需求愈來愈高。多普勒天氣雷達系統(tǒng)能夠全天候、全方位、全自動地探測和監(jiān)測半徑400公里范圍內(nèi)所有天氣變化，作出及時準確的天氣預(yù)報以及警報，在災(zāi)害性天氣監(jiān)測以及預(yù)報方面發(fā)揮著重要作用。從1998年起，國家撥出?？钤谌珖攸c地區(qū)實施中國新一代多普勒天氣雷達監(jiān)測網(wǎng)工程。河南省共爭取到6部多普勒天氣雷達系統(tǒng)，鄭州同三門峽、濮陽、商丘、南陽、駐馬店五個地區(qū)共同形成了河南省高精雷達探測網(wǎng)，其高時空分辨率資料對災(zāi)害性天氣預(yù)報預(yù)警起到重要指導(dǎo)作用。本文主要對多普勒天氣雷達資料在災(zāi)害性天氣預(yù)報中的具體應(yīng)用進行分析，以期推動氣象災(zāi)害的預(yù)警業(yè)務(wù)的發(fā)展進步。

一、多普勒天氣雷達介紹

常規(guī)天氣雷達的探測原理是憑借云雨目標物對雷達所發(fā)射電磁波的散射回波來測定其空間位置、強弱分布、垂直結(jié)構(gòu)等。而新一代多普勒天氣雷達系統(tǒng)建設(shè)是我國20世紀末21世紀初的一項極其重要的氣象現(xiàn)代化工程，其不但可以起到常規(guī)天氣雷達的作用，還可以憑借物理學(xué)上的多普勒效應(yīng)來測定降水粒子的徑向運動速度，推斷降水云體的移動速度、風(fēng)場結(jié)構(gòu)特征、垂直氣流速度等。多普勒天氣雷達能夠?qū)Ρ┯?、雷電、冰雹、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣的發(fā)生、發(fā)展進行有效監(jiān)測；同時還具有良好的定量測量回波強度的性能，可以定量估測大范圍降水；多普勒天氣雷達除實時提供各種圖像信息外，還可提供對多種災(zāi)害性天氣的自動識別、追蹤產(chǎn)品。多普勒天氣雷達產(chǎn)品主要包括基本產(chǎn)品和導(dǎo)出產(chǎn)品兩部分。基本產(chǎn)品有三種：反射率因子、平均徑向速度和譜寬。導(dǎo)出產(chǎn)品包括組合反射率因子、速度方位顯示風(fēng)廓線、回波頂、垂直累積液態(tài)含水量（VIL）等。

二、多普勒天氣雷達資料在災(zāi)害性天氣預(yù)報中的應(yīng)用

1.反射率因子產(chǎn)品。反射率因子產(chǎn)品不但可以直觀地顯示出降水的強度、降水回波的變化特征以及動態(tài)發(fā)展趨勢，還可以清晰地識別積云、層云以及積層混合云系以及鋒面、颮線等天氣學(xué)特征。觀測人員能夠憑借反射率因子產(chǎn)品來判斷回波的強度，對雨雪、大風(fēng)、雷電、冰雹等天氣進行確定，還能夠結(jié)合反射率因子伴著時間的變化判斷降水回波的移動以及未來的動態(tài)趨勢等。因此，在災(zāi)害性天氣預(yù)報中，反射率因子產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。反射率因子產(chǎn)品的特征能夠為天氣預(yù)報提供重要的科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。

（1）基本反射率?；痉瓷渎适抢走_工作于體積掃描時，對每個掃描仰角的回波強度（dBZ）進行顯示的圖像產(chǎn)品。分辨率有1km、2km或4km可選。距離范圍有230km或460km可選。圖像等級可以劃分為8和16兩種，等級值隨探測模式的變化而發(fā)生變化?；痉瓷渎十a(chǎn)品用來估算降雨和降雪強度、冰雹潛在性、風(fēng)暴結(jié)構(gòu)以及確定邊界層位置。該產(chǎn)品對各種雷暴、冰雹等災(zāi)害天氣的預(yù)報應(yīng)用極其有效。

（2）強回波比例。雷暴天氣，對于預(yù)報第一次發(fā)生閃電時間的參考依據(jù)可以是發(fā)展中的雷暴單體在0℃高度40dBz以上和回波占25dBz以上回波的體積百分比。大量研究已經(jīng)證實，在電荷分離時起明顯作用的冰相粒子，會因為所在的環(huán)境而存在不同的起電極性和效率，比如它會受到溫度、濕度、液態(tài)水含量等條件的影響。國內(nèi)有學(xué)者認為第一次放電的時間在液態(tài)水含量增加的條件下會延遲，并且放電的位置會有所下降，閃電發(fā)生的頻數(shù)也會相應(yīng)減少。

（3）回波頂高與組合反射率因子?；夭敻呤侵府敾夭◤姸瘸^18dBZ的反射率因子被探測到時，對應(yīng)其上空雷達可探測最高仰角的回波所在的高度，回波頂越高，系統(tǒng)的強度越強。一般在氣象預(yù)報中，當回波頂高高于指定的門限時，認為強對流會發(fā)生。但是由于雷達靜錐區(qū)的存在，雷達附近的回波頂會被估計過低，并且由于缺乏科學(xué)的向上的垂直外推方法，因此很難準確確定風(fēng)暴的最高回波頂。 組合反射率是垂直氣柱內(nèi)的最大反射率因子投影在笛卡爾坐標格點上的產(chǎn)品，揭示了一個體積掃描中的最大反射率因子的分布。利用 CR 產(chǎn)品可快速、準確有效地確定強中心的回波位置，增加了高度顯示的 CR 產(chǎn)品可以準確定位強對流回波。

2.平均徑向速度產(chǎn)品。平均徑向速度所表示的是整個360°方位體積掃描的徑向速度數(shù)據(jù)，徑向速度就是云雨粒子的運動速度在雷達徑向上的分量。徑向速度具備很多直接的應(yīng)用，能夠?qū)С鲲L(fēng)暴結(jié)構(gòu)以及大氣結(jié)構(gòu)，還能夠幫助形成、調(diào)整以及更新高空分析圖等。徑向速度產(chǎn)品是天氣預(yù)報中的一個重要參考依據(jù)，其對氣候條件分析以及天氣預(yù)報的正確性有極其重要的影響。多普勒天氣雷達與普通的天氣雷達相比，其主要優(yōu)勢就是實現(xiàn)了對風(fēng)矢量在徑向上分量的獲取，為短時臨近天氣預(yù)報以及災(zāi)害性天氣預(yù)報提供了切實有用的工具。

3.譜寬數(shù)據(jù)。譜寬數(shù)據(jù)實際上指的是速度譜寬數(shù)據(jù)，它是一個對速度離散量的度量。它能夠提供由于風(fēng)切變、湍流以及速度樣本質(zhì)量造成的平均徑向速度變化的觀測，還可以用于確定邊界（密度不連續(xù)面）位置、檢查徑向量的有效性以及估計湍流大小，為天氣預(yù)報工業(yè)的開展提供一定的指導(dǎo)作用。

4.垂直累積液態(tài)含水量（VIL）

垂直累積液態(tài)含水量（VIL）是表現(xiàn)在降水云體中，在某一確定的底面積格點區(qū)域的垂直柱體內(nèi)液態(tài)水總量分布的圖像產(chǎn)品，是確定強對流天氣避免造成雹災(zāi)的可行性措施之一。最垂直累積液態(tài)含水量（VIL）從被提出至今，其主要用于判別強對流天氣造成的暴雨、暴雪和冰雹等災(zāi)害性天氣。早期對冰雹回波的判斷，經(jīng)常運用雷達回波參數(shù)，運用單因子、雙因子點聚圖識別以及多因子組合參數(shù)識別，并根據(jù)回波的形態(tài)特征對冰雹進行判斷。隨著VIL的提出及其在氣象工作中的發(fā)展應(yīng)用，VIL逐步發(fā)展成為判斷對流風(fēng)暴強度的一個極其重要的參考依據(jù)，為冰雹天氣的預(yù)報預(yù)警工作具有重要的指導(dǎo)意義。

三、結(jié)語

多普勒天氣雷達具備著良好的定量測量回波強度的性能以及圖像分辨率，能夠有效監(jiān)測預(yù)警暴雨、雷電、冰雹、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣發(fā)生發(fā)展，實時提供各種圖像信息，還能夠提供對多種災(zāi)害性天氣的自動識別、追蹤產(chǎn)品?？梢哉f，多普勒雷達資料在災(zāi)害性天氣預(yù)報工作中發(fā)揮著極其重要的作用。

參考文獻：

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作者簡介：顏飛（1968-），男，漢族，重慶人，研究生學(xué)歷，助理工程師，從事應(yīng)用氣象工作。