高山上新一代天氣雷達(dá)的探測(cè)分析與效能發(fā)揮*

趙振東，張 艷，趙洪潤(rùn)

(山東省泰安市氣象局，山東 泰安 271000)

高山上新一代天氣雷達(dá)的探測(cè)分析與效能發(fā)揮*

趙振東，張 艷，趙洪潤(rùn)

(山東省泰安市氣象局，山東 泰安 271000)

以泰山新一代天氣雷達(dá)CINRAD/CD為例，結(jié)合泰山原713天氣雷達(dá)多年的使用經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算并分析了天氣雷達(dá)的最佳探測(cè)仰角和最低探測(cè)高度，根據(jù)泰山新一代天氣雷達(dá)(簡(jiǎn)稱泰山CD雷達(dá))與濟(jì)南新一代天氣雷達(dá)(簡(jiǎn)稱濟(jì)南SA雷達(dá))回波的DBZM、C-VIL對(duì)比分析，揭示不同海拔高度雷達(dá)在相同仰角下觀測(cè)的回波的差異，指出泰山CD雷達(dá)由于使用了與平原雷達(dá)統(tǒng)一的0.5°以上仰角的觀測(cè)模式，造成了對(duì)降水回波的探測(cè)能力不足，并指出泰山CD雷達(dá)要發(fā)揮最大效能應(yīng)如何改進(jìn)的建議。

雷達(dá)；探測(cè)；最佳仰角；DBZM；C-VIL

1 引言

根據(jù)中國(guó)氣象局新一代天氣雷達(dá)的選址規(guī)定和布點(diǎn)規(guī)劃[1-2]，我國(guó)有很多新一代天氣雷達(dá)架設(shè)在高海拔地區(qū)。全國(guó)新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)組建以后，使用了統(tǒng)一的觀測(cè)模式[3]，但這批架設(shè)在高山上的雷達(dá)所在高度對(duì)探測(cè)范圍和定量估測(cè)降水有著重大影響。提高天氣雷達(dá)的質(zhì)量和效益，充分實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)雷達(dá)在防災(zāi)減災(zāi)中的基礎(chǔ)支撐作用[4]，高山上的天氣雷達(dá)是一個(gè)重要方面。

為充分發(fā)揮新一代天氣雷達(dá)的探測(cè)能力，很多人進(jìn)行了試驗(yàn)研究。楊金紅等[5]利用SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)地理信息數(shù)據(jù),研究和設(shè)計(jì)新一代天氣雷達(dá)的體掃模式,主要是增加中低層仰角數(shù)和負(fù)仰角,以提高我國(guó)新一代天氣雷達(dá)的低層探測(cè)能力；張爽等[6]計(jì)算并分析正、負(fù)仰角下雷達(dá)的最低探測(cè)高度，發(fā)現(xiàn)仰角越低探測(cè)到的降水回波越多；劉雨佳等[7]通過(guò)泰山CD與濟(jì)南SA雷達(dá)的回波對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)兩部雷達(dá)在重疊且基本同距區(qū)域內(nèi)的回波強(qiáng)度存在很大的差異，泰山CD要比濟(jì)南SA雷達(dá)的回波強(qiáng)度小，并指出這是由于兩部雷達(dá)的不同波段造成的；Rodger等[8]通過(guò)分析指出，架設(shè)在山上的WSR-88D天氣雷達(dá)使用0.5°仰角的觀測(cè)模式，難于探測(cè)到近地面的災(zāi)害性天氣，而使用更低的仰角，如-1°能改善近地災(zāi)害性天氣的觀測(cè)；張沛源等[9]針對(duì)高山上的雷達(dá)所在高度與負(fù)仰角的關(guān)系，研究了負(fù)仰角的觀測(cè)及數(shù)據(jù)處理方法，提出了高山上的新一代天氣雷達(dá)進(jìn)行0°或負(fù)仰角掃描是必要的。張仰成等[10]在實(shí)地試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)比分析不同仰角觀測(cè)模式的主要雷達(dá)產(chǎn)品特點(diǎn)，探討了新一代天氣雷達(dá)使用負(fù)仰角的問(wèn)題；另外，張滬生等[11]通過(guò)遵義CINRAD/CD與數(shù)字化713天氣雷達(dá)探測(cè)資料的回波對(duì)比，發(fā)現(xiàn)CINRAD/CD雷達(dá)的回波強(qiáng)度有時(shí)偏強(qiáng)，分析是由于兩種雷達(dá)的信號(hào)處理上的差別造成的；鄒書(shū)平等[12]利用貴陽(yáng)、畢節(jié)兩部CINRAD/CD雷達(dá)的同步觀測(cè)的回波特征參數(shù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩部雷達(dá)同步觀測(cè)到的回波強(qiáng)度、高度有差異，并指出這是由于兩部雷達(dá)的遮擋角、回波距離以及系統(tǒng)參數(shù)不同造成的。以上的分析試驗(yàn)研究，均沒(méi)有汲及到高山新一代天氣雷達(dá)的探測(cè)全面分析以及效能最大化問(wèn)題。

泰山原713天氣雷達(dá)是1983年底架設(shè)并投入使用的我國(guó)第一部高山天氣雷達(dá)。這部雷達(dá)周?chē)鸁o(wú)任何遮擋，可以用負(fù)仰角進(jìn)行觀測(cè)，探測(cè)面積比平原架設(shè)的雷達(dá)增大近3倍。1995年，這部雷達(dá)進(jìn)行了數(shù)字化改造，通過(guò)甚高頻電話傳輸雷達(dá)回波圖。為加快泰山雷達(dá)的現(xiàn)代化改造，中國(guó)氣象局、山東省政府等領(lǐng)導(dǎo)極為重視，在“必須建、盡快建”的指示下，克服重重困難，經(jīng)過(guò)3 a的建設(shè)，終于在2007年1月建成CINRAD/CD新一代天氣雷達(dá)并投入業(yè)務(wù)使用。

泰山位于山東省中部，地勢(shì)挺拔凸起，架設(shè)于日觀峰上的天氣雷達(dá)的天線饋源高度海拔1 545.8 m，占有一定的高度優(yōu)勢(shì)，但在泰山CD雷達(dá)使用以后，與濟(jì)南SA雷達(dá)相比，發(fā)現(xiàn)回波范圍變小、強(qiáng)度弱、失真嚴(yán)重，還不如原713天氣雷達(dá)的探測(cè)能力。本文分析泰山雷達(dá)與平原雷達(dá)不同仰角下的探測(cè)能力，探討高山天氣雷達(dá)效益發(fā)揮最大化的可能性，對(duì)于使用高山雷達(dá)資料和預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)、雷達(dá)定量測(cè)量等工作有一定的實(shí)際意義，也期望對(duì)新一代天氣雷達(dá)組網(wǎng)的改革創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)有所啟發(fā)。

2 泰山天氣雷達(dá)的最佳探測(cè)仰角

天氣雷達(dá)的最佳探測(cè)仰角是假定雷達(dá)波束直線傳播，雷達(dá)發(fā)射的波束與等效地球半徑相切，既能探測(cè)到地球表面，又能探測(cè)到最遠(yuǎn)的最低探測(cè)高度，計(jì)算公式[13]為：

其中α0為最佳探測(cè)仰角，h為天線海拔高度，re為等效地球半徑。

計(jì)算得知，泰山雷達(dá)理論上的最佳探測(cè)仰角是-1.07°。

泰山713雷達(dá)二十多年的使用證明，當(dāng)用理論上的最佳探測(cè)仰角-1.07°觀測(cè)時(shí)，距離泰山360 km左右的太行山區(qū)地物回波輪廓清晰，由于旁瓣的原因周?chē)匚锘夭ㄒ草^多；當(dāng)用-0.5°觀測(cè)時(shí)，太行山區(qū)地物回波和泰山周?chē)匚锘夭◤氐紫?，?jīng)計(jì)算分析和實(shí)際應(yīng)用表明，以-0.5°仰角定為泰山713雷達(dá)的最佳探測(cè)仰角[14]。

西北是山東省天氣系統(tǒng)的主要來(lái)源方向。對(duì)于京津冀地區(qū)發(fā)展高度超過(guò)10 km的強(qiáng)對(duì)流天氣，泰山713雷達(dá)可探測(cè)到580 km,對(duì)于發(fā)展高度7 km以上的降水系統(tǒng)，能從它在京津冀地區(qū)的發(fā)生發(fā)展以至進(jìn)入山東的演變移動(dòng)、消亡入海過(guò)程完整觀測(cè)到。但由于當(dāng)時(shí)受傳輸技術(shù)的限制，這些探測(cè)資料沒(méi)有有效服務(wù)出去。

實(shí)際使用713天氣雷達(dá)的工作中，汛期及災(zāi)害性天氣易發(fā)季節(jié)，雷達(dá)開(kāi)機(jī)首先進(jìn)行仰角-1°遠(yuǎn)距離探測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)有降水回波，就慢慢抬高仰角，進(jìn)行消除地物后觀測(cè)，一般是用仰角-0.5°跟蹤觀測(cè)，天氣系統(tǒng)基本不漏測(cè)。

3 泰山天氣雷達(dá)與平原天氣雷達(dá)不同仰角下的探測(cè)高度

在雷達(dá)技術(shù)性能相對(duì)穩(wěn)定的前提下，天氣雷達(dá)對(duì)降水回波的探測(cè)能力，關(guān)鍵是由對(duì)降水回波的探測(cè)高度決定的。假定地球表面為標(biāo)準(zhǔn)大氣，在等效地球半徑下雷達(dá)波束以直線傳播，則雷達(dá)測(cè)高公式[16]為：

其中：H0為雷達(dá)天線海拔高度，α為天線仰角，r為雷達(dá)天線距離目標(biāo)物的斜距。

由測(cè)高公式，計(jì)算出泰山雷達(dá)(H0=1 545.8 m)、平原雷達(dá)(H0=0 m)不同仰角隨探測(cè)斜距的探測(cè)高度，見(jiàn)表1、表2。這個(gè)探測(cè)高度是忽略了超折射和波束寬度(泰山CD雷達(dá)的垂直波束寬度是0.93°)后，假定波束直線傳播的軸線中心的高度。

表1 泰山雷達(dá)(H0=1 545.8 m)在不同仰角時(shí)的探測(cè)高度Tab.1 The detection height of Taishan radar(H0=1 545.8 m) at different elevations

表2 平原雷達(dá)(H0=0 m)在不同仰角時(shí)的探測(cè)高度Tab.2 The detection height of plain radar(H0=0m)at different elevations

比較表1、表2可以看出，泰山雷達(dá)采用負(fù)仰角探測(cè)可以有效的降低探測(cè)高度，仰角越低探測(cè)到的地面邊界層范圍越大，也即降水回波越多、探測(cè)距離越遠(yuǎn)。由于相對(duì)高度的原因，當(dāng)同時(shí)都用同一正仰角(比如0.5°)觀測(cè)同一塊降水云體時(shí)，泰山雷達(dá)要比平原雷達(dá)的探測(cè)高度高出1.5 km，也就是說(shuō)，對(duì)于距離雷達(dá)相同距離的降水云體，假如泰山雷達(dá)探測(cè)到的是中上部，平原雷達(dá)探測(cè)到的則是中下部，不是同一個(gè)部位，從而造成了泰山與平原雷達(dá)回波強(qiáng)度的差異。

4 泰山天氣雷達(dá)的探測(cè)分析

由表1、表2可知：

①泰山雷達(dá)用理論上的最佳探測(cè)仰角-1.07°掃描時(shí)，雷達(dá)發(fā)射的電磁波束是沿著地球表面發(fā)散的，波束軸心到了150 km左右與地球表面相切，500 km時(shí)仍能探測(cè)到小于7 km的降水云體。如果用-1.07°開(kāi)始掃描，雖然此時(shí)地物回波較多，但可以將近距離1 km以上直到500 km的7 km以上的降水云體全部觀測(cè)到，起到了探測(cè)作用。

②泰山雷達(dá)用-0.5°掃描時(shí)，近距離1.2 km以上，遠(yuǎn)距離400 km上的7.5 km以上的降水云體可全部觀測(cè)到，特別是關(guān)鍵距離的50～350 km范圍內(nèi)的降水云體能做很好的降水診斷分析，已經(jīng)基本覆蓋能在山東發(fā)生的7 km以上的強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程；平原雷達(dá)因?yàn)殡姶挪ㄉ湎蛄说孛?，不可能?0.5°進(jìn)行掃描?？紤]了遮擋角和消除地物回波的影響以后，泰山雷達(dá)和平原雷達(dá)分別都用最佳探測(cè)仰角-0.5°和0.5°進(jìn)行掃描，開(kāi)始階段，泰山雷達(dá)的波束在平原雷達(dá)的波束之上，到了88.6 km距離，兩者波束軸心進(jìn)行交叉，然后轉(zhuǎn)為泰山雷達(dá)波束在平原雷達(dá)的波束之下，且隨著距離的增加，兩個(gè)波束分離越來(lái)越大，從而泰山雷達(dá)的探測(cè)能力顯現(xiàn)，平原雷達(dá)逐漸看不到降水云體。

③泰山雷達(dá)與平原雷達(dá)同時(shí)都用0.5°仰角掃描，泰山雷達(dá)的波束是平行地疊加在了平原雷達(dá)的波束1.5 km之上。對(duì)于7 km以上的降水云體，泰山雷達(dá)的探測(cè)距離僅僅是250 km，比用-0.5°最佳探測(cè)仰角的探測(cè)面積縮小了2.56倍，平原雷達(dá)可以探測(cè)到300 km,并且近距離平原雷達(dá)的底層探測(cè)效果明顯優(yōu)于泰山雷達(dá)。這就是現(xiàn)在的泰山CD雷達(dá)用0.5°以上仰角的觀測(cè)模式做CAPPI掃描，近距離低層云體看不到，遠(yuǎn)距離的看到中上部，與濟(jì)南平原雷達(dá)相比，回波范圍小、強(qiáng)度弱、有所失真的原因。

例如：受副熱帶高壓邊緣切變線影響，2016年7月21日夜間到22日早上，泰安市自西向東出現(xiàn)了一次局地性較強(qiáng)的降水過(guò)程。此次過(guò)程大監(jiān)站以及全部自動(dòng)站的全市平均降水量38.4 mm，泰山國(guó)家站降水量達(dá)到168 mm。最大降水量為311.3 mm，出現(xiàn)在泰安市岱岳區(qū)黃前水庫(kù)。黃前自動(dòng)站雨強(qiáng)較大的時(shí)段為22日00—05時(shí)(最大小時(shí)雨強(qiáng)達(dá)到74.3 mm)，全市有17個(gè)自動(dòng)站降水量出現(xiàn)了50 mm以上的強(qiáng)降水，其中12個(gè)站點(diǎn)均在100 mm以上。泰山站監(jiān)測(cè)到的最大風(fēng)速24 m/s，未監(jiān)測(cè)到有冰雹。據(jù)災(zāi)情調(diào)查，此次發(fā)生在泰山周?chē)木值匦詮?qiáng)降水過(guò)程，造成山洪暴發(fā)、房屋倒塌，受災(zāi)人口2萬(wàn)多人，緊急轉(zhuǎn)移200余戶。從雷達(dá)觀測(cè)到的情況看，由于使用的是規(guī)定的觀測(cè)模式，且強(qiáng)降水區(qū)域距離雷達(dá)僅僅25 km左右，在黃前水庫(kù)降水最激烈的00～05時(shí)前后，泰山雷達(dá)回波01時(shí)04分顯示53 dBz,02時(shí)03分顯示54 dBz,7月22日01時(shí)04分26秒 Max:53 dBz,Elev=0.5 deg，7月22日02時(shí)03分49秒 Max:54 dBz,Elev=0.5 deg可能比實(shí)際情況偏弱很多，嚴(yán)重失真。見(jiàn)圖1(紅圈處為黃前水庫(kù))。

7月22號(hào)01：04：26Max：53dBz,Elev=0.5deg.GIF 7月22號(hào)02：03：49Max：54dBz,Elev=0.5deg.GIF圖1 黃前水庫(kù)降暴雨時(shí)的泰山雷達(dá)回波強(qiáng)度圖Fig.1 Radar echo intensity of Huangqian Reservoir under rainstorm

5 對(duì)比分析和實(shí)例

泰山CD雷達(dá)與濟(jì)南SA雷達(dá)相距67 km，濟(jì)南雷達(dá)的天線饋源高度是海拔61.6 m，接近平原安裝的雷達(dá)。利用泰山CD和濟(jì)南SA雷達(dá)的同步觀測(cè)資料(0.5°以上仰角的觀測(cè)模式、同時(shí)間、基本等距)，選取了地面實(shí)況降水(長(zhǎng)清、肥城、泰安)分別為小雨、中雨、大雨和暴雨的4次降水天氣過(guò)程進(jìn)行了對(duì)比分析，這4次過(guò)程分別是：2016年5月31日—6月1日小雨天氣過(guò)程、2016年5月14—15日中雨天氣過(guò)程、2016年8月19—20日大雨天氣過(guò)程、2016年8月16—17日暴雨天氣過(guò)程。兩部雷達(dá)探測(cè)到的回波信息參數(shù)選取了最常用的最大反射率因子(DBZM)、基于單體的垂直積分液態(tài)水含量 (C-VIL)。其中最大反射率因子數(shù)據(jù)為濟(jì)南SA雷達(dá)組合反射率因子(CR 37)和泰山CD雷達(dá)組合反射率因子(CR 38)產(chǎn)品，CR 37和CR 38產(chǎn)品唯一差別是顯示距離的差異，CR 37最大顯示距離是230 km，CR 38最大顯示距離是250 km。圖2是泰山CD和濟(jì)南SA雷達(dá)探測(cè)到的4次降水過(guò)程的DBZM、C-VIL演變情況及各參數(shù)平均值，虛線為泰山CD雷達(dá)資料，實(shí)線為濟(jì)南SA雷達(dá)資料，藍(lán)色、紅色、黑色和綠色分別代表小雨、中雨、大雨和暴雨4次過(guò)程。

圖2 參數(shù)演變 a DBZM,b C-VILFig.2 Parameter Evolution a DBZM,b C-VIL

DBZM變化表明，SA雷達(dá)監(jiān)測(cè)到的DBZM值基本均大于CD雷達(dá)觀測(cè)到的DBZM值，4次天氣過(guò)程中，SA雷達(dá)監(jiān)測(cè)到的DBZM值比CD雷達(dá)觀測(cè)到的DBZM值平均高6.1 dBz。2016年5月31日—6月1日小雨天氣過(guò)程，SA雷達(dá)和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)的DBZM平均值分別為47.5 dBz和42.0 dBz，相差5.5 dBz；2016年5月14—15日中雨天氣過(guò)程，SA雷達(dá)和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)的DBZM平均值分別為51.3 dBz和41.8 dBz，相差9.5 dBz；2016年8月19—20日大雨天氣過(guò)程，SA雷達(dá)和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)的DBZM平均值分別為52.0 dBz和47.3 dBz，相差4.7 dBz；2016年8月16—17日暴雨天氣過(guò)程，SA雷達(dá)和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)的DBZM平均值分別為49.6dBz和44.9 dBz，相差4.7 dBz。

C-VIL變化表明，SA雷達(dá)監(jiān)測(cè)到的C-VIL值基本均大于CD雷達(dá)觀測(cè)到的C-VIL值，4次天氣過(guò)程中，SA雷達(dá)監(jiān)測(cè)到的C-VIL值比CD雷達(dá)觀測(cè)到的C-VIL值平均高3.7 kg·m-2。2016年5月31日—6月1日小雨天氣過(guò)程，SA雷達(dá)和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)的C-VIL平均值分別為4.2 kg·m-2和3.0 kg·m-2，相差1.2 kg·m-2；2016年5月14—15日中雨天氣過(guò)程，SA雷達(dá)和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)的C-VIL平均值分別為4.7 kg·m-2和3.0 kg·m-2，相差1.7 kg·m-2；2016年8月19—20日大雨天氣過(guò)程，SA雷達(dá)和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)的C-VIL平均值分別為12.9 kg·m-2和6.1 kg·m-2，相差6.8 kg·m-2；2016年8月16—17日暴雨天氣過(guò)程，SA雷達(dá)和CD雷達(dá)監(jiān)測(cè)的C-VIL平均值分別為8.0kg·m-2和3.0 kg·m-2，相差5.0 kg·m-2。

a

濟(jì)南：18:57，Elev=0.5deg,Max:54dBz; 泰山：18:56，Elev=0.5deg,Max:54dBz。 Ji'nan: 18:57, Elev=0.5deg, Max:54dBz; Taishan: 18:56, Elev=0.5deg, Max:54dBz.

b

濟(jì)南：20:02，Elev=0.5deg,Max:54dBz; 泰山：20:00，Elev=0.5deg,Max:58dBz。 Ji'nan: 20:02，Elev=0.5deg,Max:54dBz; Taishan: 20:00，Elev=0.5deg,Max:58dBz.

c

濟(jì)南22:01，Elev=0.5deg,Max:60dBz; 泰山：22:02，Elev=0.5deg,Max:54dBz。 Ji'nan: 22:01，Elev=0.5deg,Max:60dBz; Taishan: 22:02，Elev=0.5deg,Max:54dBz.圖3 泰山CD和濟(jì)南SA雷達(dá)同仰角、同時(shí)間的3幅雷達(dá)回波強(qiáng)度對(duì)比圖Fig.3 Three radar echo map between Taishan CD and Ji’nan SA at the same elevation and the same time

根據(jù)電磁衰減理論，雨和冰雹對(duì)不同波長(zhǎng)的電磁波有不同的衰減，有時(shí)候差別很大。雨對(duì)電磁波的衰減與溫度、雷達(dá)波長(zhǎng)和雨滴譜有關(guān)，要定量計(jì)算非常復(fù)雜，與降水強(qiáng)度成近乎正比例關(guān)系，即每小時(shí)降水量越大，雨對(duì)電磁波的衰減越嚴(yán)重，但一般地，對(duì)10 cm波長(zhǎng)的雷達(dá)雨的衰減可以忽略不計(jì)，5 cm波長(zhǎng)的雷達(dá)對(duì)小雨、中雨也忽略不計(jì)。與此相反，波長(zhǎng)較短的雷達(dá)，可以較好地探測(cè)到近處的降水，對(duì)于弱降水或中等強(qiáng)度降水有較好的探測(cè)能力[17]，也即5 cm波長(zhǎng)的雷達(dá)探測(cè)中小降水要優(yōu)于10 cm波長(zhǎng)的雷達(dá)。只有大雨甚至特大暴雨和冰雹時(shí)，5 cm雷達(dá)由于電磁衰減會(huì)出現(xiàn)回波失真，需要考慮電磁衰減的影響。因此，對(duì)于中小降水來(lái)說(shuō)，應(yīng)該不會(huì)出現(xiàn)泰山CD比濟(jì)南SA雷達(dá)的回波范圍小、強(qiáng)度弱的情況。但是，通過(guò)DBZM、C-VIL的對(duì)比分析，兩部雷達(dá)的回波差異很明顯。從以下的觀測(cè)實(shí)例可進(jìn)一步看出，這樣的回波差異顯然不是由于兩部雷達(dá)的系統(tǒng)參數(shù)造成的，而是由于海拔高度顯著不同的兩部雷達(dá)用相同的觀測(cè)模式造成的。

觀測(cè)實(shí)例：

2016年7月22日00—05時(shí)的泰安市黃前水庫(kù)特大暴雨之前，也即7月21日夜間，泰山CD與濟(jì)南SA雷達(dá)同時(shí)觀測(cè)了天氣系統(tǒng)從西北向東南方向移動(dòng)的過(guò)程，圖3是兩部雷達(dá)同仰角同時(shí)間的雷達(dá)回波強(qiáng)度對(duì)比圖。

從以上看出，泰山CD雷達(dá)由于使用了與平原雷達(dá)一樣的觀測(cè)模式，不但沒(méi)有發(fā)揮出高山雷達(dá)“站得高、看得遠(yuǎn)”的優(yōu)勢(shì)，反而探測(cè)能力不如平原雷達(dá)了。這種情況的出現(xiàn)，架設(shè)在高山上的其他新一代天氣雷達(dá)同樣發(fā)生。

6 結(jié)論

天氣雷達(dá)的探測(cè)能力，關(guān)鍵是由雷達(dá)的最低探測(cè)高度決定的，探測(cè)仰角對(duì)探測(cè)距離和定量測(cè)量降水有著重大影響。遮擋角不同、架設(shè)高度不同的雷達(dá)，有不同的最佳探測(cè)仰角，只有使用最佳探測(cè)仰角開(kāi)始掃描，每部雷達(dá)才能發(fā)揮出最大效能。

泰山新一代天氣雷達(dá)與泰山原713天氣雷達(dá)的海拔、波長(zhǎng)以及架設(shè)布局相同，發(fā)射功率更大，靈敏度更高。當(dāng)用最佳探測(cè)仰角-0.5°掃描時(shí)，參照泰山713天氣雷達(dá)的探測(cè)能力，探測(cè)面積可比平原架設(shè)的雷達(dá)增大近3倍。但由于執(zhí)行0.5°以上仰角觀測(cè)模式的局限，限制了泰山新一代天氣雷達(dá)能力的發(fā)揮，降低了探測(cè)能力?；謴?fù)其-0.5°的最佳探測(cè)仰角觀測(cè)，或者使用-0.5°以上仰角開(kāi)始CAPPI體掃，這對(duì)于山東省的災(zāi)害性天氣預(yù)警服務(wù)有很大的意義，對(duì)全國(guó)很多架設(shè)在高山上的天氣雷達(dá)發(fā)揮效能也很有意義，需要天氣雷達(dá)組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的改進(jìn)以及泰山CD雷達(dá)天線俯仰的改動(dòng)。

[1] 中國(guó)氣象局，新一代天氣雷達(dá)選址規(guī)定[S].2005年5月.

[2] 中國(guó)氣象局，新一代天氣雷達(dá)布局規(guī)劃[S].2007年7月.

[3] 中國(guó)氣象局，新一代天氣雷達(dá)觀測(cè)規(guī)定[S].2005年5月.

[4] 中國(guó)氣象報(bào).中國(guó)氣象局將開(kāi)展新一代天氣雷達(dá)質(zhì)量專項(xiàng)治理工作 于新文強(qiáng)調(diào)既要嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)也要改革創(chuàng)新[N].2016年8月12日.

[5] 楊金紅，陳大任，王曙東.改進(jìn)新一代天氣雷達(dá)低層探測(cè)能力研究[J].氣象，2013(04)：494-499.

[6] 張雙，張福貴，楊金紅.付仰角觀測(cè)對(duì)新一代天氣雷達(dá)(CINRAD)探測(cè)降水的意義[J].成都信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，31(1)：49-53.

[7] 劉雨佳，陳洪濱，朱君鑒.山東省S波段與C波段天氣雷達(dá)回波強(qiáng)度的對(duì)比分析[J].氣象科學(xué)，2014.34(1):87-95.

[8] Brown R A,Wood V T,A Simulation Study of Negalive Elevation Angles for Mountain top Radars[R].Norman:NOAAERL National Severe Storms Laboratory.

[9]張沛源，胡邵萍.天氣雷達(dá)零仰角及負(fù)仰角探測(cè)存在的問(wèn)題及其解決辦法[A].中國(guó)氣象學(xué)會(huì)雷達(dá)氣象學(xué)委員會(huì)第三屆學(xué)術(shù)年會(huì)文集[C].

[10]張揚(yáng)成，游文， 高翔宇，等.新一代天氣雷達(dá)負(fù)仰角探測(cè)能力分析[J].氣象科技，2013,41(1):15-19.

[11]張滬生，劉建國(guó).遵義新一代天氣雷達(dá)與713常規(guī)數(shù)字化天氣雷達(dá)回波強(qiáng)度差異的分析[J].貴州氣象，2004(2):37-39.

[12]鄒書(shū)平,田楠,劉國(guó)強(qiáng)，等.一次強(qiáng)冰雹天氣過(guò)程雙雷達(dá)回波特征參數(shù)對(duì)比分析[J].貴州氣象，2012(3)：12-14.

[13]張沛源,胡邵萍.天氣雷達(dá)零仰角及負(fù)仰角探測(cè)存在的問(wèn)題及其解決辦法[A].中國(guó)氣象學(xué)會(huì)雷達(dá)氣象學(xué)委員會(huì)第三屆學(xué)術(shù)年會(huì)文集[C].

[14]趙振東.泰山713天氣雷達(dá)的探測(cè)能力[J].山東氣象，1984,2:35-36.

[15]張培昌，杜秉正.戴鐵丕，雷達(dá)氣象學(xué)[M].北京：氣象出版社，2001:122-149.

[16]葛潤(rùn)生，秦宏德，蔡作金，等.三、五公分的雷達(dá)測(cè)雨能力的比較試驗(yàn)[A].中央氣象局研究所，雷達(dá)氣象文集[C].北京：中央氣象局研究所，1977:111-125.

Detection analysis and performance of new generation weatherradar over the mountains

ZHAO Zhendong, ZHANG Yan, ZHAO Hongrun

(Tai'an Meteorological Bureau of Shandong Province, Tai'an 271000, China)

Combined with the experience of 713 weather radar, the optimal detection elevation and minimum detection height of new generation CINRAD/CD weather radar in Mount Tai were calculated and analyzed. The radar echo differences of different altitude at the same elevation were drawn out by comparing and analyzing the DBZM and C-VIL of Mount Tai new generation weather radar (Mount Tai CD radar) and Ji'nan new generation weather radar (Ji'nan SA radar). It is pointed out that the detection ability of precipitation echo is not enough because Mount Tai CD radar uses the observation mode of elevation above 0.5 degrees like radar in plain. And some suggestions were put forward to improve the efficiency of Mount Tai CD radar.

radar; detection; optimal elevation angle; DBZM; C-VIL

2017-02-07

趙振東(1958—)，男，工程師，主要從事天氣雷達(dá)技術(shù)保障工作，E-mail:ts0538@126.com。

1003-6598(2017)03-0069-06

P412.25

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