雷暴與強對流臨近天氣預(yù)報技術(shù)分析

林佳

摘? ?要：結(jié)合雷暴雨強對流天氣，詳細分析了相關(guān)技術(shù)在臨近天氣預(yù)報中的應(yīng)用情況，包括跟蹤雷達回波技術(shù)、雷暴識別跟蹤分析與臨近預(yù)報技術(shù)等。

關(guān)鍵詞：雷暴;強對流天氣;臨近預(yù)報

臨近預(yù)報是指0～6 h的高時空分辨率的天氣預(yù)報技術(shù)，預(yù)報對象為特定時間范圍內(nèi)出現(xiàn)的顯著氣候變化，包括強對流天氣、雷暴天氣、暴風雪天氣等。其中，強對流與雷暴天氣一直是工作的重難點。從目前相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況來看，現(xiàn)代衛(wèi)星技術(shù)以及信息技術(shù)的發(fā)展為臨近天氣預(yù)報提供了支持，值得關(guān)注。

1? ? 臨近天氣預(yù)報技術(shù)研究

1.1? 跟蹤雷達回波技術(shù)

跟蹤雷達回波（Tracking Radar Echoes by Correlation，TREC）技術(shù)是目前較為常見的臨近天氣預(yù)報技術(shù)之一。作為一種圖像特征識別與追蹤技術(shù)，該技術(shù)能夠快速識別未來一段時間內(nèi)的氣候變化情況。從技術(shù)發(fā)展來看，TREC技術(shù)初始算法以交叉相關(guān)算法為核心，在跟蹤雷達特定仰角掃描錐面上完成二維回波型識別，進而演變成了在等高面上的二維直角坐標系上的回波跟蹤。該技術(shù)依托辨識技術(shù)，在雷暴雨強對流氣候的臨近預(yù)報分析中，主要表現(xiàn)出了以下優(yōu)勢：（1）能夠?qū)妆┯陱妼α魈鞖膺M行臨近預(yù)報，在等高面的直角坐標系中插入雷達掃描資料之后，根據(jù)氣象預(yù)報的需求，將不同氣候的反射率因子場劃分為若干個像素區(qū)域，并且將這些區(qū)域的規(guī)格控制在理想范圍內(nèi)，確保每個區(qū)域具有滿意的相關(guān)系數(shù)，保證了分辨率。在圖像處理環(huán)節(jié)，可以通過回波移動矢量變化來確定反射率因子相關(guān)區(qū)域的交叉情況，并結(jié)合雷達掃描結(jié)果，判斷特定地區(qū)不同時刻的反射率因子，確定分布相關(guān)系數(shù)最大的地區(qū)。在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，可以通過云頂?shù)淖兓约暗孛嬷g的降水關(guān)系做回歸分析，判斷出目標地區(qū)的降水量以及風暴云移動情況。（2）TREC技術(shù)在氣象預(yù)報中也具有顯著優(yōu)勢，在任意仰角掃描構(gòu)成的二維圓錐面上做回波跟蹤，并根據(jù)雷達資料整理出相應(yīng)的氣象信息，最終在云圖上反映強對流與雷暴氣候。在技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，TREC技術(shù)以方形區(qū)域為目標，通過調(diào)整尺度的方法來跟蹤氣象變化，在了解整體雷達回波內(nèi)部構(gòu)造變化的基礎(chǔ)上，外推任意等高面上的反射率因子變化，這樣可以根據(jù)氣象預(yù)報需求，判斷出外推反射率因子場對應(yīng)的降水率。

1.2? 雷暴識別跟蹤分析與臨近預(yù)報技術(shù)

雷暴識別跟蹤分析（Thunderstorm Identification，Tracking，Analysis and Nowcasting，TITAN）技術(shù)依托直接坐標模式的對流風暴外推系統(tǒng)而實現(xiàn)臨近天氣預(yù)報，該技術(shù)通過在三維直角坐標系中插入單個或者多個雷達的反射率因子，整合雷達的相關(guān)技術(shù)，以臨近天氣預(yù)報的需求為切入點，形成雷達三維數(shù)據(jù)化拼圖。從目前相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況來看，相關(guān)人員依托TITAN技術(shù)的個體識別率高的優(yōu)點，能夠?qū)妆夂蜻M行跟蹤分析預(yù)報。在雷暴單體水平投影面積上擬合一個橢圓，其中，橢圓的水平軸與長軸的夾角是雷暴的主要特征，而雷暴所影響區(qū)域以及路徑變化則是臨近預(yù)報最主要的內(nèi)容[1]。

現(xiàn)階段，以TATAN技術(shù)為基礎(chǔ)演變而來的雷暴臨近預(yù)報系統(tǒng)（Thunderstorm Nowcasting System，TRT）已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于強對流氣候的臨近預(yù)報，該技術(shù)能夠通過TRT做強對流與雷暴的臨近天氣預(yù)報。工作人員在系統(tǒng)中輸入雷達與閃電定位資料后，通過雷達的反饋信息，能夠?qū)崟r識別雷暴的位置與強度變化，最終完成臨近預(yù)報。

2? ? 雷暴與強對流臨近預(yù)警技術(shù)研究

目前，雷暴與強對流臨近預(yù)警技術(shù)主要是在天氣雷達技術(shù)以及配合地面觀測、高分辨率的衛(wèi)星云圖、閃電定位資料等共同作用下完成的。以美國為例，美國是強對流的多發(fā)地區(qū)，早期通過人工目擊的方法，而隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，Lemom技術(shù)開始廣泛使用，并成為雷暴與強對流臨近預(yù)警技術(shù)中的代表。Lemon認為強對流風暴具有以下特征：（1）在低層強反射率因子梯度的一側(cè)，同時存在低層的弱回波區(qū)以及位于上方的中高層回波懸垂。（2）低層反射率因子核心偏向于某一側(cè)，該側(cè)反射率因子梯度較大。（3）回波頂位于低層強反射率因子梯度區(qū)或弱回波區(qū)上空[2]。這些特征為雷暴與強對流臨近預(yù)警奠定了必要基礎(chǔ)。

同時，結(jié)合我國各地區(qū)的技術(shù)應(yīng)用需求，在臨近天氣預(yù)報中，還需要從以下幾方面進行改進：（1）為進一步提高臨近天氣預(yù)報的可行性，可采用高分辨率數(shù)值預(yù)報模式，通過快速更新循環(huán)（Rapid Update Cycle，RUC）系統(tǒng)，了解強對流與雷暴臨近天氣變化情況，依托更新點化環(huán)境參數(shù)的方法，提供強對流與雷暴的詳細環(huán)境參數(shù)，包括溫度直減率、對流有效位能等，為氣候預(yù)報提供有效的資料支持。目前，我國較為常見的臨近預(yù)警技術(shù)是更新周期為3 h的快速同化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)ΤＲ?guī)地面觀測資料、區(qū)域自動站資料等進行整合，保證3 km的分辨率，每次發(fā)出預(yù)報的時間為18～20 h，滿足預(yù)警需求。（2）高分辨率數(shù)值預(yù)報模式與雷達回波外推則是延長臨近天氣預(yù)報時效的可行方法，該方法優(yōu)化了雷暴雨強對流天氣的預(yù)報模式，使預(yù)報結(jié)果更具有時效性，能夠在0～6 h的時間尺度上完成臨近預(yù)報。現(xiàn)階段，該方法的主流應(yīng)用模式為：利用適宜方法將高分辨率數(shù)值預(yù)報與雷達回波外推相結(jié)合，有利于提升臨近預(yù)報結(jié)果的可靠性。

3? ? 結(jié)語

雷暴與強對流的臨近天氣預(yù)報一直是社會關(guān)注的重點內(nèi)容，本研究所介紹的相關(guān)方法在臨近天氣預(yù)報中發(fā)揮著重要作用，具有預(yù)報效果可靠性高、時效性好等優(yōu)點，能夠滿足大部分地區(qū)的氣象服務(wù)需求。所以，相關(guān)人員應(yīng)該深入了解上述技術(shù)，不斷提高氣象服務(wù)預(yù)報能力，最終提高氣象預(yù)報業(yè)務(wù)水平。

[參考文獻]

[1]孫雨，徐春霞，王曉霞.雷暴與強對流臨近天氣預(yù)報技術(shù)進展[J].農(nóng)家參謀，2019（6）：164.

[2]李青青.雷暴與強對流臨近天氣預(yù)報技術(shù)[J].農(nóng)家參謀，2019（1）：121.