氣象雷達產品在強對流天氣觀測預報中的應用

吳宏偉

摘 要：介紹了雷電、短時強降雨、冰雹、大風等強對流天氣對農業(yè)生產的危害，論述了氣象雷達的概況，利用雷達基數數據對強對流天氣進行識別、跟蹤及預報，以不斷提升氣象雷達產品在強對流天氣觀測預報中的應用效果，為氣象預報提供更有價值的指導依據。

關鍵詞：氣象雷達產品;強對流天氣;天氣預報;探討

文章編號：1004-7026（2020）18-0146-02? ? ? ? ?中國圖書分類號：P412.25? ? ? ? 文獻標志碼：A

強對流天氣是氣象領域中極為復雜的天氣現象，一般在短時間內突然發(fā)生，伴隨著劇烈的運動，對人類生命財產安全有極大的破壞力。冰雹與暴雨是典型的強對流天氣類型。一般強對流天氣水平范圍較小，在200～300 km之內，因此強對流天氣系統(tǒng)是中小范圍的天氣系統(tǒng)。氣象雷達產品是通過電磁波探測目標的電子設備，在氣象領域發(fā)揮著至關重要的作用。研究分析天氣雷達的反射波，有利于對天氣的實際情況進行實時監(jiān)測，科學合理預測天氣發(fā)展的趨勢，可以比較直觀地觀察到天氣變化及發(fā)展趨勢，進而對強對流天氣進行快速識別及預測。在強對流天氣觀測預報中應用氣象雷達產品，有利于對強對流天氣進行自動識別、跟蹤及預報，有利于提升強對流天氣預報的準確性。

1? 強對流天氣對農業(yè)生產的危害

1.1? 冰雹氣象災害對農業(yè)生產的危害

突發(fā)的冰雹災害會造成經濟林果、農作物、蔬菜等問題，主要防御措施如下。①針對受損的農作物，及時剪除斷裂或殘果多的枝條，集中處理修剪下來的枝條及雹災造成的落葉。②針對受災的蔬菜，受損嚴重且無經濟價值的應及時拔除改種，受損較輕的應進行扶苗、補苗，及時清除殘枝敗葉并集中移出種植園地進行深埋等處理，防止病菌蔓延。③要加強田間水肥管理。冰雹襲擊后，農作物機械創(chuàng)傷多，抗病能力下降，極易遭受病害侵襲。加強田間水肥管理，采取及時追施速效肥料、噴施葉面肥、中耕松土等措施，提高農作物抗病能力，同時做好病蟲害防治工作，盡量降低冰雹造成的經濟損失。

1.2? 暴雨氣象災害對農業(yè)生產的危害

在特大暴雨中，洪澇災害會導致農作物受災，一些農作物因嚴重積水和沖毀導致絕收，主要防御措施如下。及時開展災情摸底調查，進行苗情、疫情、病情和田間管理等情況的監(jiān)測、收集、核實、上報，并實行包干負責制，班子成員每人負責抗災救災和恢復生產工作。各級農業(yè)部門嚴格實行24 h值班制，緊急情況發(fā)生時隨時出動救災。加強災情收集與統(tǒng)計匯總工作，及時上報新的受災情況。

1.3? 大風災害對農作物產生的影響

大風天氣是農業(yè)致命性的災害，可以導致農作物倒伏。玉米、小麥等秸稈作物，一旦遇到大風天氣，80%會倒伏。特別是在作物灌漿時期，如果遇到大風災害天氣會造成農作物果實不飽滿，進而導致農作物減產。大風天氣增大了火災發(fā)生的風險，導致地表迅速風化，不利于生態(tài)環(huán)境的保持[1]。

2? 氣象雷達產品的相關概述

氣象雷達產品在小尺度天氣系統(tǒng)的探測中應用較多。一般的雷達探測儀是借助云雨目標物對雷達發(fā)射電磁波的散射回波進行探測，可以探測其垂直結構、強弱分布及空間位置等。近年來，新一代天氣雷達系統(tǒng)的不斷建設和完善，成為我國十分重要的氣象現代化工程。新一代天氣雷達系統(tǒng)可以當作常規(guī)天氣雷達應用，也可以基于常規(guī)天氣雷達，根據多普勒效應測量降水粒的徑向移動速度，對降水速度、風場結構特征及垂直氣流速度進行合理估算。新一代氣象雷達可以對冰雹、暴雨、雷暴及強風等強對流天氣現象進行實時監(jiān)測，具有定量測量回波強度的能力，能定量估計大范圍的降水。新一代氣象雷達不僅可以實時提供各類圖像信息，還能夠對各類惡劣天氣進行自動識別，并對這些惡劣天氣現象進行追蹤。新一代氣象雷達產品可以反射率因子、平均徑向速度及光譜寬度等。

3? 氣象雷達在強對流天氣觀測預報中的應用現狀

我國科學家應用氣象雷達對強對流天氣進行觀測及分析，已積累了一定經驗，將氣象雷達應用于強對流天氣觀測的技術水平也在不斷提升。隨著社會生產的不斷進步和科學技術的快速發(fā)展，尤其是計算機技術的迅速發(fā)展，我國應用氣象雷達觀測強對流天氣的技術也有了一定發(fā)展。各類性能較好的氣象雷達在強對流天氣觀測中的應用越來越多，對強對流天氣觀測及預報發(fā)揮著至關重要的作用。20世紀80年代，新一代多普勒天氣雷達的出現及發(fā)展，讓氣象雷達更加專業(yè)，針對性不斷增強。新一代多普勒天氣雷達對強對流天氣的有效識別及精準預報，一定程度上使其在氣象領域的應用越來越廣泛，應用效益不斷提升。新一代天氣雷達能夠明確探測目標的尺度大小、形狀及空間位置等，還能收到回波信號的頻率、振幅及相位等信息，有利于準確探測目標的各項物理特征。這些特征讓新一代天氣雷達對強對流天氣有更好的識別能力，對強對流天氣起到了非常好的識別預示作用，在具體應用過程中充分驗證了這一作用，氣象雷達產品成為氣象領域研究十分關鍵的工具之一。

4? 氣象雷達產品在強對流天氣觀測預報中的研究應用

4.1? 反射率因子產品

反射因子產品能夠較為直觀地反映降水回波的變化特征、雨季及強度的移動發(fā)展等。利用反射因子可以研究積云、層狀云、鋒面及混合云系等天氣特征，能夠準確識別這些特征。反射因子產品對強對流天氣的觀測預報應用最為廣泛，由于其自身具備的特點，能為冰雹、強降雨及雷暴等強對流天氣提供更科學的指導。

4.1.1? 基本反射率分析

基本反射率主要是在雷達體積的掃描過程中，對各個掃描仰角所顯示的回波強度圖像產品的反映及顯示，一般分辨率在1 km、2 km或4 km時，距離范圍涉及到230 km或460 km，其圖像等級能夠劃分為8和16兩種類型。隨著觀測模式的不斷發(fā)展變化，等級值也會發(fā)生一定變化?；痉瓷渎十a品絕大多數都是估算降雨量、冰雹潛勢及風暴結構的，可以明確邊界的位置。基本反射率有利于對各種暴雨、冰雹、大風等強對流天氣觀測預報，提高了強對流天氣觀測預報的準確性[2]。

4.1.2? 回波頂高及組合反射率因子分析

回波頂高主要是指在觀測到回波強度大于18 dBZ的反射率因子時，和其所對應的上空雷達能夠探測到最高仰角的回波位置，一般回波頂越高，系統(tǒng)強度越大。在天氣預報過程中，若回波頂高度遠大于規(guī)定的閾值，則表示會有強對流天氣現象出現。因為存在雷達靜錐區(qū)域，所以氣象雷達產品周邊區(qū)域的回波會比預估的低。由于沒有科學合理的垂直外推法，一般不能準確有效地確定風暴的最高回波頂。

組合反射率因子產品CR產品。由于垂直空氣柱內最大反射率因子會投影在笛卡爾網格點上，并表現出一個掃描最大反射率因子。CR產品能夠在較短的時間內對比較強的回波區(qū)域位置作出有效的判斷，一定程度上會增大CR產品對強對流回波定位的精準性。

4.1.3? 強回波比例的研究

雷暴天氣預報主要是對首次出現閃電時間的預報，可以按照發(fā)展中的雷暴單體在0 ℃高度40 dBz之上與回波占25 dBz之上的回波的體積百分比判斷。據有關研究表明，電荷分離過程中能夠起作用的冰相粒子，其所處環(huán)境會出現不同的電極性效益。溫度、液態(tài)水含量及濕度等，都會對其有一定影響。我國專家學者研究發(fā)現，首次放電時間會隨著液態(tài)水含量增加而有一定延遲，而且其放電位置會有所降低，雷電的頻率也會隨之減少。

4.2? 氣象雷達產品平均徑向速度產品分析

平均徑向速度一般會顯示360°立方體范圍內掃描到的徑向速度的數據信息。一般徑向速度由云雨粒子的運動速度在氣象雷達產品向上的分量所決定。徑向速度能夠導出風暴結構及大氣結構，也能推進高空天氣分析圖的生成、調節(jié)和及時更新等。徑向速度是氣象雷達產品對強對流天氣觀測預報的重要參考數據信息，對強對流天氣觀測預報的精準性有很大影響。氣象雷達能夠實現風矢量徑向分量，并具有一定優(yōu)勢，進而為強對流天氣觀測預報精準性的提升提供工具[3]。

4.3? 氣象雷達的譜寬數據分析

氣象雷達產品的譜寬數據信息主要是指速度寬譜數據信息對速度離散量的度量工作，可以是風切變所提供。其湍流和速度樣本質量會構成平均徑向速度變化的觀測值[4-7]。

與此同時，氣象雷達產品的譜寬數據能夠對定邊界的位置進行準確確定，可以檢測徑向測量的準確性，進而對湍流大小進行科學合理的估測，為強對流天氣的觀測預報提供參考依據。

5? 結束語

新一代氣象雷達產品是我國現階段較為先進的強對流天氣觀測預報雷達。其在強對流天氣觀測預報中的應用，有利于提升強對流天氣雷達系統(tǒng)的可靠性，還具有自行標校功能，有利于提升強對流天氣觀測預報的準確性。

參考文獻：

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