氣象雷達(dá)產(chǎn)品在強(qiáng)對流天氣中的應(yīng)用分析

高鵬 趙媛

內(nèi)蒙古自治區(qū)五原縣氣象局 內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015100

天氣雷達(dá)能夠發(fā)射與其相對應(yīng)的脈沖電磁波，電磁波在遭遇云雨天氣過程時(shí)將極易散射至四面八方，而且雷達(dá)將會接收后向散射波。以往較為傳統(tǒng)的天氣雷達(dá)僅僅只能對回波當(dāng)中的反射率因子進(jìn)行提取，而現(xiàn)有的多普勒天氣雷達(dá)不僅僅能夠?qū)Ψ瓷渎室蜃有畔⑦M(jìn)行提取，還能對云雨當(dāng)中的雷達(dá)徑向運(yùn)動速度及譜寬等信息進(jìn)行提取[1]。目前，我國使用的新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)是由多普勒天氣雷達(dá)組成的，而且已經(jīng)發(fā)展成為強(qiáng)對流天氣過程監(jiān)測與預(yù)報(bào)的重要工具。新一代天氣雷達(dá)具有探測靈敏度高、空間分辨率高等特點(diǎn)，對于傳統(tǒng)雷達(dá)無法探測的晴空回波也能夠探測出來，因此被廣泛應(yīng)用于強(qiáng)對流天氣探測預(yù)警、估測雷達(dá)上方大氣垂直風(fēng)廓線、降水估計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域，為天氣雷達(dá)產(chǎn)品在強(qiáng)對流天氣臨近預(yù)報(bào)當(dāng)中的應(yīng)用積累了較為豐厚的經(jīng)驗(yàn)。

1 天氣雷達(dá)的工作原理

雷達(dá)是一種無線電設(shè)備，指的是在電磁波背景下對目標(biāo)物的距離與特征進(jìn)行探測的一種手段。能夠?qū)δ繕?biāo)物自身的性質(zhì)進(jìn)行測定。當(dāng)指數(shù)不均勻的物質(zhì)被電磁波照射到之后，電磁波的傳播方向?qū)l(fā)生一定程度的變化，這一現(xiàn)象就被稱為散射。之所以會出現(xiàn)上述現(xiàn)象主要是由于電磁波激發(fā)的次波無法充分抵消。大氣當(dāng)中的冰晶、水滴及氣溶膠都將會發(fā)生散射，另外，折射指數(shù)不均勻的湍流也將會出現(xiàn)散射。對于大氣中傳播的雷達(dá)電磁波而言，其往后散射的部分光將會返回至雷達(dá)方向上，為雷達(dá)天線接收提供一定的便利。再與后向散射電磁波的頻率、相位、延遲時(shí)間等信息相互結(jié)合，對未來的天氣變化狀況進(jìn)行判斷，特別是在降水及風(fēng)場等天氣特征判斷中發(fā)揮著重要作用。

2 天氣雷達(dá)產(chǎn)品在強(qiáng)對流臨近天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

2.1 反射率因子產(chǎn)品

此類產(chǎn)品能夠?qū)邓夭ㄗ兓卣?、降水?qiáng)度、降水動態(tài)變化趨勢等進(jìn)行直觀反映，還能夠與天氣學(xué)特征相互結(jié)合對層云、積云、颮線、鋒面、積層混合云系等信息進(jìn)行識別。相關(guān)觀測人員能夠以其對反射率因子產(chǎn)品的掌握狀況對回波強(qiáng)度信息進(jìn)行判斷，從而對雷雨、大風(fēng)、冰雹等天氣進(jìn)行確定。另外，觀測人員還能夠以反射率因子隨時(shí)間的變化狀況為依據(jù)，對降水回波移動路徑及其發(fā)展趨勢等進(jìn)行判斷。因此，反射率因子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于強(qiáng)對流天氣臨近預(yù)報(bào)當(dāng)中，為做好強(qiáng)對流天氣臨近預(yù)報(bào)工作提供了科學(xué)、有效的指導(dǎo)依據(jù)。

2.1.1 基本反射率

在雷達(dá)體積掃面時(shí)，通過圖像產(chǎn)品的方式對各個(gè)掃描仰角的回波強(qiáng)度進(jìn)行顯示，顯示出的信息被稱為基本反射率因子。其中包含有4km、2km、1km三種類型的分辨率；其距離范圍則包含有460km與230km兩種。另外，基本反射率產(chǎn)品的圖像等級包括16和8兩種類型[2]。隨著探測模式的變化，基本反射率產(chǎn)品圖像的等級也將發(fā)生一定程度的變化。使用基本反射率產(chǎn)品能夠?qū)Ρⅰ⒔涤?、邊界層位置、風(fēng)暴結(jié)構(gòu)等進(jìn)行估算，同時(shí)在冰雹、雷暴等強(qiáng)對流天氣臨近預(yù)報(bào)當(dāng)中發(fā)揮著不可替代的重要作用。

2.1.2 強(qiáng)回波比例

在出現(xiàn)雷暴天氣過程時(shí)，對閃電時(shí)間進(jìn)行首次預(yù)報(bào)時(shí)應(yīng)當(dāng)參考0℃高度位置處40dBz之上發(fā)展中的雷暴單體與回波高于25dBz回波體積兩者之間的比例，并將該數(shù)值定義為強(qiáng)回波比例。在電荷發(fā)生分離時(shí)將會產(chǎn)生較為明顯的冰相粒子，由于其所處環(huán)境的溫濕度、液態(tài)含水量等存在著差異，導(dǎo)致冰相粒子的效率與電極性存在著很大程度的差異。

2.1.3 回波頂高與組合反射率因子

當(dāng)回波強(qiáng)度在18dBz以上的反射率因子被探測時(shí)，與其相對應(yīng)的上空雷達(dá)能夠?qū)ψ罡哐鼋腔夭◤?qiáng)度進(jìn)行探測，這一高度被稱為回波頂高度。通常情況下，回波頂越低，與其相對應(yīng)的系統(tǒng)的強(qiáng)度將會有所減弱。在預(yù)報(bào)天氣時(shí)，如果回波頂高比指定門限的范圍高時(shí)，則表明會出現(xiàn)強(qiáng)對流天氣過程。雷達(dá)靜錐區(qū)的存在，其估測到的雷達(dá)周圍的回波頂要低于實(shí)際情況，如果不能熟練掌握垂直外推方法，將會為風(fēng)暴最高回波頂?shù)呐袛嘣斐闪撕艽蟪潭鹊睦щy。

2.2 平均徑向速度產(chǎn)品

這種產(chǎn)品一般情況下可以對360°方位體積掃描的各徑向速度數(shù)據(jù)進(jìn)行很好的顯示，徑向速度通常情況下都是指云雨粒子運(yùn)動過程中在雷達(dá)徑向上的分量，徑向速度同時(shí)還可以非常清晰地導(dǎo)出大氣和風(fēng)暴的具體結(jié)構(gòu)，并且還可以對高空天氣分析圖的形成、更新和調(diào)整起到起到一定的幫助作用[3]?？梢哉f在強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)各項(xiàng)業(yè)務(wù)當(dāng)中，徑向速度產(chǎn)品可以作為一種非常重要的參考依據(jù)，同時(shí)也會對天氣條件的分析工作和預(yù)報(bào)工作的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定程度的影響。和以往傳統(tǒng)的氣象雷達(dá)相比較而言，現(xiàn)如今現(xiàn)代化的氣象雷達(dá)產(chǎn)品具有更大的應(yīng)用優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)矢量徑向分量，從而可以作為大風(fēng)天氣和雷暴天氣預(yù)報(bào)觀測過程中十分有效的工具。

3 結(jié)語

目前，對強(qiáng)對流天氣過程的監(jiān)測預(yù)報(bào)手段主要依賴?yán)走_(dá)產(chǎn)品，衛(wèi)星產(chǎn)品和常規(guī)地面氣象觀測數(shù)據(jù)作為輔助使用。氣象雷達(dá)具有傳統(tǒng)雷達(dá)的各類功能，而且它的分辨率更高，對雷電、暴雨、大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對流天氣的發(fā)生、發(fā)展均能夠有效監(jiān)測與預(yù)報(bào)預(yù)警。新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品不但可以實(shí)時(shí)給予各類天氣圖像信息，而且還可以提供對多類災(zāi)害性天氣的自動識別以及追蹤產(chǎn)品，這些產(chǎn)品對于強(qiáng)對流天氣觀測預(yù)報(bào)發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用。