雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)探究

摘要：近年來隨著極端天氣預報工作的快速發(fā)展，臨近預報受到廣泛重視，臨近預報主要是0～6h的高時空分辨率的天氣預報，預報對象是在0～6h時間段中有明顯變化的天氣，主要是雷暴、強對流、冬季暴風雪，相關(guān)的天氣預報工作，具有一定的難度，科學采用先進的天氣預報技術(shù)勢在必行?；诖耍治隼妆┡c強對流天氣的特點，研究臨近天氣預報技術(shù)應用措施，強調(diào)在雷暴與強對流臨近天氣預報過程中積極采用跟蹤雷達回波技術(shù)、雷暴識別技術(shù)等，為促使相關(guān)工作的良好發(fā)展作出貢獻。

關(guān)鍵詞：雷暴"""強對流"""臨近天氣"""預報技術(shù)

Exploration"of"Nowcasting"Technology"for"Thunderstorm"and"Severe"Convection

ZHOU"Juncheng"""ZHANG"Chenwang""WANG"Lu""TU"Yin’ai

Jinxi"County"Meteorological"Bureau，"Fuzhou，"Jiangxi"Province，344800"China

Abstract："In"recent"years，nbsp;with"the"rapid"development"of"extreme"weather"forecasting，"nowcasting"is"widely"valued."Nowcasting"is"mainly"a"weather"forecast"with"high"temporal"and"spatial"resolution"of"0～6h，"and"the"forecast"object"is"the"weather"with"obvious"changes"in"0～6h，"mainly"thunderstorms，"strong"convection"and"winter"snowstorms."The"related"weather"forecasting"work"is"difficult，"so"it"is"imperative"to"scientifically"adopt"advanced"weather"forecasting"technology."Based"on"this，"this"paper"analyzes"the"characteristics"of"thunderstorm"and"severe"convection，"studies"the"application"measures"of"nowcasting"technology，"and"emphasizes"the"active"use"of"tracking"radar"echo"technology，"thunderstorm"identification"technology，"etc."in"the"process"of"thunderstorm"and"severe"convection"nowcasting，"which"contributes"to"the"sound"development"of"related"work.

Key"Words："Thunderstorm;"Severe"convection;"Approaching"weather;"Forecast"technology

雷暴通常在不穩(wěn)定的大氣條件下形成，主要是高溫、低濕度和強烈的上升氣流等促使對流發(fā)展形成雷暴云。雷暴可以發(fā)展成不同的大小和強度，從小型孤立的對流云發(fā)展到大型的雷暴群。隨著時間的推移，雷暴會加強或減弱，甚至消散。強對流天氣通常伴隨著劇烈的降水、大風、冰雹和雷暴等現(xiàn)象，其在不穩(wěn)定的大氣條件下產(chǎn)生，持續(xù)時間較短，但影響強烈?？茖W合理進行天氣預報十分重要。因此，在新時期的環(huán)境下，需要結(jié)合雷暴與強對流臨近天氣的特點，完善天氣預報技術(shù)的應用模式，以達到預期的目的。

1"雷暴與強對流天氣的特點

雷暴是大氣中的劇烈放電現(xiàn)象，往往與雷雨云相伴而生。間接雷暴是閃電電磁感應的杰作，以電涌侵入、輻射電磁場或反擊等形式悄然無息地損害建筑物、設備，甚至威脅人類生命安全。強對流天氣是由強烈上升的氣流掀起的天氣風暴，突發(fā)、猛烈、破壞力驚人，使天氣更加變幻莫測。短時強降水是另一種與雷暴相似的天氣現(xiàn)象。雨水在短時間內(nèi)傾瀉而下，降水強度之大，超乎尋常。我國中央氣象臺對此有著明確的定義：降水量≥20"mm/h，即可稱為短時強降水。與雷暴一樣，短時強降水也是由積雨云孕育而生，但不同的是，其更需要充足的水汽條件來滋養(yǎng)[1]；冰雹如同天空灑下的冰粒；下?lián)舯┝魇抢妆┰葡虏康膹娤鲁翚饬魉l(fā)的天氣奇觀，帶有毀滅性的力量，可以影響方圓幾千米的范圍，破壞力極強。雷暴與強對流天氣的特點如表1所示。

2"雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)的應用

2.1"跟蹤雷達回波技術(shù)

為了滿足氣象預報的多樣化需求，跟蹤雷達回波技術(shù)將不同氣候條件下的反射率因子場精心劃分為多個像素區(qū)域，并嚴格把控這些區(qū)域的規(guī)格，確保每個區(qū)域都能擁有令人滿意的相關(guān)系數(shù)，從而保障高分辨率的預報效果。

在圖像處理階段，跟蹤雷達回波技術(shù)利用回波移動矢量的微妙變化，精確判斷反射率因子相關(guān)區(qū)域的交叉情況。同時，結(jié)合雷達掃描的精準結(jié)果，該技術(shù)能夠準確分析特定地區(qū)在不同時刻的反射率因子，迅速鎖定分布相關(guān)系數(shù)最高的區(qū)域。在數(shù)據(jù)處理過程中，該技術(shù)還巧妙利用云頂變化與地面降水之間的微妙關(guān)系，進行深入的回歸分析，從而精準預測目標地區(qū)的降水量與風暴云的移動軌跡[2]。

2.2"雷暴識別跟蹤技術(shù)

在應用雷暴識別跟蹤技術(shù)進行強對流與雷暴的臨近天氣預報過程中，只需將雷達與閃電定位資料輸入系統(tǒng)，便能借助雷達的敏銳觸覺實時捕捉雷暴的蹤跡，洞悉其位置與強度的微妙變化，最終繪制出臨近預報的精美畫卷。另外，在雷暴識別跟蹤的過程中，需要采用改進TOTAN算法，采用協(xié)方差矩陣，計算相同樣本不同維度的協(xié)方差，在對地閃數(shù)據(jù)網(wǎng)絡化處理后，由不同網(wǎng)格坐標（Xn，Yn）組合設置以下矩陣，按照矩陣的內(nèi)容進行雷暴數(shù)據(jù)的計算分析。

表示雷暴面積的權(quán)重，按照算法的規(guī)定，兩個權(quán)重取值是1.0。由于在實際操作的過程中需要尋找目標函數(shù)匹配的最低數(shù)據(jù)值，因此，需要設置i為第一條路徑起點、j為終點，求取雷暴路徑的和，將目標函數(shù)對應的路徑作為優(yōu)化路徑，為雷暴的跟蹤識別提供保障[3]。

2.3"人工智能算法

人工智能算法在雷暴與強對流臨近天氣預報中具有廣闊的應用前景，利用深度學習和機器學習等技術(shù)，可以提高預報的精度和效率。人工智能算法可以分析大量的歷史數(shù)據(jù)和實時觀測數(shù)據(jù)，自動學習和識別天氣系統(tǒng)的變化規(guī)律和特征。例如：神經(jīng)網(wǎng)絡算法可以用來預測雷暴的發(fā)生時間和強度，支持向量機算法則可以用于分類不同類型的天氣系統(tǒng)。人工智能算法的應用如表2所示。

2.4"模型技術(shù)

在雷暴與強對流臨近天氣預報的過程中，需要完善模型技術(shù)的應用體系（如圖1所示）。預報模型的建立與驗證是雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)的核心環(huán)節(jié)。建立準確的預報模型，經(jīng)過大量實踐驗證，提高預報的準確性和可靠性。建立預報模型過程中，需要考慮多種氣象因素和參數(shù)，分析溫度、濕度、風速、氣壓、地形、地貌等地理信息，采用先進的數(shù)值模擬和統(tǒng)計方法對模型進行優(yōu)化和調(diào)整。驗證階段，將模型應用于歷史天氣數(shù)據(jù)，對比實際觀測數(shù)據(jù)和預報結(jié)果，評估模型的準確性。雷達回波分析是重要的臨近預報技術(shù)，通過分析雷達回波的特征和變化規(guī)律，預測雷暴和強對流天氣的發(fā)生、發(fā)展和消亡[4]。

3"雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1"智能化發(fā)展

雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)未來發(fā)展的過程中，將利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)對氣象數(shù)據(jù)進行處理分析，提高預報準確度和時效性，隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，其在天氣預報中的應用將越來越廣泛和深入；研發(fā)更高效、更高分辨率的資料同化技術(shù)，提供更準確的預報信息，資料同化是將不同來源、不同分辨率的觀測數(shù)據(jù)與數(shù)值預報模型相結(jié)合的過程，提高預報準確性；發(fā)展多模式多尺度耦合技術(shù)模擬和預測雷暴和強對流天氣，多模式多尺度耦合技術(shù)可以整合不同模式和尺度的信息，提高預報的準確性和穩(wěn)定性；采用人工智能技術(shù)實現(xiàn)預警系統(tǒng)的智能化，提高預警的準確性，智能化的預警系統(tǒng)可以實時監(jiān)測天氣變化快速發(fā)布預警信息，為防災減災提供有力支持；深入研究雷暴和強對流天氣的生成和發(fā)展機制，為預報技術(shù)的發(fā)展提供理論支持，為天氣系統(tǒng)的物理機制預報天氣變化的分析做出貢獻[5]。

3.2"數(shù)據(jù)化發(fā)展

雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)未來發(fā)展期間，數(shù)據(jù)化發(fā)展是主要趨勢。主要是從雷達、衛(wèi)星、地面觀測站等多種渠道收集數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的全面性，完善溫度、濕度、風速、氣壓、地形、地貌等地理信息，對收集的數(shù)據(jù)進行整合，消除重復和冗余信息，清洗數(shù)據(jù)中的噪聲和異常值，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。基于大數(shù)據(jù)利用機器學習、深度學習等算法建立預測模型，自動學習識別天氣系統(tǒng)的變化規(guī)律和特征，提高預報的準確性。對實時收集的數(shù)據(jù)進行快速處理和分析，提取有價值的信息，利用云計算和分布式計算技術(shù)，提高數(shù)據(jù)處理的效率速度，將分析結(jié)果以圖表、圖像等形式直觀展示，方便預報員快速理解和判斷，利用三維可視化技術(shù)，展示雷暴和強對流天氣的三維結(jié)構(gòu)和演變過程，改善工作效果[6]。

4"結(jié)語

綜上所述，雷暴與強對流的臨近天氣預報是重要工作，需要重點采用雷暴跟蹤識別技術(shù)、人工智能算法、模型技術(shù)等科學進行臨近天氣預報，且當前各類技術(shù)的應用前景非常好。因此，在新時期的環(huán)境下，需要結(jié)合雷暴與強對流的臨近天氣預報需求，完善和優(yōu)化相關(guān)的技術(shù)體系，以提升天氣預報工作的效果，達到預期的目的。

參考文獻

[1]"丁文文.雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)的探討[J].農(nóng)業(yè)災害研究，2024，14（2）：194-196.

[2]"趙亞楠.雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)探討[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2023（22）：109-112.

[3]"王安琦，曹永哲，王太然，等.雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)探討[J].農(nóng)業(yè)災害研究，2021，11（10）：81-82.

[4]"朱泳樺.基于貝葉斯算法對廣東省強對流天氣的潛勢預報研究[D].南京：南京信息工程大學，2023.

[5]"劉維成.中國北方夏季風影響過渡區(qū)土壤濕度對大氣對流活動的影響研究[D].蘭州：蘭州大學，2023.

[6]"王楷文.青藏高原MCS航空天氣特征及其對航路運行的影響[D].成都：中國民用航空飛行學院，2022.