论文部分内容阅读
摘 要：本首先介绍了多普勒天气雷达的工作原理进行介绍，接着从灾害性天气的监测、识别、预警等方面详细阐述了多普勒天气雷达资料在灾害性天气预报中的应用，以期进一步提升多普勒天气雷达在天气预报业务中的应用效果。
关键词：多普勒天气雷达；灾害性天气；预报；应用
郑州市地处华北平原南部，河南省中部偏北，黄河下游，近年来，在全球气候变暖趋势下，郑州市雷电、暴雨洪涝、干旱、冰雹、霜冻、大风等各类灾害性天气常发，给人们的生命财产安全带来严重威胁，社会公众对灾害性天气预报等气象服务需求愈来愈高。多普勒天气雷达系统能够全天候、全方位、全自动地探测和监测半径400公里范围内所有天气变化，作出及时准确的天气预报以及警报，在灾害性天气监测以及预报方面发挥着重要作用。从1998年起，国家拨出专款在全国重点地区实施中国新一代多普勒天气雷达监测网工程。河南省共争取到6部多普勒天气雷达系统，郑州同三门峡、濮阳、商丘、南阳、驻马店五个地区共同形成了河南省高精雷达探测网，其高时空分辨率资料对灾害性天气预报预警起到重要指导作用。本文主要对多普勒天气雷达资料在灾害性天气预报中的具体应用进行分析，以期推动气象灾害的预警业务的发展进步。
一、多普勒天气雷达介绍
常规天气雷达的探测原理是凭借云雨目标物对雷达所发射电磁波的散射回波来测定其空间位置、强弱分布、垂直结构等。而新一代多普勒天气雷达系统建设是我国20世纪末21世纪初的一项极其重要的气象现代化工程，其不但可以起到常规天气雷达的作用，还可以凭借物理学上的多普勒效应来测定降水粒子的径向运动速度，推断降水云体的移动速度、风场结构特征、垂直气流速度等。多普勒天气雷达能够对暴雨、雷电、冰雹、大风等灾害性天气的发生、发展进行有效监测；同时还具有良好的定量测量回波强度的性能，可以定量估测大范围降水；多普勒天气雷达除实时提供各种图像信息外，还可提供对多种灾害性天气的自动识别、追踪产品。多普勒天气雷达产品主要包括基本产品和导出产品两部分。基本产品有三种：反射率因子、平均径向速度和谱宽。导出产品包括组合反射率因子、速度方位显示风廓线、回波顶、垂直累积液态含水量（VIL）等。
二、多普勒天气雷达资料在灾害性天气预报中的应用
1.反射率因子产品。反射率因子产品不但可以直观地显示出降水的强度、降水回波的变化特征以及动态发展趋势，还可以清晰地识别积云、层云以及积层混合云系以及锋面、飑线等天气学特征。观测人员能够凭借反射率因子产品来判断回波的强度，对雨雪、大风、雷电、冰雹等天气进行确定，还能够结合反射率因子伴着时间的变化判断降水回波的移动以及未来的动态趋势等。因此，在灾害性天气预报中，反射率因子产品得到了广泛的应用。反射率因子产品的特征能够为天气预报提供重要的科学指导依据。
（1）基本反射率。基本反射率是雷达工作于体积扫描时，对每个扫描仰角的回波强度（dBZ）进行显示的图像产品。分辨率有1km、2km或4km可选。距离范围有230km或460km可选。图像等级可以划分为8和16两种，等级值随探测模式的变化而发生变化。基本反射率产品用来估算降雨和降雪强度、冰雹潜在性、风暴结构以及确定边界层位置。该产品对各种雷暴、冰雹等灾害天气的预报应用极其有效。
（2）强回波比例。雷暴天气，对于预报第一次发生闪电时间的参考依据可以是发展中的雷暴单体在0℃高度40dBz以上和回波占25dBz以上回波的体积百分比。大量研究已经证实，在电荷分离时起明显作用的冰相粒子，会因为所在的环境而存在不同的起电极性和效率，比如它会受到温度、湿度、液态水含量等条件的影响。国内有学者认为第一次放电的时间在液态水含量增加的条件下会延迟，并且放电的位置会有所下降，闪电发生的频数也会相应减少。
（3）回波顶高与组合反射率因子。回波顶高是指当回波强度超过18dBZ的反射率因子被探测到时，对应其上空雷达可探测最高仰角的回波所在的高度，回波顶越高，系统的强度越强。一般在气象预报中，当回波顶高高于指定的门限时，认为强对流会发生。但是由于雷达静锥区的存在，雷达附近的回波顶会被估计过低，并且由于缺乏科学的向上的垂直外推方法，因此很难准确确定风暴的最高回波顶。 组合反射率是垂直气柱内的最大反射率因子投影在笛卡尔坐标格点上的产品，揭示了一个体积扫描中的最大反射率因子的分布。利用 CR 产品可快速、准确有效地确定强中心的回波位置，增加了高度显示的 CR 产品可以准确定位强对流回波。
2.平均径向速度产品。平均径向速度所表示的是整个360°方位体积扫描的径向速度数据，径向速度就是云雨粒子的运动速度在雷达径向上的分量。径向速度具备很多直接的应用，能够导出风暴结构以及大气结构，还能够帮助形成、调整以及更新高空分析图等。径向速度产品是天气预报中的一个重要参考依据，其对气候条件分析以及天气预报的正确性有极其重要的影响。多普勒天气雷达与普通的天气雷达相比，其主要优势就是实现了对风矢量在径向上分量的获取，为短时临近天气预报以及灾害性天气预报提供了切实有用的工具。
3.谱宽数据。谱宽数据实际上指的是速度谱宽数据，它是一个对速度离散量的度量。它能够提供由于风切变、湍流以及速度样本质量造成的平均径向速度变化的观测，还可以用于确定边界（密度不连续面）位置、检查径向量的有效性以及估计湍流大小，为天气预报工业的开展提供一定的指导作用。
4.垂直累积液态含水量（VIL）
垂直累积液态含水量（VIL）是表现在降水云体中，在某一确定的底面积格点区域的垂直柱体内液态水总量分布的图像产品，是确定强对流天气避免造成雹灾的可行性措施之一。最垂直累积液态含水量（VIL）从被提出至今，其主要用于判别强对流天气造成的暴雨、暴雪和冰雹等灾害性天气。早期对冰雹回波的判断，经常运用雷达回波参数，运用单因子、双因子点聚图识别以及多因子组合参数识别，并根据回波的形态特征对冰雹进行判断。随着VIL的提出及其在气象工作中的发展应用，VIL逐步发展成为判断对流风暴强度的一个极其重要的参考依据，为冰雹天气的预报预警工作具有重要的指导意义。
三、结语
多普勒天气雷达具备着良好的定量测量回波强度的性能以及图像分辨率，能够有效监测预警暴雨、雷电、冰雹、大风等灾害性天气发生发展，实时提供各种图像信息，还能够提供对多种灾害性天气的自动识别、追踪产品。可以说，多普勒雷达资料在灾害性天气预报工作中发挥着极其重要的作用。
参考文献：
[1]张沛源，余志敏，王慕维.多普勒天氣雷达资料在强天气短时预报中的应用[C].第十一届亚运会气象保障研究论文集，北京：气象出版社，1992.
[2]洪文平.多普勒雷达速度资料在短时天气预报中的应用[J].青海科技，2009（5）.
作者简介：颜飞（1968-），男，汉族，重庆人，研究生学历，助理工程师，从事应用气象工作。
关键词：多普勒天气雷达；灾害性天气；预报；应用
郑州市地处华北平原南部，河南省中部偏北，黄河下游，近年来，在全球气候变暖趋势下，郑州市雷电、暴雨洪涝、干旱、冰雹、霜冻、大风等各类灾害性天气常发，给人们的生命财产安全带来严重威胁，社会公众对灾害性天气预报等气象服务需求愈来愈高。多普勒天气雷达系统能够全天候、全方位、全自动地探测和监测半径400公里范围内所有天气变化，作出及时准确的天气预报以及警报，在灾害性天气监测以及预报方面发挥着重要作用。从1998年起，国家拨出专款在全国重点地区实施中国新一代多普勒天气雷达监测网工程。河南省共争取到6部多普勒天气雷达系统，郑州同三门峡、濮阳、商丘、南阳、驻马店五个地区共同形成了河南省高精雷达探测网，其高时空分辨率资料对灾害性天气预报预警起到重要指导作用。本文主要对多普勒天气雷达资料在灾害性天气预报中的具体应用进行分析，以期推动气象灾害的预警业务的发展进步。
一、多普勒天气雷达介绍
常规天气雷达的探测原理是凭借云雨目标物对雷达所发射电磁波的散射回波来测定其空间位置、强弱分布、垂直结构等。而新一代多普勒天气雷达系统建设是我国20世纪末21世纪初的一项极其重要的气象现代化工程，其不但可以起到常规天气雷达的作用，还可以凭借物理学上的多普勒效应来测定降水粒子的径向运动速度，推断降水云体的移动速度、风场结构特征、垂直气流速度等。多普勒天气雷达能够对暴雨、雷电、冰雹、大风等灾害性天气的发生、发展进行有效监测；同时还具有良好的定量测量回波强度的性能，可以定量估测大范围降水；多普勒天气雷达除实时提供各种图像信息外，还可提供对多种灾害性天气的自动识别、追踪产品。多普勒天气雷达产品主要包括基本产品和导出产品两部分。基本产品有三种：反射率因子、平均径向速度和谱宽。导出产品包括组合反射率因子、速度方位显示风廓线、回波顶、垂直累积液态含水量（VIL）等。
二、多普勒天气雷达资料在灾害性天气预报中的应用
1.反射率因子产品。反射率因子产品不但可以直观地显示出降水的强度、降水回波的变化特征以及动态发展趋势，还可以清晰地识别积云、层云以及积层混合云系以及锋面、飑线等天气学特征。观测人员能够凭借反射率因子产品来判断回波的强度，对雨雪、大风、雷电、冰雹等天气进行确定，还能够结合反射率因子伴着时间的变化判断降水回波的移动以及未来的动态趋势等。因此，在灾害性天气预报中，反射率因子产品得到了广泛的应用。反射率因子产品的特征能够为天气预报提供重要的科学指导依据。
（1）基本反射率。基本反射率是雷达工作于体积扫描时，对每个扫描仰角的回波强度（dBZ）进行显示的图像产品。分辨率有1km、2km或4km可选。距离范围有230km或460km可选。图像等级可以划分为8和16两种，等级值随探测模式的变化而发生变化。基本反射率产品用来估算降雨和降雪强度、冰雹潜在性、风暴结构以及确定边界层位置。该产品对各种雷暴、冰雹等灾害天气的预报应用极其有效。
（2）强回波比例。雷暴天气，对于预报第一次发生闪电时间的参考依据可以是发展中的雷暴单体在0℃高度40dBz以上和回波占25dBz以上回波的体积百分比。大量研究已经证实，在电荷分离时起明显作用的冰相粒子，会因为所在的环境而存在不同的起电极性和效率，比如它会受到温度、湿度、液态水含量等条件的影响。国内有学者认为第一次放电的时间在液态水含量增加的条件下会延迟，并且放电的位置会有所下降，闪电发生的频数也会相应减少。
（3）回波顶高与组合反射率因子。回波顶高是指当回波强度超过18dBZ的反射率因子被探测到时，对应其上空雷达可探测最高仰角的回波所在的高度，回波顶越高，系统的强度越强。一般在气象预报中，当回波顶高高于指定的门限时，认为强对流会发生。但是由于雷达静锥区的存在，雷达附近的回波顶会被估计过低，并且由于缺乏科学的向上的垂直外推方法，因此很难准确确定风暴的最高回波顶。 组合反射率是垂直气柱内的最大反射率因子投影在笛卡尔坐标格点上的产品，揭示了一个体积扫描中的最大反射率因子的分布。利用 CR 产品可快速、准确有效地确定强中心的回波位置，增加了高度显示的 CR 产品可以准确定位强对流回波。
2.平均径向速度产品。平均径向速度所表示的是整个360°方位体积扫描的径向速度数据，径向速度就是云雨粒子的运动速度在雷达径向上的分量。径向速度具备很多直接的应用，能够导出风暴结构以及大气结构，还能够帮助形成、调整以及更新高空分析图等。径向速度产品是天气预报中的一个重要参考依据，其对气候条件分析以及天气预报的正确性有极其重要的影响。多普勒天气雷达与普通的天气雷达相比，其主要优势就是实现了对风矢量在径向上分量的获取，为短时临近天气预报以及灾害性天气预报提供了切实有用的工具。
3.谱宽数据。谱宽数据实际上指的是速度谱宽数据，它是一个对速度离散量的度量。它能够提供由于风切变、湍流以及速度样本质量造成的平均径向速度变化的观测，还可以用于确定边界（密度不连续面）位置、检查径向量的有效性以及估计湍流大小，为天气预报工业的开展提供一定的指导作用。
4.垂直累积液态含水量（VIL）
垂直累积液态含水量（VIL）是表现在降水云体中，在某一确定的底面积格点区域的垂直柱体内液态水总量分布的图像产品，是确定强对流天气避免造成雹灾的可行性措施之一。最垂直累积液态含水量（VIL）从被提出至今，其主要用于判别强对流天气造成的暴雨、暴雪和冰雹等灾害性天气。早期对冰雹回波的判断，经常运用雷达回波参数，运用单因子、双因子点聚图识别以及多因子组合参数识别，并根据回波的形态特征对冰雹进行判断。随着VIL的提出及其在气象工作中的发展应用，VIL逐步发展成为判断对流风暴强度的一个极其重要的参考依据，为冰雹天气的预报预警工作具有重要的指导意义。
三、结语
多普勒天气雷达具备着良好的定量测量回波强度的性能以及图像分辨率，能够有效监测预警暴雨、雷电、冰雹、大风等灾害性天气发生发展，实时提供各种图像信息，还能够提供对多种灾害性天气的自动识别、追踪产品。可以说，多普勒雷达资料在灾害性天气预报工作中发挥着极其重要的作用。
参考文献：
[1]张沛源，余志敏，王慕维.多普勒天氣雷达资料在强天气短时预报中的应用[C].第十一届亚运会气象保障研究论文集，北京：气象出版社，1992.
[2]洪文平.多普勒雷达速度资料在短时天气预报中的应用[J].青海科技，2009（5）.
作者简介：颜飞（1968-），男，汉族，重庆人，研究生学历，助理工程师，从事应用气象工作。