氣象雷達產品在強對流天氣觀測預報中的應用

符洪天

摘 要 簡單介紹了氣象雷達概況，并從雷電、短時強降雨、冰雹、大風等天氣的識別預警和雷達的預警方式等方面具體探討了新一代天氣雷達產品在強對流天氣觀測預報中的應用，以期不斷提升氣象雷達產品在天氣觀測預報業務中的有效利用率，從而為氣象預報預警提供十分有價值的指導依據。

關鍵詞 雷達產品；強對流天氣；觀測預報

中圖分類號：P457 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.21.079

三亞市位于熱帶島嶼海南島的最南端，地理坐標為北緯18°09′34″～18°37′27″、東經108°56′30″～109°48′28″。三亞市北靠高山，南臨大海，地勢自北向南逐漸傾斜，形成一個狹長狀的多角形。三亞市地處低緯度，屬熱帶海洋性季風氣候區，氣候復雜多樣，強降雨、大風、雷電、冰雹等強對流天氣較多，這些災害性天氣給當地群眾的生命財產安全以及正常的農業、漁業生產、旅游發展均造成嚴重的威脅，特別是每年夏季，強對流天氣的出現率較高，由此所產生的經濟損失也在逐漸攀升，所以廣大群眾對強對流天氣預報預警等氣象服務的需求日益突顯。

為了滿足海南省三亞市經濟發展對強對流天氣應對服務的迫切需求，海南省于2004年斥巨資投入3臺多普勒天氣雷達，分別布設在海口、三亞以及西沙三個地方，其中三亞多普勒天氣雷達主要放置在鹿回頭山頂。多普勒天氣雷達的使用解決了三亞原有天氣雷達探測距離不足的問題，提升了強對流天氣的監測預警能力。2012年，三亞新一代天氣雷達系統通過現場驗收，該天氣雷達系統是海南省防災減災體系的重要構成部分，同時也是中國氣象局規劃布網天氣雷達之一[1]。該雷達的建設對于提升海南島地區，特別是海南島南部以及海地區熱帶氣旋、局地暴雨以及雷暴等災害性天氣的監測、預報預警和服務能力，對三亞經濟建設、海南國際旅游島服務和重大社會活動提供優質的氣象保障。基于此，對氣象雷達產品在強對流天氣觀測預報中的應用進行分析，從而不斷提高災害性天氣預警水平。

1 氣象雷達概況

氣象雷達是主要用于探測中、小尺度天氣系統的儀器。常規雷達探測主要是憑借云雨目標物對雷達所發射電磁波的散射回波探測垂直結構、空間位置以及強弱分布等內容。而新一代氣象雷達系統的建設是近年來中國非常重要的氣象現代化工程，該系統不但可以當作常規天氣雷達使用，而且在常規天氣雷達功能的基礎上，還可以依靠多普勒效應測量降水粒子的徑向移動速度，估算降水云的速度、風場的結構特征和垂直氣流速度。新一代氣象雷達能夠有效監測雷暴、冰雹、暴雨、強風等惡劣天氣的發生和發展，它還具有很好的定量測量回波強度的能力，并且可以定量估計大范圍降水。除了實時提供各種類型的圖像信息外，新一代天氣雷達還可以提供對各種惡劣天氣自動識別和追蹤的產品。新一代氣象雷達產品主要反射率因子、平均徑向速度和光譜寬度、垂直累積液態含水量（VIL）等。

2 新一代氣象雷達產品在強對流天氣觀測預報中的應用

2.1 反射率因子產品

反射率因子產品可以直觀地顯示降水回波的變化特征、強度以及雨季的移動發展等，并且可以用于研究積云、層狀云、混合云系和鋒面、颮線等天氣特征的明確判別。所以，在強對流天氣觀測預報中，反射率因子產品被廣泛使用。反射率因子產品的特點可以更好地為雷暴、冰雹、強降雨以及大風等強對流天氣預報提供有價值的科學指導。

2.1.1 基本反射率

基本反射率通常指的是在雷達體積掃描過程中，對各個掃描仰角顯示回波強度（dBZ）的圖像產品進行顯示，分辨率涵蓋1 km、2 km或4 km，距離范圍涉及

230 km或460 km，圖像等級可以分為8和16兩類，隨著觀測模式的改變，等級值也發生相應地改變。基本反射率產品大都用于估算降雨量、風暴結構、冰雹潛勢以及確定邊界層位置。該產品對各類雷雨、暴雨、大風、冰雹等強對流天氣觀測預報的應用非常有利[2]。

2.1.2 回波頂高與組合反射率因子

回波頂高通常指的是當觀測到回波強度>18 dBZ的反射率因子時，與其相對應的上空雷達可以探測到最高仰角的回波位置的高度。回波頂越高，則系統強度越強。一般而言，在天氣預報中，如果回波頂部高度大于指定的閾值，則表示會出現強對流天氣。但由于存在雷達靜錐區，雷達周圍的回波頂有時估計太低。并且由于缺乏科學有效的垂直外推法，通常很難準確確定風暴的最高回波頂。組合反射率因子是垂直空氣柱內的最大反射率因子投影在笛卡爾網格點上的產品，其主要表現出一個體積掃描中最大反射率因子的分布。由于CR產品可以在較短時間內對強中心的回波區域位置作出準確及時的判別，增加了CR產品也可準確定位出強對流回波。

2.1.3 強回波比例

在發生雷暴天氣時，對于第一次出現閃電時間的預報能夠依據發展中的雷暴單體在0 ℃高度40 dBz以上和回波占25 dBz以上回波的體積百分比。據一些研究成果顯示可知，在電荷分離過程中起到重要作用的冰相粒子，會由于其所處的環境而出現不一樣的起電極性和效率，例如，它們會受到溫度、濕度以及液態水含量等相關條件的影響。國內一些學者認為，第一次放電的時間在液態水含量增加的狀況下會有所延遲，而放電的位置會有所降低，雷電頻率也會有所減少。

2.2 平均徑向速度產品

平均徑向速度通常顯示整個360°方位體積掃描的徑向速度數據，徑向速度主要是云雨粒子的運動速度在雷達徑向上的分量。徑向速度可以導出大氣結構和風暴結構，也可以助力高空天氣分析圖的生成、調整和更新等。徑向速度產品是強對流天氣觀測預報業務的重要參考，對天氣條件的分析和天氣預報的準確性影響很大。與普通氣象雷達相比，新一代氣象雷達具有實現風矢量徑向分量獲取的主要優勢，為雷暴、大風等強對流天氣的預報預測提供了有效的工具。

2.3 譜寬數據

譜寬數據實際上指的是速度譜寬度數據，即一個對速離散量的度量。它可以提供由風切變，湍流以及速度樣本質量形成的平均徑向速度變化的觀測值。此外，它也可以用來對定邊界的位置進行確定，檢查徑向測量的有效性，并對湍流的大小進行估測，為強對流天氣觀測預報業務提供參考指導。

2.4 垂直累積液態含水量（VIL）

垂直累積液態含水量（VIL）通常表現在降水云體中，在一些確定的底面積格點區域的垂直柱體內液態水總量分布的圖像產品，這是判斷強對流天氣，防止產生冰雹災害的一類有效手段。垂直累積液態含水量（VIL）從被提出到現在，大都用來判別強對流天氣所產生的暴雨、冰雹等天氣現象。早期對冰雹回波的分析判別，往往使用雷達回波參數，憑借單因子、雙因子點聚圖識別以及多因子組合參數進行識別，并且依據回波的形態特征對冰雹進行判斷。近些年來，伴隨著垂直累積液態含水量的提出及其在氣象觀測預報業務中的發展應用，VIL已經慢慢發展成為對流風暴強度做出預測判斷的一個十分重要的參考依據，為冰雹災害的觀測預報預警業務提供極為有利的指導依據。

3 結語

新一代天氣雷達是目前具有國際先進技術的雷達，可以對天氣實時監測，保證雷達系統運行可靠，并有自行標校功能，保證雷達的測量精度。新一代天氣雷達具有傳統雷達的各類功能，而且它對云層的分辨率更高，具備極好的定量測量回波強度的性能，對雷電、暴雨、大風、冰雹等強對流天氣的發生、發展均能夠有效監測與預報預警。新一代天氣雷達產品不但可以實時給予各類天氣圖像信息，而且還可以提供對多類災害性天氣的自動識別以及追蹤產品，這些產品對于強對流天氣觀測預報發揮著極其關鍵的作用。

參考文獻：

[1] 蔣志，程明虎，周燕.應用雷達資料的臨近預報方法對比試驗[J].氣象科技，2013，41（3）：516-521.

[2] 任得萍，趙文杰，嚴玉霞，等.新一代天氣雷達產品在臨近天氣預報中的應用[J].自然科學，2018（3）：256.

（責任編輯：劉昀）