一次強降水過程TWP16風廓線雷達資料分析

鄭石，王冠，關健華，康博識，黃興友

（1.中國氣象局沈陽大氣環境研究所，沈陽 110166；2.遼寧省氣象裝備保障中心，沈陽 110166； 3.中國氣象局氣象干部培訓學院遼寧分院，沈陽 110166；4.遼寧省氣象服務中心，沈陽 110166； 5.南京信息工程大學 氣象災害預報預警與評估協同創新中心，南京 210044； 6.中國氣象局氣溶膠與云降水重點開放實驗室，南京 210044）

中國暴雨大多數是由臺風天氣形勢所造成的，24 h降雨50 mm就成為暴雨，一個臺風登陸通常24 h內可下幾百毫米的暴雨，甚至可以達到上千毫米的特大暴雨。暴雨是中國東北地區主要的災害性天氣之一，大范圍持續性暴雨和突發性暴雨均會造成嚴重的洪澇災害，淹沒城鎮房屋，危害人民的生命和財產安全[1]。用雷達回波（Reflectivity）來估測登陸臺風的降水量和降水分布是一項研究發展多年的技術，該技術的關鍵在于建立雷達雨量與實際雨量間的關系。

風廓線雷達開始于20世紀80年代，是高空氣象探測系統的重要組成部分。風廓線雷達最初研制的目的是為了探測晴空大氣風場。大量研究表明，UHF、VHF、P波段的風廓線雷達對降水信息也十分敏感，因此利用風廓線雷達探測資料實現對降水天氣的監測具有重要研究價值[2-4]。風廓線雷達早在美國、英國、日本等國家已進行了業務組網全面應用，國內學者對風廓線雷達探空資料在科學研究和業務應用方面前期也開展了大量工作，并在諸多領域都取得了很大進步。國內應用風廓線雷達在探測降水方面已開展了一些具體工作，主要是應用水平風廓線分析暖平流、冷平流、風切變、高低空急流和風場輻合輻散等特征[5-6]。風廓線雷達徑向速度大小及厚度與降水量的變化存在一定的關系；風廓線雷達信噪比的變化與降水的開始、結束及降水的變化有明顯的對應關系[7]；風廓線雷達速度譜寬、垂直速度、信噪比等資料結合分析可對降水過程進行估測；大氣濕度與折射率結構常數之間存在著一定關系[8-9]。張旭斌等[10]在質控及其資料同化應用方面做了實驗對比研究，通過準確描述模式初始場特征，最終對強降水發生的強度和位置作出精確預報。鄒德龍等[11]指出了風廓線雷達能夠探測出強降水發生前空中冷暖平流變化導致大氣層結不穩定，風廓線雷達測到地面風向轉變，對降水預報有一定的指示意義。張京英、鄭石、Bob L W等[12-14]應用風廓線雷達資料對暴雨等強對流天氣進行了分析，指出了強降水前，在垂直風場結構上可以清晰展示高低空急流脈動耦合，對強降水的發生有著很好的預示作用。體現出了風廓線雷達在監測中小尺度強對流天氣獨特的優越性和指導預報應用價值。

1 資料與方法

1.1 風廓線雷達資料

文中主要使用的探測設備為TWP16對流層風廓線雷達（探測方式為五波束），北京敏視達雷達有限公司生產，位于遼寧省盤錦市盤山區國家基本站，地處盆地，南面臨海。利用遼寧SWAN系統及盤錦高頻地波雷達和營口雙偏振雷達資料進行輔助分析。TWP16風廓線雷達參數見表1。應用TWP16對流層風廓線雷達風廓線、徑向速度、信噪比、折射率結構常數、譜寬等資料對2019年8月10—15日“利奇馬”臺風在遼寧省盤錦市登陸引發的強降水天氣過程進行詳細分析。

表1 TWP16型風廓線雷達高/低模式相關參數 Tab.1 Relevant parameters related to TWP16 wind profile radar high/low mode

1.2 高頻地波雷達資料

文中所用OS081H型高頻地波雷達為中船重工鵬力南京大氣海洋信息系統有限公司生產，探測設備布設在盤錦市大洼區紅海灘國家5A級風景區，位于渤海灣東北區域。探測資料為風場、流場、浪場，有效半徑在150 km左右，扇形掃描120°范圍，探測周期為10 min，見表2。

表2 盤錦高頻地波雷達相關參數 Tab.2 Relevant parameters related to high frequency ground wave radar in Panjin

1.3 雙偏振雷達資料

文中所用CINRAD/SA-D雙偏振雷達為北京敏視達雷達有限公司生產，探測設備位于遼寧省營口市大石橋蟠龍山上。營口雙偏振雷達（技術指標見表3）是東北首部業務升級的雙偏振天氣雷達，于2019年6月開始業務試運行。

表3 營口CINRAD/SA-D雙偏振雷達主要技術指標 Tab.3 Main technical indicators of CINRAD/SA-D dual polarization radar in Yingkou

1.4 天氣形勢及臺風系統演變分析

利用Micaps高空地面資料和衛星云圖演變分析，臺風“利奇馬”對遼寧的影響共分為3個階段：第一階段是從10日8時至12日8時，遼寧主要受臺風北上外圍云系影響；第二階段從12日8時至13日8時，臺風“利奇馬”在萊州灣回旋少動；第三階段從13日8時至15日6時，遼寧受臺風減弱為熱帶低壓與西風槽結合影響。臺風“利奇馬”于13日11時停止編號，但其殘渦依然影響遼寧，又與西風槽結合，給遼寧又帶來一次降水集中時段。14日20時，500 hPa西風槽東移南下，不斷有冷空氣侵入到殘渦中，干空氣不斷卷入，使深對流減弱，地面有殘渦在渤海中回旋，又有一部分分裂北上到遼寧吉林中部。又由于臺風“羅燕”的影響，遼寧南部水汽被阻斷，吉林、遼寧中部水汽得到補充，逐漸向鋒面系統轉變。

1.5 降水實況分析

受臺風“利奇馬”和西風帶冷空氣共同影響，8月10日20時至15日20時，遼寧全省大部分地區累計降水量達100～250 mm，平均降水量達126.5 mm，突破1951年以來同期極值。此次降雨過程持續時間長，累計雨量大，影響范圍廣，風雨齊上陣。2019年8月10日20時—8月15日20時遼寧省雨情分布如圖1所示，全省降水統計數據1561個站中，大于250 mm的站數為35個，100～249.9 mm站數1028個，50～99.9 mm站數390個，25～49.9 mm站數71個，10～ 24.9 mm站數17個。從影響范圍廣上來看，全省14個市均出暴雨到大暴雨，出現暴雨以上站數占總站數的91%，大暴雨以上站數占總站數的65%。此次臺風影響強降水過程中，平均降水量最大值出現在盤錦地區，為162.3 mm。

從遼寧SWAN系統輔助分析可知，本次臺風引起的強降水在盤錦地區主要有3個時段，降水主要時段為 8月10日12:00—15日04:00時。8月10日12:00，強降水前6 h，雷達組網基本反射率（強度）如圖2a所示?？梢钥闯?，本次強降水開始階段強回波區由西南至東北方向移動，逐漸進入遼寧省界，影響錦州，即將到達盤錦地區，均值為40～45 dBz。8月12日20:00—13日10:00，為本次強降水發展階段，也是降水極大值時段。從8月13日09:00（見圖2b）雷達組網基本反射率可以看出，強回波區域經過45 h的移動和消散，到13日09:00左右，強回波數值極大值達到50 dBz，標志著盤錦地區暴雨最強點的到來。8月15日23:30分（見圖2c），可以清晰看出主要為零散微弱回波，降水完全結束。

圖2 2019年8月11日12:00 (a)、8月13日09:00 (b)、8月15日23:30 (c)組合基本反射率 Fig.2 Basic reflectance at 12:00 on August 11 (a), 9:00 on August 13(b), and 23:30 on August 15(c), 2019 respectively

2 風廓線雷達特征分析

2.1 水平風廓線

2019年8月10日12:00—8月11日02:00，盤錦地區水平風逐時高度分布如圖3所示?？梢钥闯?，降水前6 h，近地面到高空主要由西南風控制，風速隨高度的增高而增大。近地面到150～750 m，平均風速為7 m/s；5000 m高度層平均風速達到14 m/s；5～12 km高度層，隨時間推移，風速不斷增大，最大 值達到35 m/s。強降水前期長時間深厚的西南氣流積累為降水提供了充足的水汽和能量，具有明顯的中尺度系統影響特征。雷達在8月10日19:00—8月11日02:00探測的風廓線上，近地面至1 km高度層存在風數據缺測，出現空洞，致使風廓線部分雜亂不完整，這主要是由于臺風登陸對微弱的風廓線雷達回波干擾影響所造成。

圖3 2019年8月10日12:00—8月11日02:00盤錦地區水平風逐時高度分布 Fig.3 Horizontal wind height distribution in Panjin from 12:00 on August 10 to 02:00 on August 11, 2019

2019年8月10日18:00時，風速和風向隨高度的變化曲線如圖4所示。可以看出，水平風場資料的 有效獲取高度達到13.5 km，從近地面到6～13.5 km高度層，隨高度的增加，風度不斷變大，最大值為38 m/s，達到了高空急流的標準。0～6 km高度層，隨高度的增加，風速變化稍有雜亂，不規律；6～13.5 km高度層，風速隨高度的增加變化呈規律的正比關系，這是由于臺風臨近登陸，對大氣底層影響較大，高層影響較小。由圖4還可以看出，500～3 km高度層，風向隨高度變化呈現順轉關系；3～4 km高度層，風向隨高度變化呈現逆轉關系；4～4.5 km高度層，風向隨高度變化再次呈現順轉關系；4.5～5 km高度層，風向隨高度變化再次呈現逆轉關系；4.5～5 km高度層，風向隨高度變化第三次呈現順轉關系；4.5～5 km高度層，風向隨高度變化第三次呈現逆轉關系。同一時刻隨著高度增加，風向依次出現順轉逆轉、二次順轉逆轉、三次順轉逆轉。結合同一等壓面上的溫度平流計算公式：

圖4 2019年8月10日18:00盤錦地區風速、風向隨高度變化的曲線 Fig.4 Curve of (a) wind speed and (b) wind direction with altitude in Panjin at 18:00 on August 10, 2019

式中：f為科式參數，f=7.292×10–5；Rd為空氣氣體常數，Rd=8.314。可以得出風向隨高度順轉變化產生暖平流，逆轉變化產生冷平流，與圖4變化一致。3～7 km出現了兩條明顯S型曲線，表明在大氣層中冷暖層相互疊加，對流效應明顯，呈現多層平流結構。底層有冷平流疊加在暖平流上，大氣層結趨于不穩定，并且風速隨高度增高逐漸增大，底層輻合，高層輻散，有利于對流天氣的形成，為強降水產生提供了充足能量。風廓線雷達可以準確清晰展示出水平風廓線資料 隨時間在大氣各個高度層的變化情況，其風場資料高時空分辨率的特點是其他類型雷達無法比擬的。

2.2 徑向速度

在降水情況下，風廓線雷達探測到的徑向速度為垂直方向氣流運動速度與粒子運動速度之和，向下為正，向上為負。垂直方向上風速絕對值越大，反映出不同高度層上水汽和熱交換的程度越劇烈，因此在一定程度上可以反映對流活動的強弱。

2019年8月10日12:00—8月11日02:00，盤錦強降水開始階段徑向速度隨時間的變化如圖5所示。該徑向速度未作落速訂正，代表了空氣自身垂直運動和降水粒子引起下沉運動的加合后產品。從圖5可以看出，在降水前6 h，從低層到高空為上升的暖濕西南氣流。從18:30開始，4～8 km開始出現明顯下沉氣流，為6 m/s，大氣層5 km范圍內主要為下沉氣流，此時強降水開始；8～12 km高空，氣流繼續被抬升，對流繼續加強。

圖5 2019年8月10日12:00—8月11日02:00盤錦地區強降水開始階段徑向速度隨時間變化 Fig.5 The radial velocity at he beginning of heavy precipitation in Panjin changes with time from 12:00 on August 10 to 02:00 on August 11, 2019

2019年8月12日20:00—13日10:00，盤錦強降水發展階段徑向速度隨時間的變化如圖6所示。可以看出，本次強降水最大極值區域在5 km高度層。徑向速度存在一個明顯的分界線，5 km以下徑向速度為8 m/s，極值為9 m/s；5 km以上徑向速度均值為0 m/s。下沉氣流主要集中在5 km以下，強降水主要由5 km高度對流層降水云系引起，5 km以上以微弱上升氣流為主。徑向速度大于9 m/s的垂直速度發生在12日20:00—13日10:00，并且下沉氣流最大值出 現在13日09:00，達到11.2 m/s。這與強降水最大時段相吻合，即從12日20:00強降水開展，在13日00:00左右，降雨強度達到極值，13日10:00強降水結束。由以上分析可知，風廓線雷達徑向速度探測到約9 m/s的垂直下沉速度反映了強降水的開始和結束時間，且垂直下沉速度數值越大，降水越強。風廓線雷達探測到的徑向速度是空氣中自身垂直氣流下沉速度與降水時降水粒子下落速度共同造成的，從一定程度上也反映了降水粒子的密度，可進一步根據徑向速度的大小來判斷是否有強降水發生。

圖6 2019年8月12日20:00—13日10:00盤錦地區強降水發展階段徑向速度隨時間變化 Fig.6 The radial velocity development stage of Panjin area changes with time from 20:00-12 August 10 to 10:00—13 August 10, 2019

2019年8月15日00:00—14:00，盤錦地區強降水結束階段徑向速度隨時間的變化如圖7所示。從圖7可以清晰看出，8月15日03:30強降水基本結束。地面到5 km大氣層范圍內，徑向速度約為1 m/s，但其降雨粒子真實下落速度應該大于1 m/s，空中還有 微弱降水存在。直到8月15日23:30，徑向速度為– 0.2 m/s，接近于0，降水完全停止。

圖7 2019年8月15日00:00—14:00盤錦地區強降水結束階段徑向速度隨時間變化 Fig.7 The radial velocity at the end of heavy precipitation in Panjin changes with time from 00:00 to 14:00 on August 15, 2019

2.3 信號噪聲比

2019年8月10日12:00—8月11日02:00，盤錦地區強降水開始階段信噪比隨時間變化如圖8所示。可以看出，強降水前6 h，10日12:00—18:00，SNR數值在25 dB左右，空中一直存在著微弱降雨過程。10日18:30，SNR數值開始不斷變大，預示著強降水即將到來。

圖8 2019年8月10日12:00—8月11日02:00盤錦地區強降水開始階段信噪比隨時間變化 Fig.8 The signal-to-noise ratio at the beginning of heavy precipitation in Panjin changes with time from 12:00 on August 10 to 02:00 on August 11, 2019

2019年8月12日20:00—13日10:00，強降水發展階段信噪比隨時間的變化如圖9所示?？梢钥闯?，SNR數值55 dB的出現標志著此次強降水的極大值區域。在13日09:00出現70 dB SNR極大值，這與前面分析的降水最強時刻及徑向速度出現極大值時間完全吻合，有著較好的對應關系。SNR數值55 dB的出現對應了此次降雨過程中最強降水時段的開始與結束，SNR強度與降水強度有著密切的對應關系。

圖9 2019年8月12日20：00時—13日10:00強降水發展階段信噪比隨時間變化 Fig.9 The signal-to-noise ratio of the heavy precipitation development stage changes with time from 20:00 to 13:10 on August 12, 2019

2019年8月15日00:00—14:00，盤錦地區強降水結束階段信噪比隨時間的變化如圖10所示。從圖 10可以清晰看出，15日03:30左右，強降雨過程基本結束。SNR數值由50 dB左右突降20 dB左右，空氣中還存在著微弱的降水。直到15日23:30左右，降水完全停止。

圖10 2019年8月15日00:00—14:00盤錦地區強降水結束階段信噪比隨時間變化 Fig.10 The signal-to-noise ratio at the end of heavy precipitation in Panjin changes with time from 00：00:00 to 14:00on August 12, 2019

2.4 折射率結構常數

2019年8月10日12:00—8月11日02:00，盤錦地區強降水開始階段折射率結構常數隨時間的變化如圖11所示。Cn2是反映大氣湍流狀況的常數，它與大氣的濕度有關，通過平均的溫度和氣壓來計算，是大氣光學湍流強度的一個重要參量，可以看作是多普勒天氣雷達不同時刻RHI回波特征。由圖11可知，強降水前6 h，8月11日12:00—18:00，在5 km高度層以下，Cn2維持在1.0×10–13以上；在5～12 km高度層，Cn2維持在1.0×10–16左右，并且隨著高度的增加而逐 漸變小。

圖11 2019年8月10日12:00—8月11日02:00盤錦地區強降水開始階段折射率結構常數隨時間變化 Fig.11 The refractive index structure constant at the beginning of heavy precipitation in Panjin area changes with time from 12:00 on August 10 to 02:00 on August 11 , 2019

2019年8月12日20:00—13日10:00，強降水發展階段折射率結構常數隨時間的變化如圖12所示?？梢钥闯?，8月12:20時—13日10:00，Cn2大于1.0×10–10區域標志著此次強降水的極大值區域，并且在10 km高度層以下，隨著高度的降低，Cn2不斷增大。由以上分析可以判斷，Cn2為1.0×10–10對應了最強降水時段的開始和結束，Cn2最大值出現的探測高度和持續時間與降水有著密切關系。

圖12 2019年8月12日20：00時—13日10:00強降水發展階段折射率結構常數隨時間變化 Fig.12 The refractive index structure constant during the development stage of heavy precipitation changes with time from 20:00 on August 12 to 10:00 August 13 , 2019

2019年8月15日00:00—14:00，盤錦地區強降水結束階段折射率結構常數隨時間的變化如圖13所示。從圖13可以清晰看出，15日03:30左右，強降雨過程基本結束。Cn2數值突降至1.0×10–16左右，空氣中還存在較多的水汽。直到15日23時30分，降水停止。

圖13 2019年8月15日00:00—14:00盤錦地區強降水結束階段折射率結構常數隨時間變化 Fig.13 The refractive index structure constant at the end of heavy precipitation in Panjin area changes with time from 00:00 to 14:00 on August 15, 2019

2.5 速度譜寬

2019年8月10日12:00—8月11日02:00，盤錦地區強降水開始階段速度譜寬隨時間的變化如圖14所示?？梢钥闯觯?月10日18:30開始，5 km高度層以下，速度譜寬均值在2.5 m/s以上；5 km高度層以上，速度譜寬接近0 m/s左右。5 km大氣高度層內，速度譜寬數值不斷增大，預示著強降水即將開始。

圖14 2019年8月10日12:00—8月11日02:00盤錦地區強降水開始階段速度譜寬隨時間變化 Fig.14 The velocity spectrum width at the beginning of heavy precipitation in Panjin area changes with time from 12:00 on August 10 to 02:00 on August 11 , 2019

2019年8月15日00:00—14:00，盤錦地區強降水結束階段速度譜寬隨時間的變化如圖15所示。從圖15可以清晰地看出，15日03:30左右，速度譜寬由2.5 m/s突降至0 m/s左右，強降水過程基本結束。降雨不同高度層內的速度譜寬與其降雨量存在著顯著的線性關系，即降雨強度越強，速度譜寬數值越大。因此，利用速度譜寬的變化趨勢，可以得到降水強的變化趨勢。在強降水過程時段，速度譜寬與降雨強度 存在正比的線性關系，但是近地面300 m內，兩者的相關性不明顯，相關性很差。這是由于近地面地物雜波的影響與干擾導致，速度譜寬對速度差值十分敏感，即便微弱的地物雜波，對其都有很大的影響，所以在近地面區域會顯示相關性變弱或看起來不具相關性的特點[15-17]。

圖15 2019年8月15日00:00—14:00盤錦地區強降水結束階段速度譜寬隨時間變化 Fig.15 TheVelocity spectrum width at the end of heavy precipitation in Panjin area changes with time from 00:00 to 14:00 on August 15, 2019

2.6 多要素資料擬合分析

2019年8月12日06:00盤錦地區強降水多要素資料擬合如圖16所示。將同一時刻水平風廓線、垂直速度、速度譜寬、信噪比、折射率結構常數多種資料擬合在一起進行驗證分析。雷達采用全模式5波束觀測。從圖16可知，在5 km大氣高度層以下，水平風廓線資料出現順轉輻合上升，聚集大量的水汽和能量，垂直速度均在5 m/s以上，速度譜寬均值在2.5 m/s 以上，SNR均值在50 dB以上，Cn2均值在1.0×10–13以上。從圖像可以直觀看出，風廓線雷達各資料有著較好的對應關系，可彼此互為驗證。

圖16 2019年8月12日06:00盤錦地區強降水多要素資料擬合 Fig.16 The heavy precipitation multi-factor data fitting in Panjin area at 06:00 August 12, 2019

3 高頻地波雷達與雙偏振雷達水平風場資料

高頻地波雷達是利用垂直極化高頻電磁波沿高導電率海水表面的繞射特性，實現對海洋環境氣象要素產品進行監測，主要資料有風場、流場、浪場。程攀等[18]利用高頻地波雷達對風場資料應用分析，結果表明，在風速<6 m/s、6～10 m/s和>10 m/s的不同風力條件下，高波地波雷達都有很好的可用性，作為大風過程分析、大風預警和強降水過程輔助研究是很好資料。文中給出了高頻地波雷達所探測到的海平面風場，探測范圍在數據有效半徑（150 km）之內80 km左右，距海平面高度10 m左右，平均風速為8 m/s。說明在降水過程發展強盛時期，海平面上主導的西南風場輸送大量暖濕氣流，在盤錦匯聚，受夏季城市熱力抬升作用，為降水過程提供能量。

高頻地波雷達風場信息可用來印證風場輸送情況，從垂直和水平兩個角度以及從高空和近地面兩個角度，得到同為西南氣流為強降水發生提供水汽能量的結論。圖17為2019年8月12日12:00時盤錦地區強降水前6 h高頻地波雷達海平面上10 h左右水平風場資料，受“利奇馬”臺風登陸影響，從圖17上可以看出，強降水前期，海面大風主要為西南風控制，50 km范圍內風力均值在8 m/s。前期充足的西南風場氣流、海水浪場涌動、流場滾動為強降水的發生聚集了大量的水汽能量，這與風廓線雷達水平風廓線資料（圖3）分析結論完全一致。高頻地波雷達水平風場資料只能展示半徑150 km、海平面上空10 m高度層內、120°扇形范圍的風場實況，風場資料在探測范圍和時空分辨率等多方面存在局限性。

圖17 2019年8月12日12:00盤錦地區強降水風廓線資料 Fig.17 The heavy precipitation wind profile data in Panjin area at 12:00 August 12, 2019

2019年8月11日18:00營口雙偏振雷達水平風廓線資料如圖18所示。結合多個不同時刻、不同仰角雙偏振雷達風場資料與上述風廓線產品資料聯合分析可看出，1 km以下近地面為東北風，1～3 km為東南風，3～5 km以上為南風，5 km以上為西南風。風向隨高度呈順時針旋轉，順轉產生暖平流，底層到高空風場呈輻合的趨勢。在8 km以上，風向出現微弱的逆時趨勢，逆轉產生冷平流，高空風場呈微弱的輻散趨勢。從零風速線到低層1～2 km處存在明顯的東南大風速區，中心風速為20 m/s[19-20]。雙偏振雷達某一時刻水平風場資料獲取同單偏振雷達獲取風場資料原理一樣，是在假設大氣風場線性均勻的狀態下，通過線性擬合運算得到，其單一時刻的風場資料只能反映出大氣中真實風場實況的趨勢，一般需要與多個時刻風場資料或徑向速度資料結合分析，獨立應用風場資料不能給出定性結論需進一步驗證。

圖18 2019年8月11日18:00營口雙偏振雷達風廓線資料 Fig.18 Wind profile data of Yingkou dual-polarization radar at 18:00 on August 11, 2019

2019年8月11日18:00營口雙偏振雷達徑向速度資料如圖19所示。盤錦位于營口北偏西方向130 km 左右，由圖19可看出，在以雷達站為中心點，探測半徑為230 km的等距離圓內，呈現出了明顯的S形曲線。由徑向速度資料可知，從大氣低空到高空存在底層風向順轉、高層逆轉，高層風向逆轉產生的冷平流疊加在底層風向順轉產生的暖平流之上，大氣層結趨于不穩定，有利于對流性降水的發生。從徑向速度圖的面積上看，底層負速度面積大于正速度面積，利于氣流輻合上升，高層正速度面積大于負速度面積，利于輻散下降。雙偏振雷達徑向速度的分析結果可對其風場資料的分析結果進行進一步驗證，兩者相互結合分析可對降水進行預測。風廓線雷達可以獨立應用水平風廓線資料得到風廓線隨時間在各大氣高度層的精準變化趨勢，進而獨立應用高時空分辨率的風廓線資料判斷是否有降水發生[21]。

圖19 2019年8月11日18:00營口雙偏振雷達徑向速度資料 Fig.19 The radial velocity data of Yingkou dual polarization radar at 18:00 on August 11, 2019

4 結論

1）風廓線雷達廓線資料可以展示大氣水平運作在垂直方向的細微結構，清晰直觀地反映出降水過程中風場垂直結構和變化特征，直觀反映強降水開始前至降水結束后大氣的微觀風場變化，對強降水預報預警有重要意義和使用價值。定性判斷和定量分析風向、風速隨時間和空間的不連續變化，可以掌握天氣系統的活動。在強降水階段，大氣對流上升和下沉運動嚴重不規律，探測資料很難滿足局地均勻、各向湍流同性的條件，在一定程度上會影響回波信號，空氣中存在大量的強降水粒子，也會降低風數據的獲取率。當降水減弱時，湍流運動逐漸恢復穩定，風數據獲取的峰值時間稍有偏差，這是由于降水最強階段數據獲取率較低所造成。因此，低的風數據獲取率在某種意義上對強降水也存在一定的指示意義。

2）風廓線雷達徑向速度、信噪比（SNR）、折射率結構常數（Cn2）能清晰反映此次強降水開始、結束、降水持續時間和強度。9 m/s的徑向速度對應了強降水的開始和結束，垂直下沉速度越大，降水越強。55 dB信噪比的出現和結束對應了強降水的始末時間，最大信噪比70 dB的出現對應了降水強度最大極值點。折射率結構常數1.0×10–10的出現和結束反映了降水的始末時間，最大值 1.0×10–10出現的最大探測高度和持續時間與降水有密切的關系。降雨不同高度層內的速度譜寬與其降雨量存在著顯著的線性關系，即降雨強度越強，速度譜寬數值越大，反之利用速度譜寬的變化趨勢可以得到降水強的變化趨勢。

3）將風廓線雷達多種二次產品進行擬合相互比對分析，均可得到高度一致分析結果。在5 km大氣高度層以下，水平風廓線資料出現順轉輻合上升聚集大量的水汽和能量，垂直速度數值均在5 m/s以上，速度譜寬均值在2.5 m/s以上，SNR均值在50 dB以上，Cn2均值在1.0×10–13以上。從圖像可以直觀看出風廓線雷達各資料有著較好的對應關系，可彼此互為驗證。

4）通過高頻地波雷達和雙偏振雷達水平風廓線資料進行輔助分析，均可得到與風廓線雷達風場分析一致結論，驗證了TWP16風廓線雷達高時空分辨率獨特的優勢，可從不同角度探測中小尺度天氣系統與暴雨等強對流天氣。