雷暴與強對流臨近天氣預報技術探究

摘要：近年來隨著極端天氣預報工作的快速發展，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勢在必行。基于此，分析雷暴與強對流天氣的特點，研究臨近天氣預報技術應用措施，強調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、雷暴識別技術等，為促使相關工作的良好發展作出貢獻。

關鍵詞：雷暴"""強對流"""臨近天氣"""預報技術

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展形成雷暴云。雷暴可以發展成不同的大小和強度，從小型孤立的對流云發展到大型的雷暴群。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、冰雹和雷暴等現象，其在不穩定的大氣條件下產生，持續時間較短，但影響強烈。科學合理進行天氣預報十分重要。因此，在新時期的環境下，需要結合雷暴與強對流臨近天氣的特點，完善天氣預報技術的應用模式，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、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象。雨水在短時間內傾瀉而下，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[1]；冰雹如同天空灑下的冰粒；下擊暴流是雷暴云下部的強下沉氣流所引發的天氣奇觀，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的應用

2.1"跟蹤雷達回波技術

為了滿足氣象預報的多樣化需求，跟蹤雷達回波技術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域，并嚴格把控這些區域的規格，確保每個區域都能擁有令人滿意的相關系數，從而保障高分辨率的預報效果。

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

2.2"雷暴識別跟蹤技術

在應用雷暴識別跟蹤技術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，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，采用協方差矩陣，計算相同樣本不同維度的協方差，在對地閃數據網絡化處理后，由不同網格坐標（Xn，Yn）組合設置以下矩陣，按照矩陣的內容進行雷暴數據的計算分析。

表示雷暴面積的權重，按照算法的規定，兩個權重取值是1.0。由于在實際操作的過程中需要尋找目標函數匹配的最低數據值，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，將目標函數對應的路徑作為優化路徑，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，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據和實時觀測數據，自動學習和識別天氣系統的變化規律和特征。例如：神經網絡算法可以用來預測雷暴的發生時間和強度，支持向量機算法則可以用于分類不同類型的天氣系統。人工智能算法的應用如表2所示。

2.4"模型技術

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的核心環節。建立準確的預報模型，經過大量實踐驗證，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，分析溫度、濕度、風速、氣壓、地形、地貌等地理信息，采用先進的數值模擬和統計方法對模型進行優化和調整。驗證階段，將模型應用于歷史天氣數據，對比實際觀測數據和預報結果，評估模型的準確性。雷達回波分析是重要的臨近預報技術，通過分析雷達回波的特征和變化規律，預測雷暴和強對流天氣的發生、發展和消亡[4]。

3"雷暴與強對流臨近天氣預報技術的發展趨勢

3.1"智能化發展

雷暴與強對流臨近天氣預報技術未來發展的過程中，將利用大數據和人工智能技術對氣象數據進行處理分析，提高預報準確度和時效性，隨著大數據和人工智能技術的不斷發展，其在天氣預報中的應用將越來越廣泛和深入；研發更高效、更高分辨率的資料同化技術，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據與數值預報模型相結合的過程，提高預報準確性；發展多模式多尺度耦合技術模擬和預測雷暴和強對流天氣，多模式多尺度耦合技術可以整合不同模式和尺度的信息，提高預報的準確性和穩定性；采用人工智能技術實現預警系統的智能化，提高預警的準確性，智能化的預警系統可以實時監測天氣變化快速發布預警信息，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展機制，為預報技術的發展提供理論支持，為天氣系統的物理機制預報天氣變化的分析做出貢獻[5]。

3.2"數據化發展

雷暴與強對流臨近天氣預報技術未來發展期間，數據化發展是主要趨勢。主要是從雷達、衛星、地面觀測站等多種渠道收集數據，確保數據的全面性，完善溫度、濕度、風速、氣壓、地形、地貌等地理信息，對收集的數據進行整合，消除重復和冗余信息，清洗數據中的噪聲和異常值，提高數據質量。基于大數據利用機器學習、深度學習等算法建立預測模型，自動學習識別天氣系統的變化規律和特征，提高預報的準確性。對實時收集的數據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，提高數據處理的效率速度，將分析結果以圖表、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，展示雷暴和強對流天氣的三維結構和演變過程，改善工作效果[6]。

4"結語

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、人工智能算法、模型技術等科學進行臨近天氣預報，且當前各類技術的應用前景非常好。因此，在新時期的環境下，需要結合雷暴與強對流的臨近天氣預報需求，完善和優化相關的技術體系，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的探討[J].農業災害研究，2024，14（2）：194-196.

[2]"趙亞楠.雷暴與強對流臨近天氣預報技術探討[J].內蒙古科技與經濟，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探討[J].農業災害研究，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.