多普勒雷達速度圖的初步探討

鐘波，姜虹，張玉成

（牡丹江市氣象局，黑龍江牡丹江 157009）

多普勒雷達速度圖的初步探討

鐘波，姜虹，張玉成

（牡丹江市氣象局，黑龍江牡丹江 157009）

在短時臨近預報中，通過對多普勒雷達速度圖與強度圖的對比分析，可以了解氣團內部風場結構，從而準確的預測出暴雨、大風、冰雹等強對流天氣的發生和發展，本文簡要的闡述了速度場的分析方法和步驟以及識別速度圖的關鍵要點和注意事項。

多普勒雷達；速度圖；初步探討

1 速度圖定義

多普勒雷達速度圖是利用多普勒效應測量粒子（主要是降水粒子）的徑向速度而得到的一種基本圖像產品[1]。它能反應出許多有用的信息，比如風場的水平和垂直風切變、風場隨高度的變化、識別中小尺度系統等等。由于雷達觀測時的仰角及地球的曲率的影響使得在速度圖上離雷達越遠，回波就離地面越高，所以雷達圖像反映的是以雷達站為中心的一個錐面上的回波情況，認識這一點在實際分析時是很關鍵的。

2 速度圖的特點和反應情況

多普勒雷達測量的是粒子沿雷達發射的電磁波徑向的速度，也就是說既不是粒子的水平速度也不是垂直速度，更不是實際風，但通常徑向速度能夠反映實際速度的水平分量。速度是矢量既有大小又有方向，規定離開雷達的速度為正，反之為負，也稱之為出流速度和入流速度。在速度圖上通常正速度用暖色調表示，負速度用冷色調表示。

速度圖是用以反演垂直風廓線的一種工具，通過對單體風暴和多體風暴風場的研究可以了解對流云團內部風場結構，通過與強度圖的配合使用，可以判斷出對流云團的發生、發展和消亡過程[2]。例如在勢力不穩定情況下垂直風切變的加強能促進對流發展，導致生命更長的風暴的產生和發展。

3 速度圖的識別步驟

3.1 看回波圖的時間

分析一張雷達速度圖，應與強度和其他產品配合分析，但首先應該搞清楚是何時何地的雷達產品。

3.2 看雷達回波的仰角和最大量程

以牡丹江雷達為例，即使是0.5°仰角觀測，在距離雷達150 km處，高度已達到了2.7 km，即大約700 HPA。因此雷達天線的觀測仰角越高即可使用的水平范圍就越小，認識這一點，對分析回波圖非常重要。例如在監測一次全省范圍的降雪時，由于云層較低，在回波圖上，100 km以外就沒有回波了。因此，實際判斷是否有降水時，要結合其他資料來分析。

3.3 看速度色標和判斷速度大小

作為一種約定俗成，規定離開雷達的速度為正，反之為負，也稱之為出流速度和入流速度。零速度的顏色最重要。在牡丹江雷達圖上零速度圖用白色表示。在看出色標的同時應該判斷出最大正負速度中心。

3.4 找出零等速度線和零等速度區

根椐速度圖上零等速度線和零等速度區的分布，可以反推云團內部風場演變。

4 速度圖識別的關鍵技術

4.1 零等速度線或零等速度區的識別

在速度圖上零等速度線通常呈S形、反S形、弓形等幾種形態，也可能更復雜。在實際觀測中，零等速度線（區）經常是不完整的，需要結合背景場進行判斷。找到零線后，首先要分析它產生的原因，除近處地物外，速度的方向與雷達探測的徑相垂直產生的零線最常見，但速度的不連續面產生的零線在預報中更應該引起重視，它往往與切變或冷鋒等易產生強對流天氣的系統相聯系。如：冷鋒降水時通常呈“L”形，這些形態特征在大范圍降水時比較清楚，這也是重要識別指標。

4.2 利用零等速度線或零等速度區識別風向

假定在同一高度上的實際風向是均勻的，從速度圖中心（天線所在位置），沿徑向畫一直線到零等速度線上的某點，過該點做一垂直于此直線的矢量，方向從入流徑向速度一側指向出流徑向速度一側，此矢量即表示實際風向（圖1）。如果風場是不連續的，此方法不適用。

圖1 風向判定示意圖 圖2 利用風速大值中心判斷某層風向

4.3 利用最大速度中心判斷實際風向

若某層高度有最大入流和出流徑向速度中心，從入流中心到出流中心的流線即是此高度層的實際風向（圖2）。

圖3 大尺度連續流場速度圖分布

4.4 速度場上大尺度連續流場分析

圖3列出了大尺度流場的多數情況，上面的小方圖表示風速隨高度的變化，從左到右分別表示：風速隨高度不變、風速隨高度一直增加、風速隨高度先增加又減少、風速隨高度先增加后減少再增加再減少；左邊表示風向隨高度的變化情況，從上到下依次是不變、風向隨高度順轉、風向隨高度先順轉后逆轉，圖中的粗實線代表“零”線，細虛線代表負速度區，實線代表正速度區。圖中的幾種情況在牡丹江的雷達圖上是比較常見的，風向隨高度順轉而風速隨高度先增加后減少，它的零線基本呈S型，在兩側分別有正負速度最大值中心，這樣在圖中可分析出最大風速所在的高度層，大風軸（注意不一定是急流，要估計速度值后判斷）的方向，并可判斷出某處的大概實際風向。

4.5 中小尺度系統分析

利用雷達監測中小尺度系統，是雷達相對其他監測手斷的優勢。多普勒雷達有了速度圖，就能監測中小尺度系統，從而更好地發揮雷達的作用。但中小尺度系統分析也是較復雜和困難的，這里簡要介紹。利用速度對的配置可分析出8種情況[3]：氣旋式旋轉、反氣旋式旋轉、氣旋式輻散、反氣旋式輻合、氣旋式輻散、氣旋式輻合、徑向輻散、徑向輻合（圖4）。其中，氣旋式旋轉是最應值得注意的一類，它在中氣旋和超級單體的識別等方面具有重要指示意義。

圖4 中尺度多普勒速度示意圖

5 分析速度圖要注意的幾個問題

（1）多普勒雷達探測到的速度是回波的徑向速度，并非降水粒子的實際速度。一般不能直接通過徑向速度來判斷回波的移動。速度的移動要通過外推法來判斷。

（2）在多普勒雷達探測徑向速度時，當粒子的速度超過雷達探測的最大不模糊速度時，就會出現速度模糊現象，而“逆風區”指在大片的正、負速度區內出現反向的多普勒雷達徑向速度時，此反向速度區稱之為“逆風區”。形式上，速度模糊一般是從負速度最大變到正速度最大，或從正速度最大變到負速度最大，中間沒有“零”線，“逆風區”正、負速度區之間一般有“零”線。速度模糊是雷達機器本身造成的，“逆風區”是雷達對大氣的一種真實反應,“逆風區”經常與強降水相聯系。

（3）分析強度圖時要有空間概念，不要直觀的把它看成平面，這點十分重要。

多普勒雷達進行平面掃描時，旋轉進行采樣，采集到的是圓錐面上的資料。在分析一張速度圖時，實際分析的是仰視平面視圖上流場的三維空間結構。在分析時應運用雷達測高公式，算出不同距離處的回波對應的不同高度，然后利用高仰角雷達回波速度場資料，分析出暴雨在不同高度上的空間風場結構特征。

[1]王新國.多普勒雷達速度圖識別之關鍵技術[J].吉林氣象，2005，1：25-27.

[2]胡明寶，高太長，湯達章.多普勒天氣雷達資料的分析與應用[M].北京:解放軍出版社,2000：202-212.

[3]張晰瑩,金鳳嶺.新一代天氣雷達回波圖集[M].北京:氣象出版社,2005:10-17.

P412.25

A

1002－252X（2012）01－0030－03

2011－12－6

鐘波（1983-），女，黑龍江省牡丹江市人,成都信息工程學院，本科生，工程師.