海南的氣候環(huán)境對雷達性能的影響

【摘要】我國東南沿海主要屬于亞熱帶季風氣候，夏季高溫多雨（雨熱同期），冬季溫和少雨，臺灣島南部、雷州半島、海南島、云南西雙版納屬于熱帶季風氣候。本文依據(jù)多普勒天氣雷達資料，進一步研究我國東南沿海氣候和環(huán)境對雷達性能造成的影響。

【關鍵詞】東南沿海；氣候；環(huán)境；雷達性能；影響

我國是一個典型的季風氣候國家，東南沿海地區(qū)屬于典型的亞熱帶季風氣候，夏季高溫多雨（雨熱同期），冬季溫和少雨，一月均溫>0℃。臺灣島南部、雷州半島、海南島等均屬于熱帶季風氣候。中國東南沿海季風氣候，冬季是西北風，夏季是東南風。這給降水和溫度帶來了很大的影響。冬季風由大陸吹向海洋，天氣寒冷干燥；夏季風由海洋吹向陸地，天氣炎熱潮濕，這是炎熱帶季風氣候的顯著特征。

一、東南沿海地區(qū)強對流暴雨的多普勒雷達識別

通過民航現(xiàn)有的資料對2011年10月30日發(fā)生的對流暴雨天氣進行了分析總結，以期能夠更好地完成飛行保障工作。東南沿海地區(qū)強對流暴雨，對飛行安全影響極大，對多普勒雷達的性能也會造成很大的影響。暴雨中伴隨的閃電、雷鳴、冰雹、龍卷風等災害性天氣，對航行造成了嚴重的阻礙。在秋冬換季時，飛行員及預報員易轉向對積冰、凍降水、大霧等天氣現(xiàn)象的關注，而忽略雷暴天氣的發(fā)生及影響，易造成安全隱患。因此，在秋冬換季時對強對流天氣的準確預報是保障飛行安全的重要手段。利用多普勒天氣雷達資料檢測和預報雷暴天氣在目前業(yè)務中的應用越來越廣泛。

據(jù)地面觀測資料及雷達觀測和閃電定位儀資料，2011年10月29日23：45左右，海南發(fā)生對流暴雨，其后雷暴云團迅速發(fā)展向東南方向移動，于10日30時影響海南島及機場，03時左右移出機場，位于機場東南方25KM左右，此次暴雨云團移速約48公里/小時；機場1：00開始響雷，實況陣風達12M/S，雷達回波反射率因子圖強度達到45DBZ，據(jù)機場714CDP雷達探測3日00：38云頂高11000米左右，機場降水持續(xù)2.5時間。

海南探空圖顯示700HPAT-TD為2，單站濕度大，T700-500=16；850HPA在海南島東部部有暖切，渝貴交界處有顯著流線，無高濕區(qū)相配合，850HPA與顯著流線配合表明低層有暖平流影響海南東部，（海南中南部850與500溫度差為26℃；）高空200HPA急流核（68M/S）出流的左前側正好影響海南中西部，因此東南沿海地區(qū)處于大尺度強迫抬升區(qū)域。

二、多普勒雷達資料物理量

LLX06SDN多普雷雷達提供的回波強度、徑向速度以及速度譜寬三中數(shù)據(jù)文件，包含著很大的信息量，從資料中可以看出回波的垂直結構，對研究天氣系統(tǒng)結構具有重要的意義。

運用雷達資料，可以分析對流暴雨中的垂直液態(tài)含水量，其中立體掃描VOL這種計算方法最為直觀。在計算“雨強”時，就需要測量單位時間內落到一定面積上的雨水的質量，測算關系式：Z=ARb（Z表示反射因子，R表示雨強值），雨強單位mm/h。在計算垂直液態(tài)含水量時，測算單位底面積的垂直柱體中的水的質量。計算公式為：M=（Z/A）1/b（Z表示反射因子），垂直液態(tài)含水量的單位是Kg/m2。在計算魚強和垂直液態(tài)含水量使，我們選擇預定參數(shù)：A=380，b=1.75。強對流暴雨的雨強和垂直液態(tài)含水量統(tǒng)計如表1所示。

三、對流暴雨對多普勒雷達K指數(shù)測定的影響

應用多普勒雷達資料預報對流暴雨天氣時，需要先確定預報因子，也即是從資料中選擇具有代表性或明顯特征的參數(shù)作為研究對象，一般較常使用的預報因子有回波強度、徑向速度和譜寬，本文選擇回波強度和徑向速度作為預報因子，同時對對流暴雨天氣開始前風向進行簡要分析。K指數(shù)能表征大氣穩(wěn)定度和中低層水汽含量和飽和程度，K指數(shù)越大，表示大氣越不穩(wěn)定，此時，就容易產(chǎn)生強對流天氣。

經(jīng)雷達識別與測算，時間為23：45左右，海南上空0-0.9km大氣層內主要以東北風為主，在0.9km處有最大風速13.4m/s，從1.2-1.5km大氣層內為東北偏西風，0.6-1.5km大氣云層內風速隨高度的增加而減小，1.8km以上風向逐漸從東北偏西風轉為南風，1.8-2.4km風向基本維持在南風，2.4km以上風向逐漸轉為西南風，風速基本維持不變。1.5-1.8km大氣層中上下風向相反，在此處為風向切邊層。

多普勒雷達的組合反射率因子中，回波強度為雷達預警方法中最主要的參數(shù)，國外有研究者認為40dBz回波頂高可作為預測單體中是否發(fā)生閃電的特征回波強度，國內有研究者通過對北京20個單體的三種雷達回波強度頂高在單體發(fā)展過程及當日探空資料中三個溫度層結高度的綜合對比分析證實了40dBz回波強度這種較適合雷電預警的回波強度。

四、利用垂直液態(tài)含水量識別對流暴雨

在統(tǒng)計垂直液態(tài)含水量的資料中，我們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)強對流天氣的垂直液態(tài)含水量基本上都在45Kg/m2左右，此種大塊區(qū)域屬于高值區(qū)，雷達圖像上會顯示紅色。10Kg/m2以下屬于低值區(qū)，低值區(qū)在雷達圖像上用藍色表示，高值區(qū)域低值區(qū)的界限是十分明顯的，且變化的梯度很大。在一些過渡區(qū)，雷達圖像會顯示淡綠色，但中間基本上很少有過渡。強對流和暴雨天氣的垂直液態(tài)含水量統(tǒng)計如圖1所示。

經(jīng)過強對流和暴雨天氣的垂直液態(tài)含水量統(tǒng)計分析，我們得出，當垂直液態(tài)含水量大于45Kg/m2會出現(xiàn)強對流天氣，

五、對流暴雨對雷達測速的影響

多普勒天氣雷達徑向速度圖像特征的變化，可揭示風場輻合、輻散、切變等影響天氣系統(tǒng)的信息，以往有研究表明通過對多普勒天氣雷達徑向速度圖像特征的分析對降水的發(fā)展和落區(qū)有很好的指示作用。30日01：12時江北區(qū)徑向速度為負速度，此時整個對流系統(tǒng)中負速度大于正速度，30日01：45分時，江北區(qū)徑向速度演變?yōu)檎俣龋藭r整個對流系統(tǒng)中正速度大于負速度，即是出流速度大于入流速度30日01：29的徑向速度表示在海南東區(qū)上空存在逆風區(qū)現(xiàn)象，表明對流發(fā)展旺盛。

通過資料分析，可知水汽供應充足、大氣垂直運動強烈及氣層中存在的不穩(wěn)定結構為海南地區(qū)的本次對流暴雨天氣的必要條件，30日自北方南下的冷空氣觸動該地的不穩(wěn)定能量，誘發(fā)了本次暴雨。在對流系統(tǒng)發(fā)展階段，以負閃現(xiàn)象為主，負閃頻率增快較快時正閃頻率也有遞增趨勢，在此期間有雙峰結構出現(xiàn)。雷達回波強度因子的變化能較好地反映出雷暴演變過程的整體趨勢，負閃集中在回波強度在45dBz以上的強回波中心區(qū)域，回波強度梯度較大的地區(qū)主要為正閃。對流和負閃會影響到雷達的測速，出現(xiàn)一定的干擾，影響測量的準確性。加強預警工作，防止對流暴雨對雷達測速的干擾。

東南沿海地區(qū)強對流暴雨，對飛行安全影響極大。暴雨中伴隨的閃電、雷鳴、冰雹、龍卷風等災害性天氣，對航行造成了嚴重的阻礙。在秋冬換季時對強對流天氣的準確預報是保障飛行安全的重要手段。重點以海南的對流暴雨天氣，來分析我國東南沿海地區(qū)的亞熱帶季風氣候對多普勒雷達的性能造成的影響。運用多普勒雷達資料物理量，來測算對流暴雨中的垂直液態(tài)含水量和雨強，進而對天氣的變化狀況進行進一步的分析。在對流暴雨天氣中，出現(xiàn)的負閃，多普勒天氣雷達徑向速度圖像特征來觀察，雷達回波強度因子的變化能較好地反映出雷暴演變過程的整體趨勢。利用多普勒天氣雷達資料檢測和預報雷暴天氣在目前業(yè)務中的應用越來越廣泛，多普勒雷達的組合反射率因子中，回波強度為雷達預警方法中最主要的參數(shù)，加強檢測和預警工作，避免暴雨天氣對雷達的正常功能造成影響。

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