白城市降水雷達(dá)回波特征分析

劉玉潔+王鐵巖

摘要：利用白城市多普勒天氣雷達(dá)探測(cè)的回波強(qiáng)度資料，分析了白城地區(qū)層狀云、積層混合云、對(duì)流云、降雪云的回波特征，并討論了徑向速度場(chǎng)代表的環(huán)流特征，為進(jìn)一步發(fā)揮天氣雷達(dá)在防災(zāi)減災(zāi)中的作用奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)強(qiáng)度；徑向速度

中圖分類(lèi)號(hào)： P458.121.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.06.057

測(cè)雨雷達(dá)問(wèn)世以來(lái)，估測(cè)降水一直是其主要目標(biāo)。20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)氣象工作者在對(duì)雷達(dá)深入研究的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出雷達(dá)新產(chǎn)品，建立自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。與此同時(shí)，新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也建立起來(lái)，并快速提高分布密度，雷達(dá)在暴雨監(jiān)測(cè)預(yù)警中的作用進(jìn)一步發(fā)揮出來(lái)。湯達(dá)章等對(duì)雷達(dá)跟蹤回波運(yùn)動(dòng)方法進(jìn)行了研究，這項(xiàng)研究為白城市開(kāi)展新一代雷達(dá)定量估測(cè)降水提供了參考。

白城市氣象局2003年8月布設(shè)了一部多普勒天氣雷達(dá)，自投入運(yùn)行以來(lái)，為白城市防災(zāi)減災(zāi)做出突出貢獻(xiàn)。本文利用白城市多普勒天氣雷達(dá)探測(cè)的回波強(qiáng)度和徑向速度資料，分析了白城地區(qū)層狀云、積層混合云、對(duì)流云、降雪云的回波特征，并討論了徑向速度場(chǎng)代表的環(huán)流特征，為進(jìn)一步發(fā)揮天氣雷達(dá)在防災(zāi)減災(zāi)中的作用奠定基礎(chǔ)。

1資料和方法

白城市新一帶天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)運(yùn)行中采用VOL降水模式2進(jìn)行體掃，探測(cè)距離150公里，做0.6～19.8度10個(gè)仰角層的掃描。在試驗(yàn)過(guò)程中獲得一個(gè)基數(shù)大概需要6分鐘左右，生成雷達(dá)數(shù)據(jù)需要4分鐘左右。本文在分析2005年到2015年雷達(dá)回波強(qiáng)度的基礎(chǔ)上分析白城不同區(qū)域在不同時(shí)期降水量的雷達(dá)回波特征。

2 層狀云降水雷達(dá)回波特征

層狀云降水回波的特點(diǎn)是面積大、范圍廣、回波強(qiáng)度分布比較均勻。在PPI 強(qiáng)度圖上可以清楚看到層狀云降水回波的這些特點(diǎn)：范圍一般比較大，回波邊緣的輪廓不大清楚，但結(jié)構(gòu)比較均勻，成片或分片呈彌散狀分布，回波中有時(shí)存在著一些大的片狀或絲條狀結(jié)構(gòu)，但沒(méi)有明顯塊狀結(jié)構(gòu)。在RHI圖上，可以發(fā)現(xiàn)層狀云降水回波的結(jié)構(gòu)均勻且有序，其頂部偶爾有相對(duì)比較平整的起伏區(qū)域，這些區(qū)域沒(méi)有明顯的泡體，而且水平尺度要大于垂直尺度。層狀云降水回波頂一般發(fā)展得不高，約4公里左右，但不同季節(jié)高度不同。

層狀云降水回波的移動(dòng)和變化一般比較緩慢，這是由于造成層狀云降水的天氣系統(tǒng)的演變比較緩慢，以及由于這類(lèi)回波比較弱，范圍較大，邊緣不易確定，使得雷達(dá)觀測(cè)中往往會(huì)把回波區(qū)的移動(dòng)速度估計(jì)偏低，尤其是在降水影響到測(cè)站后更容易如此。

3 積層混合云降水回波特征

白城地區(qū)的降水特點(diǎn)是春季、夏季和秋季比較多，而且降水以混合降水為主。在雷達(dá)顯示的回波圖中可以看到明顯的塊狀或絮狀結(jié)構(gòu)積狀云的回波。隨著對(duì)流活動(dòng)的增加，層狀降水回波的特征愈來(lái)愈弱，而積狀云降水回波愈來(lái)愈明顯，回波的絮狀結(jié)構(gòu)也就由層狀云為主的片絮狀變化成以積狀云為主的塊絮狀。從雷達(dá)圖上可以看出回波邊緣沒(méi)有明顯界限，而且支離破碎，回波中可顯示結(jié)實(shí)的團(tuán)塊。當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到40dBZ以上時(shí)回波團(tuán)塊整齊排列可形成一條短帶。而積層混合云降水回波的天氣特點(diǎn)是降水范圍大，降水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，累積雨量大，往往造成大面積的強(qiáng)降水，白城市出現(xiàn)的大范圍的大雨或暴雨和連陰雨往往是這類(lèi)回波造成的。當(dāng)降水加強(qiáng)時(shí)，回波的結(jié)構(gòu)由片絮狀向塊絮狀轉(zhuǎn)化。“0℃層亮帶”變得不清晰。反之，降水減弱時(shí)回波從塊絮狀變化成片絮狀。

4 對(duì)流性降水回波特征

對(duì)流性降水回波的特征在PPI 強(qiáng)度圖上會(huì)有明確顯示，一般表現(xiàn)為多個(gè)獨(dú)立的由分散單體所組成的小塊回波。這些回波似連未連，隨著天氣變化排成不同形狀，有的成條狀、有的成帶狀，但無(wú)論是什么形狀，回波單體都緊密相連，強(qiáng)度很大。隨著天氣變化，對(duì)流回波可呈孤立分散狀或有規(guī)律的形狀，如帶狀、條狀、旋渦狀等。在PPI 徑向速度圖上，由于對(duì)流性降水回波單體分散，水平尺度較小，因此從圖上看到的速度分布也比較零散。在非常小的單體中只可看到正速度或負(fù)速度，只有在較大單體中才能看到以正速度或負(fù)速度為中心的回波線。但是對(duì)流降水回波數(shù)據(jù)圖上的零速度線是很小很短的，只有在較強(qiáng)的對(duì)流云天氣下，才會(huì)看到多條分布不規(guī)則的零速度線。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有零速度線閉合時(shí)，就顯示是一個(gè)逆風(fēng)區(qū)，逆風(fēng)區(qū)的附近會(huì)有強(qiáng)回波出現(xiàn)。總體來(lái)說(shuō)，對(duì)流云回波速度場(chǎng)上通常有以下幾點(diǎn)共同特征：每一個(gè)對(duì)流單體都能完成獨(dú)立完整的包括上升氣流和高空低空輻合輻散在內(nèi)的垂直循環(huán)系統(tǒng)。每一個(gè)單體對(duì)流的產(chǎn)生和發(fā)展都與環(huán)境有密切關(guān)系，部分強(qiáng)對(duì)流天氣具有明顯的中氣旋結(jié)構(gòu)。

5 雪的回波特征

雪一般都是在冬季，那么在PPI上顯示的雪的回波強(qiáng)度跟層狀云連續(xù)性降水回波是很相似的。主要特征是：回波面積分布廣泛，回波持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，回波垂直厚度比較小，回波呈絲縷狀，回波強(qiáng)度弱且分布均勻，一般為10dBZ 左右。在 RHI 上顯示出的雪的回波是云的高度較低，頂部比較平坦。徑向速度圖的分布與層狀云連續(xù)性降水回波速度分布也類(lèi)似，有明顯的零速度線，常常是正、負(fù)速度區(qū)域平分秋色，有對(duì)稱的正、負(fù)速度中心，但值很小。

6結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)了白城市不同降水云與降雪云的雷達(dá)回波強(qiáng)度場(chǎng)和速度場(chǎng)特點(diǎn)，并且分析了雷達(dá)回波徑向速度場(chǎng)的環(huán)流特征，通過(guò)此項(xiàng)研究，在實(shí)際業(yè)務(wù)中結(jié)合天氣實(shí)況，利用高低空多普勒徑向風(fēng)場(chǎng)分布情況，能更好預(yù)示天氣系統(tǒng)的演變，為提高短時(shí)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提供參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞小鼎，姚秀萍.新一代天氣雷達(dá)原理與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)氣象局培訓(xùn)中心，2004.

[2] 黃新，范鴻蕓.烏魯木齊地區(qū)降水雷達(dá)回波特征分析[J].科技資訊，2008，（26）：225.