多普勒雙偏振雷達在冰雹方面的應用

王湘玉

（內蒙古東部人工影響天氣中心，內蒙古 通遼 028000）

我國是冰雹災害出現頻率較多的國家之一，冰雹災害的發生經常給我國工農業生產以及日常生活生成等方面帶來十分嚴重的影響。每年的4-6月是我國的降雹盛期，這一時段也是我國發生冰雹災害次數較多的時期，幾乎每年都會因為冰雹災害的發生而給我國各行各業以及人民生命財產帶來巨大損失。所以，在混合相態降水中識別出冰雹信號，對于冰雹天氣預報預警、人工防雹減災作業等工作的開展具有極其重要的指導作用。天氣雷達是目前全球進行氣象探測以及預報預測的主要技術裝備之一。與常規雷達相比較而言，多普勒雙偏振雷達能夠較好的提升降水率以及液態水含量的觀測的精準度，為數值預報給予質量較高的初始場，而且還能夠結合各參量對降水粒子類型進行識別，以增強對冰雹等強對流天氣的探測水平。基于此，多普勒雙偏振雷達在冰雹方面具有十分廣闊的應用前景。

1 多普勒雙偏振雷達簡介

多普勒雙偏振雷達主要是指在傳統天氣雷達的天線上布設一個偏振器，波導管和偏振狀態切換開關，確保其具備能夠對不同偏振反射率進行測量的功能。雙偏振雷達主要采取同時發射及交替發射2類發射方式。采用同時發射探測到的回波目標時間相關性強，但對硬件技術有較高要求;而交替發射則相對簡便。現階段多普勒雙偏振雷達大都通過交替發射、接收水平以及垂直偏振波來進行氣象探測。

2 冰雹粒子的偏振參數特性

當前，冰雹的產生以及生成的冰雹大小的預報預測是氣象學者們特別重視的主要問題之一。結合冰雹粒子的部分物理特性，可以憑借雷達的參數把冰雹與其他降水粒子較好地劃分開來。但是冰雹粒子在下降過程中的空間定位尚未得到系統清晰的研究，所以仍難以對冰雹大小準確測量。大部分冰雹顆粒均存在偏心率。通常情況下，冰雹粒子的形狀以及空間相對復雜，在它降落過程中運動形式也很冗雜，一般伴隨著翻轉運動。所以，冰雹粒子形成的差分反射率因子（ZDR）隨它的大小、形狀、下落運動以及空間取向等的差異會有所不同。

3 多普勒雙偏振雷達測量參數識別冰雹的應用方法

3.1 水平反射率因子ZH法

Mason通過研究認為水平反射率因子ZH大于55dBz能夠當做冰雹產生的指標。實際情況下，往往在0℃層以上發生水平反射率因子ZH超過45dBz時便能夠預示發生了冰雹天氣。按照這類結論，便可利用參量YZ對冰雹區進行識別。

3.2 指標系數HDR法

K·Aydin以及T·A·Seliga等學者研究指出純液態水的ZDR值一般來說超過0，其變化幅度處于o～4dB范圍內，同水平反射率因子ZH之間呈正相關性。而同周邊降水區特別大的差分反射率因子ZDR比較來說，冰雹的ZDR數值通常為0dB左右，并且ZH屬于高值區。按照這個結論，提出采取參量 HDR=ZH（dBz） –f（ZDR）來識別冰雹區，若HDR大于0，便說明有冰雹區出現。

3.3 差分傳播相移系數 Kdr法

因為某些因素，KDP對冰相粒子并不敏感：第一，冰相粒子的介電常數通常要比液態水小，針對尺寸較大的濕冰雹（直徑大于20mm），粒子的外覆水膜比較薄，通常邊緣部分的介電常數逐漸增大。第二，冰雹的密度一般比別的降水粒子要小。第三，冰雹在降落時表現的翻轉促使其呈粒子的各向同性的性質，針對純冰雹而言，其KDP值幾乎為0。

3.4 模糊邏輯識別法

為獲得更佳的成效，在對上述方法進行全面分析的基礎上，構建了采用模糊邏輯法對冰雹進行識別的模式。模式內部的輸入變量是ZH、zDR、KDP及PHV，輸出結果為5類冰雹粒子，分別是干冰雹（DH）、較小型濕冰雹（SWH）、較大型濕冰雹（LWH）、特大型濕冰雹（GWH）和冰水混合物（H+R）。

4 結語

通過分析，多普勒雙偏振天氣雷達在冰雹方面具有十分重要的作用，憑借雷達能較好地對混合降水區中對冰雹位置進行有效識別，為今后冰雹天氣預報及人工防雹作業等氣象業務工作的開展均具有十分重要的指導意義。