強對流天氣預報分析中多普勒雷達的作用

孫濤

摘要：雷達探測的實時基本反射率因子強度、基本徑向速度、基本譜寬產品提供了豐富的有關強天氣的信息，綜合使用 Z、V、W 產品可以較為準確和及時地監測和預測災害性天氣的發生和演變。為預報服務提供天氣系統的多種實時信息，提高了預報的準確性和服務的時效性，進一步提高了中小尺度災害性天氣的預警能力。

關鍵詞：雷達；強天氣；預報；服務

在強對流天氣預報預警工作中要充分利用雷達的報警信息，中氣旋往往和劇烈天氣相聯系。本文從強對流天氣和暴雨天氣的多普勒產品兩方面來進行分析，總結雷達在天氣預報中的應用。

1、強對流天氣多普勒產品分析

強對流天氣多普勒產品分析雷達是監測強對流天氣最有效的工具，不僅可以不間斷的觀測給我們提供強對流天氣內部微觀結構信息和系統外部環境場信息，而且一些導出產品還為我們提供了定量化的強對流天氣信息，幫助我們對強對流天氣做出定量化預報。

1.1 冰雹云多普勒雷達產品特征

基于特殊的空間結構以及冰雹對電磁波的散射特性，冰雹云回波往往表現出獨特的結構特征。當反射率因子大于 55dBZ 時，可以確定為較強的對流云并有產生冰雹的可能。雷達獲取的冰雹回波除具有常規雷達回波的所有特點外，還具有其它一些明顯特征，由于冰雹粒子具有極強的散射能力，強冰雹往往可以形成 “三體散射”，當有 “三體散射”，“三體散射”預報冰雹出現一般可有 15-20 分鐘的預警時間。

多普勒雷達的基本速度產品是降水粒子群相對于雷達的平均徑向速度。能夠分析中小尺度天氣的輻合、輻散等強對流天氣的演變規律，以及云層或云區內的風速風向或風切變，這些流場特征對判斷冰雹云有很大的幫助。徑向速度場判別對流云中是否伴有中尺度氣旋，冰雹云發生時，大部分伴有中氣旋。當氣旋是輻合性氣旋時，冰雹云將進一步發展；反之，氣旋為輻散性氣旋時，冰雹云將消散。

利用雷達提供的剖面圖，能夠描述出冰雹云的垂直結構特征，當大于 55dbz 的回波區在回波的中高層時易產生冰雹。液態累積含水量表示將反射率因子數據轉換成等價的液態水值，對流云中含有的冰雹等大粒子的散射性不滿足雷利散射的條件，尤其 VIL 遠遠大于云體中實際具有的垂直累積液態水，因而偏大的VIL 恰恰反映了云體中含有大的降水粒子。因此 VIL 產品將能更好地判斷冰雹云的存在。有資料表明：當 VIL 值超過 55kg·m-?時，易出現冰雹。另外，冰雹指數對冰雹預報有提示作用，但該產品虛警較多，使用時應結合其它產品進行綜合分析。

1.2、龍卷天氣的多普勒產品分析

龍卷是一種非常罕見的強對流天氣，其破壞力驚人，常可造成重大的人員傷亡和財產損失。2005 年 7 月 30 日上午安徽靈壁發生了一次強龍卷天氣，造成 15 人死亡。本次龍卷天氣過程在反射率因子場上表現為明顯的超級單體回波特征，單體在發展成熟階段出現前側及后側入流槽口。整個單體呈氣旋性扭曲。徑向速度場出現中氣旋流場結構特征，在龍卷發生時出現速度模糊，這在其它對流性天氣監測中是極為罕見的。經進一步判斷當時的徑向速度可達到 27～34m·s-1。整個過程中氣旋報警 16 次（體掃）28 個，龍卷渦旋特征（TVS）4 次（體掃）6 個，風暴追蹤信息給我們提供了風暴單體的過去位置和未來移動趨勢，有助于我們發布強天氣預警。

1.3、陣風鋒的多普勒雷達監測

強對流單體側后部強降水拖曳作用形成的強下沉氣流到達地面后，向云體外側出流形成了陣風鋒。陣風鋒卷起的沙土、塵埃形成了陣風鋒回波，陣風鋒回波多呈窄帶狀，脫離雷暴云母體快速移動，高度一般不超過 3km。雷達由于其脈沖功率大，靈敏度高，動態范圍寬，可以很好地完成對陣風鋒的監測。

2、暴雨天氣的多普勒產品分析

2.1、區域性暴雨

區域性暴雨在反射率因子場上表現為大范圍的強回波區，其中多中小尺度系統活動，表現為有組織的強回波帶、回波團，回波頂凹凸不平。徑向速度場可以分析出高、低空急流，以及大范 圍的氣流輻合。需要特別指出的是強降水區與徑向速度場上的逆風區對應關系很好，我們可以根據逆風區的大小、強度、演變趨勢來判斷強降水的落區。另外 VAD（84）產品能很好地反演雷達站附近氣流的輻散、輻合，當 VAD 產品顯示雷達站附近風速輻合量超過 5m·s-1（最大入流絕對值-最大出流絕對值）時要特別警惕本站有暴雨發生。

降水產品（78、79、80）是基于流域面上的降水累積產品，對防汛抗洪決策服務有重要作用。這里需要注意的是 80 號產品，80 號產品是風暴總降水，算法規定在有效探測范圍內（230km）無回波時間不超過 1 小時就作為一個天氣過程累積。因此，在使用 80 號產品時要注意其累積時段。

2.2、局地性暴雨

我區7 月 1 日 13 時 11 分開始出現雷暴、大風、強降水天氣，13-20 時共降雨 34.3mm，縣城出現嚴重積水。在這次暴雨過程開始前，12 時 30 分我們分析雷達產品發現，一塊強對流回波向移來，基速度圖上有大片逆風區與強回波區相配合，同時在強回波區中心附近出現中氣旋報警。據此預報將要發生雷雨大風天氣，并特別提醒雨量較大。

3、暴雪天氣的多普勒產品分析

暴雪天氣的多普勒產品分析常規 713 雷達對雪的探測能力很弱，其回波強度較弱，邊緣模糊，結構不清晰，無法對降雪進行定量分析。新一代天氣雷達由于脈沖功率大，探測能力強，靈敏度高，顯示分辨率高，因 此新一代天氣雷達能較好地完成對雪的探測。同時新雷達速度產品、導出產品在暴雪探測中的使用也值得我們分析研究。

暴雪過程的反射率因子場存在明顯的帶狀強回波區，降雪區最大反射率因子在 19 號產品中可達 30dbz，在 37 號產品（組合反射率）中可達 35～40dbz。這些強回波區與地面強降雪區對應關系很好，這一點在組合反射率因子產品（37）中表現地更為明顯。反射率因子產品能較好地反映雪回波的結構特征和移動變化趨勢，但在雨雪過渡區域，由于融化層的影響，回波強度出現畸大現象，預報時應注意剔除由冰雪融化造成的強回波假相，正確地估測降雪量。

基徑向速度能提供中、低空激流的風速大小及位置，與其導出產品結合分析能較好地反映出降雪區流場的輻合、輻散狀況。分析速度方位顯示（VAD），我們發現在強降雪期間 VAD 正弦曲線的中線明顯低于 0 線，對稱性為負，這表明，本站附近存在明顯的氣流輻合。而在降雪將要結束時 VAD 正弦曲線的中線明顯高于 0 線，對稱性為正，說明本站附近已變為輻散流場。利用 VAD 提供的風場信息，可以準確地判斷雷達站附近氣流的輻散、輻合情況。

定量測量降水產品（78、79、80）對雪的測量能力很差，同時融化層對降水產品的污染也很嚴重，產品估測與實際降水情況相去甚遠。因此，降雪量的定量測量仍然需要進一步的探討。

4、結論

在強對流天氣預報預警工作中要充分利用新一代天氣雷達的報警信息，中氣旋往往和劇烈天氣相聯系。暴雨預報要特別關注逆風區的位置和動向，同時注意本站附近的輻合、輻散情況。基本速度及其導出產品，提供了暴雪天氣發生時的流場信息，有助于對暴雪天氣的發生、演變做出正確判斷。

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（作者單位：延安市氣象局）