強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)分析中多普勒雷達(dá)的作用

孫濤

摘要：雷達(dá)探測的實(shí)時(shí)基本反射率因子強(qiáng)度、基本徑向速度、基本譜寬產(chǎn)品提供了豐富的有關(guān)強(qiáng)天氣的信息，綜合使用 Z、V、W 產(chǎn)品可以較為準(zhǔn)確和及時(shí)地監(jiān)測和預(yù)測災(zāi)害性天氣的發(fā)生和演變。為預(yù)報(bào)服務(wù)提供天氣系統(tǒng)的多種實(shí)時(shí)信息，提高了預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和服務(wù)的時(shí)效性，進(jìn)一步提高了中小尺度災(zāi)害性天氣的預(yù)警能力。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)；強(qiáng)天氣；預(yù)報(bào)；服務(wù)

在強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)預(yù)警工作中要充分利用雷達(dá)的報(bào)警信息，中氣旋往往和劇烈天氣相聯(lián)系。本文從強(qiáng)對流天氣和暴雨天氣的多普勒產(chǎn)品兩方面來進(jìn)行分析，總結(jié)雷達(dá)在天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。

1、強(qiáng)對流天氣多普勒產(chǎn)品分析

強(qiáng)對流天氣多普勒產(chǎn)品分析雷達(dá)是監(jiān)測強(qiáng)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(qiáng)對流天氣內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)信息和系統(tǒng)外部環(huán)境場信息，而且一些導(dǎo)出產(chǎn)品還為我們提供了定量化的強(qiáng)對流天氣信息，幫助我們對強(qiáng)對流天氣做出定量化預(yù)報(bào)。

1.1 冰雹云多普勒雷達(dá)產(chǎn)品特征

基于特殊的空間結(jié)構(gòu)以及冰雹對電磁波的散射特性，冰雹云回波往往表現(xiàn)出獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征。當(dāng)反射率因子大于 55dBZ 時(shí)，可以確定為較強(qiáng)的對流云并有產(chǎn)生冰雹的可能。雷達(dá)獲取的冰雹回波除具有常規(guī)雷達(dá)回波的所有特點(diǎn)外，還具有其它一些明顯特征，由于冰雹粒子具有極強(qiáng)的散射能力，強(qiáng)冰雹往往可以形成 “三體散射”，當(dāng)有 “三體散射”，“三體散射”預(yù)報(bào)冰雹出現(xiàn)一般可有 15-20 分鐘的預(yù)警時(shí)間。

多普勒雷達(dá)的基本速度產(chǎn)品是降水粒子群相對于雷達(dá)的平均徑向速度。能夠分析中小尺度天氣的輻合、輻散等強(qiáng)對流天氣的演變規(guī)律，以及云層或云區(qū)內(nèi)的風(fēng)速風(fēng)向或風(fēng)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(fā)生時(shí)，大部分伴有中氣旋。當(dāng)氣旋是輻合性氣旋時(shí)，冰雹云將進(jìn)一步發(fā)展；反之，氣旋為輻散性氣旋時(shí)，冰雹云將消散。

利用雷達(dá)提供的剖面圖，能夠描述出冰雹云的垂直結(jié)構(gòu)特征，當(dāng)大于 55dbz 的回波區(qū)在回波的中高層時(shí)易產(chǎn)生冰雹。液態(tài)累積含水量表示將反射率因子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成等價(jià)的液態(tài)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于云體中實(shí)際具有的垂直累積液態(tài)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(chǎn)品將能更好地判斷冰雹云的存在。有資料表明：當(dāng) VIL 值超過 55kg·m-?時(shí)，易出現(xiàn)冰雹。另外，冰雹指數(shù)對冰雹預(yù)報(bào)有提示作用，但該產(chǎn)品虛警較多，使用時(shí)應(yīng)結(jié)合其它產(chǎn)品進(jìn)行綜合分析。

1.2、龍卷天氣的多普勒產(chǎn)品分析

龍卷是一種非常罕見的強(qiáng)對流天氣，其破壞力驚人，常可造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。2005 年 7 月 30 日上午安徽靈壁發(fā)生了一次強(qiáng)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(xiàn)為明顯的超級單體回波特征，單體在發(fā)展成熟階段出現(xiàn)前側(cè)及后側(cè)入流槽口。整個(gè)單體呈氣旋性扭曲。徑向速度場出現(xiàn)中氣旋流場結(jié)構(gòu)特征，在龍卷發(fā)生時(shí)出現(xiàn)速度模糊，這在其它對流性天氣監(jiān)測中是極為罕見的。經(jīng)進(jìn)一步判斷當(dāng)時(shí)的徑向速度可達(dá)到 27～34m·s-1。整個(gè)過程中氣旋報(bào)警 16 次（體掃）28 個(gè)，龍卷渦旋特征（TVS）4 次（體掃）6 個(gè)，風(fēng)暴追蹤信息給我們提供了風(fēng)暴單體的過去位置和未來移動趨勢，有助于我們發(fā)布強(qiáng)天氣預(yù)警。

1.3、陣風(fēng)鋒的多普勒雷達(dá)監(jiān)測

強(qiáng)對流單體側(cè)后部強(qiáng)降水拖曳作用形成的強(qiáng)下沉氣流到達(dá)地面后，向云體外側(cè)出流形成了陣風(fēng)鋒。陣風(fēng)鋒卷起的沙土、塵埃形成了陣風(fēng)鋒回波，陣風(fēng)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(dá)由于其脈沖功率大，靈敏度高，動態(tài)范圍寬，可以很好地完成對陣風(fēng)鋒的監(jiān)測。

2、暴雨天氣的多普勒產(chǎn)品分析

2.1、區(qū)域性暴雨

區(qū)域性暴雨在反射率因子場上表現(xiàn)為大范圍的強(qiáng)回波區(qū)，其中多中小尺度系統(tǒng)活動，表現(xiàn)為有組織的強(qiáng)回波帶、回波團(tuán)，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(qiáng)降水區(qū)與徑向速度場上的逆風(fēng)區(qū)對應(yīng)關(guān)系很好，我們可以根據(jù)逆風(fēng)區(qū)的大小、強(qiáng)度、演變趨勢來判斷強(qiáng)降水的落區(qū)。另外 VAD（84）產(chǎn)品能很好地反演雷達(dá)站附近氣流的輻散、輻合，當(dāng) VAD 產(chǎn)品顯示雷達(dá)站附近風(fēng)速輻合量超過 5m·s-1（最大入流絕對值-最大出流絕對值）時(shí)要特別警惕本站有暴雨發(fā)生。

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

2.2、局地性暴雨

我區(qū)7 月 1 日 13 時(shí) 11 分開始出現(xiàn)雷暴、大風(fēng)、強(qiáng)降水天氣，13-20 時(shí)共降雨 34.3mm，縣城出現(xiàn)嚴(yán)重積水。在這次暴雨過程開始前，12 時(shí) 30 分我們分析雷達(dá)產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)，一塊強(qiáng)對流回波向移來，基速度圖上有大片逆風(fēng)區(qū)與強(qiáng)回波區(qū)相配合，同時(shí)在強(qiáng)回波區(qū)中心附近出現(xiàn)中氣旋報(bào)警。據(jù)此預(yù)報(bào)將要發(fā)生雷雨大風(fēng)天氣，并特別提醒雨量較大。

3、暴雪天氣的多普勒產(chǎn)品分析

暴雪天氣的多普勒產(chǎn)品分析常規(guī) 713 雷達(dá)對雪的探測能力很弱，其回波強(qiáng)度較弱，邊緣模糊，結(jié)構(gòu)不清晰，無法對降雪進(jìn)行定量分析。新一代天氣雷達(dá)由于脈沖功率大，探測能力強(qiáng)，靈敏度高，顯示分辨率高，因 此新一代天氣雷達(dá)能較好地完成對雪的探測。同時(shí)新雷達(dá)速度產(chǎn)品、導(dǎo)出產(chǎn)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(qiáng)回波區(qū)，降雪區(qū)最大反射率因子在 19 號產(chǎn)品中可達(dá) 30dbz，在 37 號產(chǎn)品（組合反射率）中可達(dá) 35～40dbz。這些強(qiáng)回波區(qū)與地面強(qiáng)降雪區(qū)對應(yīng)關(guān)系很好，這一點(diǎn)在組合反射率因子產(chǎn)品（37）中表現(xiàn)地更為明顯。反射率因子產(chǎn)品能較好地反映雪回波的結(jié)構(gòu)特征和移動變化趨勢，但在雨雪過渡區(qū)域，由于融化層的影響，回波強(qiáng)度出現(xiàn)畸大現(xiàn)象，預(yù)報(bào)時(shí)應(yīng)注意剔除由冰雪融化造成的強(qiáng)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(fēng)速大小及位置，與其導(dǎo)出產(chǎn)品結(jié)合分析能較好地反映出降雪區(qū)流場的輻合、輻散狀況。分析速度方位顯示（VAD），我們發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)降雪期間 VAD 正弦曲線的中線明顯低于 0 線，對稱性為負(fù)，這表明，本站附近存在明顯的氣流輻合。而在降雪將要結(jié)束時(shí) 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?yōu)檩椛⒘鲌觥＠?VAD 提供的風(fēng)場信息，可以準(zhǔn)確地判斷雷達(dá)站附近氣流的輻散、輻合情況。

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

4、結(jié)論

在強(qiáng)對流天氣預(yù)報(bào)預(yù)警工作中要充分利用新一代天氣雷達(dá)的報(bào)警信息，中氣旋往往和劇烈天氣相聯(lián)系。暴雨預(yù)報(bào)要特別關(guān)注逆風(fēng)區(qū)的位置和動向，同時(shí)注意本站附近的輻合、輻散情況。基本速度及其導(dǎo)出產(chǎn)品，提供了暴雪天氣發(fā)生時(shí)的流場信息，有助于對暴雪天氣的發(fā)生、演變做出正確判斷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王艷蘭，孫瑩，熊英明等.多普勒天氣雷達(dá)反射率因子產(chǎn)品分析與初步應(yīng)用 [J].氣象研究與應(yīng)用，200526（2）：35-38

[2] 陳 恒 明.一次強(qiáng)颮線雷達(dá)回波和云圖特征 [J].氣象研究與應(yīng)用，200728（2）：23-26

[3] 王艷蘭，湯達(dá)章，周文志，等多普勒雷達(dá)降水產(chǎn)品優(yōu)化 [J].氣象研究與應(yīng)用，2007（1：41-44）

（作者單位：延安市氣象局）