新一代天氣雷達(dá)觀測(cè)與災(zāi)害預(yù)報(bào)

新一代天氣雷達(dá)觀測(cè)與災(zāi)害預(yù)報(bào)

新一代天氣雷達(dá)的應(yīng)用158部規(guī)模大、高靈敏度和全相延遲氣候雷達(dá)的中國(guó)新一代氣候雷達(dá)網(wǎng)將很快建成。隨著南部和東部的氣溫雷達(dá)，第一代和第二代在中國(guó)各地分布，這顯著提高了中國(guó)監(jiān)測(cè)災(zāi)害天氣的能力。新一代天氣雷達(dá)為臨近天氣預(yù)報(bào)和災(zāi)害性天氣警報(bào)提供了重要的高質(zhì)量的大氣觀測(cè)資料,它與其他大氣觀測(cè)系統(tǒng)一起能更加完整地給出大氣狀況的圖像。因此充分地利用好新一代天氣雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù),能提高災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)能力、氣象服務(wù)能力和防災(zāi)減災(zāi)能力,使它在氣象業(yè)務(wù)中發(fā)揮更大的作用。新一代天氣雷達(dá)由于它的大功率、高靈敏度和全相參性能,可大大提高雷達(dá)定量測(cè)量降水的可靠性。同時(shí)可探測(cè)降水的生消、降水的演變、降水的范圍和強(qiáng)弱以及降水分布。定量測(cè)量降水是新一代天氣雷達(dá)的重要任務(wù)之一。新一代天氣雷達(dá)可探測(cè)大氣中的多種天氣系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)。鋒面、槽線、臺(tái)風(fēng)、輻合帶、颮線、中氣旋、對(duì)流風(fēng)暴等天氣系統(tǒng),盡管它們尺度不同,有大有小,新一代天氣雷達(dá)都可以探測(cè)它們的生、消、移動(dòng)、演變及其結(jié)構(gòu)特征。同時(shí)新一代天氣雷達(dá)還可以探測(cè)到多種天氣現(xiàn)象及其強(qiáng)度、移動(dòng)和演變過(guò)程。如龍卷、雷暴、冰雹、陣性降水、連續(xù)性降水、下?lián)舯┝骱痛箫L(fēng)等。正是由于新一代天氣雷達(dá)具有以上探測(cè)能力,因此在氣象領(lǐng)域有多種用途。主要用于:a.臨近天氣預(yù)報(bào)和災(zāi)害性天氣警報(bào)b.人工防雹作業(yè)指揮c.人工增雨作業(yè)指揮d.雷電監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)e.定量測(cè)量降水及洪水預(yù)報(bào)f.航空保障g.數(shù)值預(yù)報(bào)h.氣象學(xué)和氣候?qū)W研究新一代天氣雷達(dá)探測(cè)的基本數(shù)據(jù)是反射率因子、多普勒速度和速度譜寬。不同用途將采用不同的觀測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理方法和資料分析方法。本文主要介紹新一天氣雷達(dá)在臨近天氣預(yù)報(bào)和災(zāi)害性天氣警報(bào)中的應(yīng)用。1我國(guó)新一代天氣雷達(dá)觀測(cè)模式臨近天氣預(yù)報(bào)主要指0～3小時(shí)的天氣預(yù)報(bào)。災(zāi)害性天氣警報(bào)一般在0～1小時(shí)之內(nèi)。美國(guó)發(fā)布的龍卷風(fēng)警報(bào)平均提前量只有十幾分鐘。制作臨近天氣預(yù)報(bào)和發(fā)布災(zāi)害性天氣警報(bào)的主要依據(jù)是天氣雷達(dá)觀測(cè)資料,其他資料由于時(shí)效和分辨率原因只能作為輔助。目前新一代天氣雷達(dá)中的CINRAD/SA的速度和譜寬的分辨率為250m。強(qiáng)度(反射率因子)的分辨率為1km(計(jì)劃提高到250m)。一般5到6分鐘做一個(gè)立體掃描。這樣的時(shí)空分辨率,其他大氣探測(cè)系統(tǒng)是無(wú)法達(dá)到的。目前,我國(guó)新一代天氣雷達(dá)業(yè)務(wù)觀測(cè)采用美國(guó)WSR-88D的觀測(cè)模式,即降水模式采用VCP-11或VCP-21觀測(cè)模式,這兩種模式都是立體掃描模式,仰角都是從0.5°開(kāi)始抬高到19.5°結(jié)束。第一個(gè)仰角和第二個(gè)仰角都是掃二圈,一圈是專測(cè)強(qiáng)度,探測(cè)距離到460km;第二圈是專測(cè)速度,探測(cè)距離在140km左右,通過(guò)退距離模糊處理,達(dá)到230km。VCP-11共有14個(gè)仰角,轉(zhuǎn)16圈,用時(shí)在5分鐘左右;VCP-21只有9個(gè)仰角,轉(zhuǎn)11圈,用時(shí)6分鐘左右。VCP-21比VCP-11轉(zhuǎn)的圈數(shù)少,而用時(shí)比VCP-11長(zhǎng),其原因是VCP-21的積分次數(shù)比VCP-11多,因此VCP-21的數(shù)據(jù)質(zhì)量比VCP-11高。晴空模式采用VCP-31或VCP-32,這兩種模式都是分5層(5個(gè)不同仰角),VCP-31轉(zhuǎn)7圈(最低2層各掃2圈),VCP-32轉(zhuǎn)8圈(最低3層各掃2圈)。一般用10分鐘左右。以上觀測(cè)模式只是美國(guó)氣象業(yè)務(wù)上采用的觀測(cè)模式中的4種模式,不是美國(guó)氣象業(yè)務(wù)上采用的全部模式。由于我國(guó)的地形特征和天氣特征與美國(guó)不同,采用以上觀測(cè)模式已發(fā)現(xiàn)不少問(wèn)題,如有的雷達(dá)采用以上掃描模式,0.5°和1.45°的掃描基本上沒(méi)有用,看到的大部是地物回波。不少高山站需要0°或負(fù)仰角掃描才能抓到的低層天氣系統(tǒng),而采用上述觀測(cè)模式后低層天氣系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)不到了。另外,不少地區(qū)已發(fā)現(xiàn)采用目前的雷達(dá)軟件系統(tǒng)冰雹的空?qǐng)?bào)率高。美國(guó)下一代天氣雷達(dá)網(wǎng)在業(yè)務(wù)運(yùn)行中已發(fā)現(xiàn)采用以上觀測(cè)模式存在的問(wèn)題,為此已對(duì)觀測(cè)模式進(jìn)行了不少改進(jìn)。1.1觀測(cè)方法的確定(1)臨近天氣預(yù)報(bào)和災(zāi)害性天氣警報(bào)對(duì)觀測(cè)方法是有要求的。雷達(dá)應(yīng)觀測(cè)到影響本地天氣的天氣過(guò)程,為此由于各地的地形不同,天氣條件不同,觀測(cè)方法應(yīng)該有差異,就是同一雷達(dá)站,不同季節(jié)、不同天氣下觀測(cè)方法也應(yīng)該不同。(2)采用的觀測(cè)方法應(yīng)該能觀測(cè)到天氣系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特征,以識(shí)別天氣系統(tǒng)及所產(chǎn)生的天氣現(xiàn)象特征,重點(diǎn)是及時(shí)識(shí)別出各種災(zāi)害性天氣,如臺(tái)風(fēng)、鋒面、颮線、中氣旋等及其是否產(chǎn)生暴雨、冰雹、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣。(3)采用的觀測(cè)模式應(yīng)該能觀測(cè)到天氣系統(tǒng)的演變特征,使觀測(cè)員能抓著系統(tǒng)的生成、發(fā)展、消散全過(guò)程,為具體臨近預(yù)報(bào)提供系統(tǒng)的移向、移速以及各種天氣的強(qiáng)度和落區(qū)及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。盡量做到定點(diǎn)、定時(shí)、定量預(yù)報(bào)。1.2觀測(cè)模式的改進(jìn)(1)對(duì)地物仰角的適當(dāng)降低有些山區(qū)雷達(dá),采用0.5°、1.45°觀測(cè)時(shí)看到的大多是地物,對(duì)于這些站第一層的仰角應(yīng)適當(dāng)抬高。有些高山站的雷達(dá)第一層可以從0°開(kāi)始或從負(fù)仰角開(kāi)始。(2)接觸組合觀測(cè)各雷達(dá)站都有自己的最佳觀測(cè)仰角。目前只能采用體掃模式,觀測(cè)周期太長(zhǎng)(5～10分鐘)。使用這種觀測(cè)周期的資料有時(shí)難于對(duì)單體進(jìn)行跟蹤,更難于分析單體的合并和分裂。為了加快觀測(cè)周期在必要時(shí)可進(jìn)行PPI觀測(cè)。這樣可把觀測(cè)周期提高到30秒。可分析研究單體的生消、合并和分裂等現(xiàn)象。(3)聯(lián)邦條線和rhi條線目前CINRAD/SA、SB、CB雷達(dá)都不能進(jìn)行RHI掃描。只能用體掃資料制作任意垂直剖面。這樣得到的垂直剖面說(shuō)到底就是9條線(采用VCP-21觀測(cè)資料)或14條線(采用VCP-11觀測(cè)資料)。完全不能和RHI觀測(cè)圖像比較。一般RHI觀測(cè)從0～30°掃描,可獲取300個(gè)徑向數(shù)據(jù),300和14相比,可知它們精細(xì)程度的差別是很大的,有人說(shuō)雷達(dá)的波束寬度是1°,0.1°獲取一條徑向數(shù)據(jù)沒(méi)必要。這種看法是不對(duì)的。這一個(gè)0.1°和那一個(gè)0.1°是不同的。兩兩相減有可能獲取分辨率為0.1°的數(shù)據(jù)。2根據(jù)新一代天氣雷達(dá)的相鄰警報(bào)和災(zāi)難天氣警報(bào)處理原則2.1徑向速度分布的特征在臨近預(yù)報(bào)過(guò)程中,首先要分清哪些是降水回波,哪些是晴空回波,哪些是地物回波,哪些是超折射回波、哪些是海浪回波等。回波的區(qū)分完全靠計(jì)算機(jī)完成就目前水平而言是不可能的。因此需要預(yù)報(bào)員在分析過(guò)程中,根據(jù)回波特征和經(jīng)驗(yàn)自己進(jìn)行區(qū)分。對(duì)一個(gè)沒(méi)有觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)的同志來(lái)說(shuō)這是困難的。各種回波的主要特點(diǎn)如下:a.降水回波,一般呈片狀,塊狀、帶狀等,移動(dòng)有規(guī)律性,不同性質(zhì)的降水,回波強(qiáng)度差異大,但一般都大于20dBz,徑向速度分布有規(guī)律。b.晴空回波,一般都分布在雷達(dá)周圍,低仰角范圍大些、高仰角范圍小些。回波強(qiáng)度一般小于20dBz,徑向速度圖清晰,正負(fù)速度分布較典型。有的雷達(dá)把晴空回波作為地物回波處理,這是不對(duì)的。晴空回波是一種很有用的回波,它不但能測(cè)出邊界層的風(fēng)速分布特征,而且還能給出邊界層的層結(jié)結(jié)構(gòu)。因此不能作為地物回波把它們?yōu)V除。c.地物回波,一部雷達(dá)周圍的山脈和高層建筑的阻擋,都可形成地物回波,有經(jīng)驗(yàn)的雷達(dá)觀測(cè)員一般都知道哪塊是山的回波,哪塊是建筑物的阻擋。地物回波一般與山脈走行和分布一致。回波強(qiáng)而梯度大,測(cè)到的徑向速度一般很小,在1～2m·s-1以下,甚至為零速度區(qū)。不同天氣條件下強(qiáng)度會(huì)有變化,但不會(huì)移動(dòng)。用RHI掃描很容易看到山峰,雷達(dá)測(cè)到的山峰高度一般都比實(shí)際高度高,其上部還常出現(xiàn)旁瓣回波(一種虛假回波)。d.海浪回波也是一種很有用的回波,用此回波可估測(cè)海浪高度和海面風(fēng)向風(fēng)速,把它也做為一種地物回波濾除也是不對(duì)的。海浪回波一般在1.5°以下或負(fù)仰角下才能看到。回波強(qiáng)度與海浪高度成正相關(guān)?；夭ㄎ恢迷诤０毒€以外,走向與海岸線一致。速度回波清晰,分布有規(guī)律。e.超折射回波是一種虛假回波,一般說(shuō)來(lái)是由于大氣層結(jié)原因,把遠(yuǎn)處的地物回波拉到了雷達(dá)觀測(cè)范圍之內(nèi)。這種回波的強(qiáng)度梯度大、結(jié)構(gòu)雜亂,對(duì)應(yīng)的速度圖更混亂,以雜波為主。抬高仰角后,超折射回波自然消失。2.2由回波的角度所組成的回波面積是擴(kuò)大效應(yīng)的結(jié)果當(dāng)仰角不為0°時(shí),掃描面是一個(gè)圓錐面,而顯示是一個(gè)二維平面。分析員應(yīng)牢記,在顯示圖像上,不同距離的回波,距地面的高度是不同的。把一個(gè)圓錐面作為一個(gè)二維平面,實(shí)際上把回波面積擴(kuò)大化了,仰角越高則擴(kuò)大效應(yīng)越大。只有在0°仰角時(shí),顯示的面積才是真正的面積,當(dāng)仰角是90°時(shí),把一條線,顯示成了一個(gè)面。擴(kuò)大效應(yīng)是無(wú)窮大。在分析時(shí)要有意識(shí)地把顯示圖像還原成真實(shí)圖像。2.3雷達(dá)回波的誤差雷達(dá)坐標(biāo)與地理坐標(biāo)的變換問(wèn)題是一個(gè)重要問(wèn)題。否則在預(yù)報(bào)中將造成預(yù)報(bào)地點(diǎn)的錯(cuò)誤。在這里預(yù)報(bào)員應(yīng)記注:a.雷達(dá)坐標(biāo)的0°～180°是地理坐標(biāo)的南、北,但90°～270°不是地理坐標(biāo)的東、西。b.采用的背景地圖要通過(guò)等距保角變換,才能與觀測(cè)回波相匹配,否則將產(chǎn)生較大誤差。c.不同觀測(cè)仰角采用的背景圖應(yīng)該不同,不進(jìn)行投影變換是不行的。d.在投影變換時(shí),應(yīng)考慮地球曲率,具體變換公式可參考文獻(xiàn)306-307頁(yè)的變換公式。3回波的演變過(guò)程天氣雷達(dá)觀測(cè)資料是制作臨近預(yù)報(bào)與災(zāi)害性天氣警報(bào)的主要依據(jù)。對(duì)雷達(dá)回波進(jìn)行分析是關(guān)健環(huán)節(jié)。如何分析回波,從哪些方面入手才能使分析更接近大氣的真實(shí)情況,是需要研究的問(wèn)題。在回波分析中經(jīng)驗(yàn)是十分重要的。掌握回波的演變?nèi)^(guò)程是回波分析的基礎(chǔ)。因此從雷達(dá)觀測(cè)范圍出現(xiàn)回波開(kāi)始,就要關(guān)注回波的發(fā)展、演變,維持和消散的全過(guò)程。密切跟蹤回波演變,回波分析才有根據(jù)。對(duì)于降水回波來(lái)說(shuō),回波分析應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手。3.1混合性降水回波一般說(shuō)來(lái),層狀云降水回波不會(huì)出現(xiàn)災(zāi)害性天氣,對(duì)流云降水回波常會(huì)造成雷暴、大風(fēng)、冰雹和局地暴雨天氣,混合性降水回波常常會(huì)造成暴雨、大暴雨。3.2云結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征首先從PPI上看它的準(zhǔn)水平二維結(jié)構(gòu)。從整個(gè)畫面的形態(tài)上回波可分為片狀回波、帶狀回波、平行短帶回波、人字形回波、渦旋狀回波等等。從局部(小范圍)形態(tài)上又可分出鉤狀回波、弓狀回波等。從結(jié)構(gòu)特征上可分為層狀云結(jié)構(gòu)、對(duì)流云結(jié)構(gòu),層狀云結(jié)構(gòu)中常有零度層亮帶,對(duì)流云結(jié)構(gòu)中又可分單體、多單體、超級(jí)單體,超級(jí)單體中又有穹隆、回波墻、懸掛回波等結(jié)構(gòu)特征。除了這些定性分析外,在數(shù)字化時(shí)代更應(yīng)該注重定量分析回波強(qiáng)度、回波梯度、各種強(qiáng)度的回波面積及其分布特征。再?gòu)腞HI或體掃資料上看它的垂直結(jié)構(gòu)特征。如各種強(qiáng)度的回波頂高、回波強(qiáng)度的垂直梯度及其分布特征。最大回波強(qiáng)度的所在高度、各種回波強(qiáng)度的垂直厚度、穹隆頂?shù)母叨?、零度層亮帶的高度等等。同時(shí)還要分析徑向速度的三維空間結(jié)構(gòu)特征,從而分析風(fēng)場(chǎng)的垂直分布、風(fēng)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特征以及中尺度氣旋、龍卷渦旋等等。相關(guān)徑向速度的分析方法,請(qǐng)參閱文獻(xiàn)。3.3根據(jù)回波的特征判斷出是否在天氣系統(tǒng)的部位判斷識(shí)別天氣系統(tǒng),應(yīng)從幾個(gè)方面考慮。首先應(yīng)根據(jù)回波特征以及天氣圖、衛(wèi)星云圖,判斷已經(jīng)進(jìn)入雷達(dá)觀測(cè)范圍的回波是由哪一種天氣系統(tǒng)造成的。如冷鋒、靜止鋒、氣旋、高空槽線、切變線、副高邊緣、臺(tái)風(fēng)等。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)回波特征判斷目前本站處于天氣系統(tǒng)的哪個(gè)部位,鋒前、鋒中還是鋒后,槽前還是槽后,是處在氣團(tuán)邊緣還是處在氣團(tuán)內(nèi)部等等。然后再分析在這種天氣系統(tǒng)的這個(gè)部位上存在有哪種中尺度系統(tǒng),這些中尺度系統(tǒng)已產(chǎn)生和將產(chǎn)生哪種災(zāi)害性天氣。3.4回波的總體生消為了做好預(yù)報(bào),總體上可以把回波分為初生階段、發(fā)展階段、維持階段和消散階段?；夭ǖ目傮w生消是和天氣系統(tǒng)相關(guān)的?；夭ǖ目傮w生消與單體的生消概念不同。例如在一條帶狀回波中有的單體處于初生階段,有的單體處在發(fā)展階段,有的單體可能已處于消散階段。而帶狀回波本身可處于維持階段,甚至發(fā)展階段。通過(guò)分析,一般說(shuō)來(lái)可以判斷目前回波處在哪個(gè)發(fā)展階段,在對(duì)當(dāng)前回波結(jié)構(gòu)有了較清晰的認(rèn)識(shí),并對(duì)產(chǎn)生回波的天氣系統(tǒng)有所了解的基礎(chǔ)上,判斷未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是不難的。3.5回波的移動(dòng)路徑和方向首先需要明確的是在同一張回波圖上,不同位置的回波,回波的移動(dòng)速度和移動(dòng)方向可以不同。有時(shí)移動(dòng)方向可以相反,這塊回波向南移,那塊回波向北移。因此分析回波的移動(dòng)速度和移動(dòng)方向需要分區(qū)進(jìn)行。移動(dòng)路徑的分析重點(diǎn)是強(qiáng)單體。預(yù)報(bào)時(shí),回波的分裂和合并是需要重點(diǎn)考慮的。往往會(huì)這樣,一條帶狀回波移過(guò)來(lái)了,快接近預(yù)報(bào)區(qū)時(shí),它會(huì)斷裂開(kāi),一段從預(yù)報(bào)區(qū)的東邊移過(guò),一段從預(yù)報(bào)區(qū)西邊移過(guò),就是對(duì)預(yù)報(bào)區(qū)無(wú)影響,使你的預(yù)報(bào)失敗。有時(shí)看起來(lái)是兩條帶,在移動(dòng)過(guò)程中兩條帶會(huì)匯合交匯,產(chǎn)生強(qiáng)烈天氣,再一次使預(yù)報(bào)失效。在這里經(jīng)驗(yàn)是很重要的。需要預(yù)報(bào)員經(jīng)常總結(jié)分析,積累預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)。3.6物理概念分析(1)目前新一代天氣雷達(dá)中有很多產(chǎn)品,但分析的重點(diǎn)是根據(jù)基數(shù)據(jù)顯示出的強(qiáng)度、速度和譜寬圖,也就是基本產(chǎn)品,對(duì)于其他各種產(chǎn)品只能作為參考,不能為依據(jù)。預(yù)報(bào)結(jié)論還要根據(jù)對(duì)觀測(cè)資料的分析結(jié)果確定。(2)利用前人總結(jié)出的一些概念模型進(jìn)行分析時(shí),必須嚴(yán)格。應(yīng)著重分析這些概念模型的物理含義。不能有二義性。尤其形態(tài)學(xué)上的特征不能亂用。例如鉤狀回波、這個(gè)人看著像鉤狀回波,那個(gè)人看著不像鉤狀回波,這種模棱兩可的判斷最好不用。鉤狀回波反映的關(guān)鍵物理概念是上升氣流,因此在分析時(shí),必須證明那里存在上升氣流,才能說(shuō)是鉤狀回波。凡是同一名稱,多種定義的更不要用?？傊?在數(shù)字化時(shí)代,早期采用的形態(tài)學(xué)上一些分析方法應(yīng)該提升到定量分析上來(lái)。(3)不要看到帶狀回波,就說(shuō)是颮線。產(chǎn)生帶狀回波的天氣系統(tǒng)很多,如鋒面、切變線,都能產(chǎn)生帶狀回波。因此在分析回波時(shí),一定要嚴(yán)格按照定義確定回波類型。(4)弱回波區(qū)、懸掛回波和回波墻,這是布朗寧提出的一種超級(jí)單體結(jié)構(gòu)模型中的三個(gè)組成部分。不是各自獨(dú)立的,而是三位一體的在同一個(gè)單體中的不同部位的名稱。不能把它們分割出來(lái)。布朗寧的這一模型是根據(jù)RHI觀測(cè)圖像提出的,不能在PPI上說(shuō)這也是弱回波區(qū),那也是弱回波區(qū),這是超級(jí)單體,那也是超級(jí)單體。建議參看參考文獻(xiàn)。(5)雷達(dá)回波分析時(shí),應(yīng)考慮雷達(dá)的工作波長(zhǎng)。如在3公分天氣雷達(dá)觀測(cè)中,提出的“V型缺口”概念。是識(shí)別雹云的一個(gè)重要指標(biāo),這是由于在強(qiáng)單體中,X波段電磁波的衰減嚴(yán)重,而造成的“V型缺口”。到S波段天氣雷達(dá)上仍提“V型缺口”,就有些欠妥。在S波段天氣雷達(dá)觀測(cè)到的“三體散射特征”,對(duì)X波段天氣雷達(dá)就不適用。(6)多普勒天氣雷達(dá)觀測(cè)的徑向速度,只是風(fēng)速在電磁波傳播方向的一個(gè)投影。只是風(fēng)的一個(gè)分量。利用這一個(gè)分量去推斷大氣三維運(yùn)動(dòng),從理論上講,解不是惟一的。因此在分析中應(yīng)特別慎重,尤其對(duì)重大天氣,應(yīng)該有其他證據(jù)。如龍卷,就要調(diào)查地面上是否有人看到漏斗云。下?lián)舯┝骶鸵{(diào)查一下地面上是否有輻散狀的風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)。不能憑主觀判斷就說(shuō)這里有龍卷,那里有下?lián)舯┝鳌?我國(guó)cinrad新一代天氣雷達(dá)產(chǎn)品情況我國(guó)的主要災(zāi)害性天氣是暴雨、臺(tái)風(fēng),另外是冰雹和大風(fēng)。美國(guó)的主要災(zāi)害性天氣是龍卷,已建成的下一代天氣雷達(dá)網(wǎng)的一個(gè)重要目的是監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)龍卷。與之相應(yīng)的美國(guó)WSR-88D下一代天氣雷達(dá)中的應(yīng)用氣象產(chǎn)品主要是針對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣,專門有龍卷識(shí)別產(chǎn)品,但有關(guān)暴雨的識(shí)別產(chǎn)品基本欠缺。我國(guó)CINRAD新一代天氣雷達(dá)的應(yīng)用產(chǎn)品軟件包基本是從WSR-88D下一代天氣雷達(dá)的軟件包移植過(guò)來(lái)的。缺少暴雨識(shí)別和分析產(chǎn)品,因此需要做更多工作。4.1暴雨的識(shí)別及其特征暴雨是我國(guó)的主要災(zāi)害性天氣,有局地暴雨、連續(xù)性暴雨、臺(tái)風(fēng)暴雨等。產(chǎn)生暴雨的天氣系統(tǒng)也是多種多樣的,暴雨一直是預(yù)報(bào)中的難題。天氣學(xué)中對(duì)暴雨的定義是某地24小時(shí)內(nèi)降水量大于或等于50.0mm。由此可知暴雨的定義有三個(gè)概念,一個(gè)是時(shí)間,一個(gè)是雨量,一個(gè)是地點(diǎn)。而雷達(dá)觀測(cè)到的回波強(qiáng)度只與降雨的瞬時(shí)量(即雨強(qiáng))呈函數(shù)關(guān)系,對(duì)某一具體地點(diǎn)來(lái)說(shuō),雨強(qiáng)的時(shí)間積分才是雨量。因此暴雨可以定義為某地24小時(shí)的雨強(qiáng)積分大于或等于50mm,進(jìn)一步通過(guò)函數(shù)代換,暴雨還可以定義為某地以回波強(qiáng)度為自變量的函數(shù)(雨強(qiáng))的24小時(shí)積分等于或大于50mm。因此單從回波強(qiáng)度不能識(shí)別暴雨。目前識(shí)別暴雨的方法有三種:(1)通過(guò)雷達(dá)的定量估測(cè)降水來(lái)識(shí)別暴雨區(qū),一般使用天氣雷達(dá)的1小時(shí)、2小時(shí)或3小時(shí)累積降水產(chǎn)品圖。最好用地面雨量校準(zhǔn)站資料進(jìn)行校準(zhǔn)。我們講的暴雨是指地面降水。而天氣雷達(dá)觀測(cè)一般難于觀測(cè)到近地層的回波強(qiáng)度,能觀測(cè)到低空的回波強(qiáng)度就算不錯(cuò)了。(2)用暴雨識(shí)別方程識(shí)別暴雨。通過(guò)定量采集回波特征參數(shù),如最大回波強(qiáng)度,30dBz回波面積,回波頂高、徑向風(fēng)切變、切向風(fēng)切變等,然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法建立暴雨識(shí)別方程。利用該方程識(shí)別暴雨。(3)根據(jù)暴雨結(jié)構(gòu)特征識(shí)別暴雨a.逆風(fēng)區(qū):這是在多普勒天氣雷達(dá)的速度圖上發(fā)現(xiàn)的暴雨的風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征。利用該特征,識(shí)別和預(yù)報(bào)暴雨的準(zhǔn)確率可達(dá)75%,一般有2小時(shí)的提前量,因此也可作為預(yù)報(bào)指標(biāo)。b.混合性降水回波常常產(chǎn)生暴雨、連續(xù)性暴雨和大暴雨。最典型的混合性降水回波是梅雨鋒天氣造成的?；旌闲越邓夭ǖ闹饕攸c(diǎn)是回波面積大?；夭▎误w的強(qiáng)度一般在35～55dBz之間。比對(duì)流性降水的回波強(qiáng)度弱,比層狀云降水回波的強(qiáng)度強(qiáng)。在這些單體中常常有產(chǎn)生暴雨的單體,產(chǎn)生暴雨單體的主要特征是回波強(qiáng)度一般大于40dBz,穩(wěn)定少動(dòng),常維持1～3個(gè)小時(shí),回波頂高一般在8～12km。從多普勒速度圖上在相應(yīng)的位置上往往可分析出中尺度氣旋或中尺度切變。另外在混合性降水回波中也常可以發(fā)現(xiàn)在某一區(qū)域內(nèi),不斷有單體產(chǎn)生并沿著大體相同的路徑移動(dòng),而且這些單體要比其他單體發(fā)展旺盛,回波頂高比其他單體高2～3km,單體經(jīng)過(guò)的區(qū)域雨勢(shì)增大。一個(gè)單體、一個(gè)單體移過(guò)本地,有種夸大的形容稱它為“列車效應(yīng)”,造成暴雨、甚至連續(xù)性暴雨和大暴雨。c.在對(duì)流性降水回波中,也有可能產(chǎn)生暴雨。關(guān)鍵是把雹暴和雨暴分開(kāi)。一般說(shuō)來(lái)雨暴的回波強(qiáng)度在45～55dBz之間,回波頂高在10～14km,強(qiáng)回波中心在5km以下,相應(yīng)速度圖上有切變或中尺度氣旋,關(guān)鍵是穩(wěn)定少動(dòng),移動(dòng)緩慢。另外要特別關(guān)注單體合并現(xiàn)象,以及兩條帶狀回波在移動(dòng)過(guò)程的交匯。出現(xiàn)以上情況,一般會(huì)產(chǎn)生暴雨或大暴雨。4.2速度分布使用雷達(dá)回波圖像識(shí)別臺(tái)風(fēng)是很直觀的,一般臺(tái)風(fēng)眼(無(wú)回波)清晰可見(jiàn),看不到臺(tái)風(fēng)眼時(shí),螺旋雨帶也很明顯,在多普勒速度圖上,正負(fù)強(qiáng)速度中心顯著,多普勒速度分布基本符合蘭金復(fù)合渦旋的多普勒速度分布。有關(guān)其他問(wèn)題在預(yù)報(bào)一節(jié)再重點(diǎn)說(shuō)明。4.3多普勒天氣雷達(dá)觀測(cè)我國(guó)很多地方都有自已的一套冰雹識(shí)別方法。尤其在人工防雹作業(yè)中,各地都有一套行之有效的識(shí)別經(jīng)驗(yàn)。雹云觀測(cè)我國(guó)已有悠久歷史,雷達(dá)觀測(cè)也從711、713、714雷達(dá)觀測(cè)發(fā)展到多普勒天氣雷達(dá)觀測(cè)。我國(guó)雷達(dá)的雹云觀測(cè)大多數(shù)采用RHI掃描方式,很多雹云的識(shí)別指標(biāo)以及雹云的結(jié)構(gòu)特征,尤其是流場(chǎng)特征是從RHI掃描資料上總結(jié)出來(lái)的。雹云的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的,也不是某一種模型能全部概括的。而且不同地區(qū)、不同季節(jié)都有很大差異。但有一個(gè)共同特點(diǎn)是強(qiáng)回波中心在5km以上,尤其是9～12km處的回波強(qiáng)度及其強(qiáng)度的垂直梯度大。速度圖上有明顯的零速度線,水平切變和垂直切變都很明顯。4.4大風(fēng)的識(shí)別直觀的大風(fēng)識(shí)別可以從徑向速度圖上看出,只要徑向速度大于16m·s-1的,肯定有大風(fēng)。但我們說(shuō)的大風(fēng)是地面附近的大風(fēng),而新一代天氣雷達(dá)徑向速度圖上觀測(cè)到的大風(fēng),不見(jiàn)得在地面上,因此還需要進(jìn)一步修正。除此之外,大風(fēng)識(shí)別還有以下方法:通過(guò)識(shí)別颮線識(shí)別大風(fēng);通過(guò)回波移動(dòng)速度識(shí)別大風(fēng);通過(guò)識(shí)別產(chǎn)生大風(fēng)的天氣系統(tǒng)識(shí)別大風(fēng),如下?lián)舯┝?、臺(tái)風(fēng)等。5氣象形勢(shì)分析通過(guò)回波分析,預(yù)報(bào)員已經(jīng)對(duì)當(dāng)前的天氣狀況有了清晰的了解,在此基礎(chǔ)上,才能制做臨近預(yù)報(bào)和發(fā)布災(zāi)害性天氣警報(bào)。目前常用的預(yù)報(bào)方法有以下幾種。5.1外推及預(yù)報(bào)員外推法是最常用的一種臨近預(yù)報(bào)方法