雷达在灾害性天气预警中的应用分析

摘要: 利用天气雷达制作临近天气预报和灾害性天气预警必须从观测入手，需根据需求制定观测方法。不同预报对象要采取不同的雷达资料的数据处理方法，以便突出预报对象的回波特征。制作临近预报和灾害性天气预警的主要依据是雷达回波分析，而掌握回波演变的全过程是雷达回波分析的基础，需根据回波特征判断识别影响本地区的天气系统，通过回波分析判断回波的未来发展趋势。为了从回波上识别灾害性天气，需要建立各种灾害性天气的识别判据和方法，因此建立预报流程和积累经验是非常重要的。

关键词: 天气雷达 天气预警

中图分类号：P45文献标识码： A

引言

天气雷达为临近天气预报和灾害性天气预警提供了重要的高质量的大气观测资料，它与其他大气观测系统一起能更加完整地给出大气状况的图像。因此充分地利用好天气雷达探测数据，能提高灾害性天气的预报能力、气象服务能力和防灾减灾能力，使它在气象业务中发挥更大的作用。

定量测量降水是天气雷达的重要任务之一。天气雷达可探测大气中的多种天气系统及其结构如锋面、槽线、台风、辐合带、飑线、中气旋、对流风暴等天气系统，尽管它们尺度不同，有大有小，天气雷达都可以探测它们的生、消、移动、演变及其结构特征。如龙卷、雷暴、冰雹、阵性降水、连续性降水、下击暴流和大风等。正是由于天气雷达具有以上探测能力，因此在气象领域有多种用途。主要用于:

a. 临近天气预报和灾害性天气警报

b. 人工防雹作业指挥

c. 人工增雨作业指挥

d. 雷电监测及预报

e. 定量测量降水及洪水预报

f. 航空保障

g. 数值预报

h. 气象学和气候学研究

一、雷达扫描模式及在灾害性天气预警中的重要性

1.1雷达扫描模式

目前我国天气雷达业务观测采用美国WSR288D的观测模式，即降水模式采用VCP211或 VCP221模式，这两种模式都是立体扫描模式，仰角都是从0.5°开始抬高到19.5°结束。不少高山站需要 0°或负仰角扫描才能抓到的低层天气系统，而采用上述观测模式后低层天气系统将监测不到了。

1.2雷达在临近天气预报和灾害性天气预警中的重要性

临近天气预报主要指 0～3 小时的天气预报。灾害性天气预警一般在 0～1 小时之内。美国的龙卷风警报平均提前量只有十几分钟。制作临近天气预报和灾害性天气预警的主要依据是天气雷达观测资料，其他资料由于时效和分辨率原因只能作为辅助。

二、雷达回波显示及分类

2.1 天气雷达图像显示

当仰角不为0°时，扫描面是一个圆锥面，而显示是一个二维平面。分析员应牢记,在显示图像上不同距离的回波距地面的高度是不同的。把一个圆锥面作为一个二维平面，实际上把回波面积扩大化了,仰角越高则扩大效应越大。只有在0°仰角时显示的面积才是真正的面积，当仰角是 90°时把一条线显示成了一个面。

2.2 雷达回波分类

在临近预报过程中，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。对一个没有观测经验的同志来说这是困难的。

回波的主要特点如下：

a. 降水回波。一般呈片状、块状、带状等，移动有规律性，不同性质的降水回波强度差异大，但一般都大于20dBz。径向速度分布有规律。

b. 晴空回波。一般都分布在雷达周围，低仰角范围大些、高仰角范围小些。回波强度一般小于20dBz，径向速度图清晰，正负速度分布较典型。有的雷达把晴空回波作为地物回波处理 ,这是不对的。 因此不能作为地物回波把它们滤除。

c. 地物回波。一部雷达周围的山脉和高层建筑的阻挡都可形成地物回波，有经验的雷达观测员一般都知道哪块是山的回波，哪块是建筑物的阻挡。回波强而梯度大，测到的径向速度一般很小，在 1～2m· s- 1以下，甚至为零速度区。不同天气条件下强度会有变化，但不会移动。用 RHI 扫描很容易看到山峰,雷达测到的山峰高度一般都比实际高度高，其上部还常出现旁瓣回波(一种虚假回波) 。

2.3雷达坐标变换

雷达坐标与地理坐标的变换问题是一个重要问题。否则在预报中将造成预报地点的错误。在这里预报员应记注:

a. 雷达坐标的 0°～180°是地理坐标的南、北，但 90°～270°不是地理坐标的东、西。

b. 采用的背景地图要通过等距保角变换,才能与观测回波相匹配 ，否则将产生较大误差。

c. 不同观测仰角采用的背景图应该不同,不进行投影变换是不行的。具体变换公式可参考文献[1]306-307 页的变换公式。

在回波分析中经验是十分重要的，掌握回波的演变全过程是回波分析的基础。对于降水回波来说回波分析应从以下几个方面入手。

三、回波分析方法

3.1 回波分类

根据回波特征分清回波的降水性质一般说来,层状云降水回波不会出现灾害性天气，对流云降水回波常会造成雷暴、大风、冰雹和局地暴雨天气，混合性降水回波常常会造成暴雨、大暴雨。

3.2 回波发展趋势预报

分析回波的未来发展趋势为了做好预报，总体上可以把回波分为初生阶段、发展阶段、维持阶段和消散阶段。回波的总体生消与单体的生消概念不同。例如在一条带状回波中有的单体处于初生阶段；有的单体处在发展阶段；有的单体可能已处于消散阶段。通过分析一般说来可以判断目前回波处在哪个发展阶段，在对当前回波结构有了较清晰的认识并对产生回波的天气系统有所了解的基础上判断未来的发展趋势是不难的。

3.3回波结构分析

应掌握回波的三维空间结构首先从 PPI 上看它的准水平二维结构。从整个画面的形态上回波可分为片状回波、带状回波、平行短带回波、人字形回波、涡旋状回波等等。从局部形态上又可分出钩状回波、弓状回波等。再从 RHI或体扫资料上看它的垂直结构特征。如各种强度的回波顶高、回波强度的垂直梯度及其分布特征。最大回波强度的所在高度、各种回波强度的垂直厚度、穹隆顶的高度、零度层亮带的高度等等。参阅文献[2-4]

3.4 根据回波特征判断识别影响本地的天气系统

首先应根据回波特征、天气图以及卫星云图判断已经进入雷达观测范围的回波是由哪一种天气系统造成的。如冷锋、静止锋、气旋、高空槽线、切变线、副高边缘、台风等。在此基础上，根据回波特征判断目前本站处于天气系统的哪个部位分析在这种天气系统的这个部位上存在有哪种中尺度系统，这些中尺度系统已产生和将产生哪种灾害性天气。

最后，预报的主要方法是外推法，但预报结果还需要预报员根据预报经验最后作出预报结论。因此分析回波的移动速度和移动方向需要分区进行。预报时回波的分裂和合并是需要重点考虑的。有时看起来是两条带，在移动过程中两条带会汇合交汇，产生强烈天气，再一次使预报失效。在这里经验是很重要的。需要预报员经常总结分析 积累预报经验。

参考文献：

[1] Richard J.Doviak and Dusan S. Zrmic , Doppler Radar and Weather Obervations[ M ]. Second Edition Aca2 demic press ,Inc. 306-307 ,1993.

[2] 张沛源 ,陈荣林 ,葛润生. 槽线附近的中尺度结构特征 - 多普勒天气雷达风场资料分析[J ]. 气象 ,1991 ,17(4) : 9-13.

[3]中国气象科学研究院雷达组多普勒风速图分析指南[1] ,1990 :1-28.

[4] Rodger A.Brown AND Vincent T. wood , A Guide for Interpreting Doppller Velocity Patterns , R4002DV2101 Prepared for the NEXRAD Joint System Program Office. 1987 :1-51