多普勒雷达速度图的初步探讨

钟波，姜虹，张玉成

（牡丹江市气象局，黑龙江牡丹江 157009）

多普勒雷达速度图的初步探讨

钟波，姜虹，张玉成

（牡丹江市气象局，黑龙江牡丹江 157009）

在短时临近预报中，通过对多普勒雷达速度图与强度图的对比分析，可以了解气团内部风场结构，从而准确的预测出暴雨、大风、冰雹等强对流天气的发生和发展，本文简要的阐述了速度场的分析方法和步骤以及识别速度图的关键要点和注意事项。

多普勒雷达；速度图；初步探讨

1 速度图定义

多普勒雷达速度图是利用多普勒效应测量粒子（主要是降水粒子）的径向速度而得到的一种基本图像产品[1]。它能反应出许多有用的信息，比如风场的水平和垂直风切变、风场随高度的变化、识别中小尺度系统等等。由于雷达观测时的仰角及地球的曲率的影响使得在速度图上离雷达越远，回波就离地面越高，所以雷达图像反映的是以雷达站为中心的一个锥面上的回波情况，认识这一点在实际分析时是很关键的。

2 速度图的特点和反应情况

多普勒雷达测量的是粒子沿雷达发射的电磁波径向的速度，也就是说既不是粒子的水平速度也不是垂直速度，更不是实际风，但通常径向速度能够反映实际速度的水平分量。速度是矢量既有大小又有方向，规定离开雷达的速度为正，反之为负，也称之为出流速度和入流速度。在速度图上通常正速度用暖色调表示，负速度用冷色调表示。

速度图是用以反演垂直风廓线的一种工具，通过对单体风暴和多体风暴风场的研究可以了解对流云团内部风场结构，通过与强度图的配合使用，可以判断出对流云团的发生、发展和消亡过程[2]。例如在势力不稳定情况下垂直风切变的加强能促进对流发展，导致生命更长的风暴的产生和发展。

3 速度图的识别步骤

3.1 看回波图的时间

分析一张雷达速度图，应与强度和其他产品配合分析，但首先应该搞清楚是何时何地的雷达产品。

3.2 看雷达回波的仰角和最大量程

以牡丹江雷达为例，即使是0.5°仰角观测，在距离雷达150 km处，高度已达到了2.7 km，即大约700 HPA。因此雷达天线的观测仰角越高即可使用的水平范围就越小，认识这一点，对分析回波图非常重要。例如在监测一次全省范围的降雪时，由于云层较低，在回波图上，100 km以外就没有回波了。因此，实际判断是否有降水时，要结合其他资料来分析。

3.3 看速度色标和判断速度大小

作为一种约定俗成，规定离开雷达的速度为正，反之为负，也称之为出流速度和入流速度。零速度的颜色最重要。在牡丹江雷达图上零速度图用白色表示。在看出色标的同时应该判断出最大正负速度中心。

3.4 找出零等速度线和零等速度区

根椐速度图上零等速度线和零等速度区的分布，可以反推云团内部风场演变。

4 速度图识别的关键技术

4.1 零等速度线或零等速度区的识别

在速度图上零等速度线通常呈S形、反S形、弓形等几种形态，也可能更复杂。在实际观测中，零等速度线（区）经常是不完整的，需要结合背景场进行判断。找到零线后，首先要分析它产生的原因，除近处地物外，速度的方向与雷达探测的径相垂直产生的零线最常见，但速度的不连续面产生的零线在预报中更应该引起重视，它往往与切变或冷锋等易产生强对流天气的系统相联系。如：冷锋降水时通常呈“L”形，这些形态特征在大范围降水时比较清楚，这也是重要识别指标。

4.2 利用零等速度线或零等速度区识别风向

假定在同一高度上的实际风向是均匀的，从速度图中心（天线所在位置），沿径向画一直线到零等速度线上的某点，过该点做一垂直于此直线的矢量，方向从入流径向速度一侧指向出流径向速度一侧，此矢量即表示实际风向（图1）。如果风场是不连续的，此方法不适用。

图1 风向判定示意图 图2 利用风速大值中心判断某层风向

4.3 利用最大速度中心判断实际风向

若某层高度有最大入流和出流径向速度中心，从入流中心到出流中心的流线即是此高度层的实际风向（图2）。

图3 大尺度连续流场速度图分布

4.4 速度场上大尺度连续流场分析

图3列出了大尺度流场的多数情况，上面的小方图表示风速随高度的变化，从左到右分别表示：风速随高度不变、风速随高度一直增加、风速随高度先增加又减少、风速随高度先增加后减少再增加再减少；左边表示风向随高度的变化情况，从上到下依次是不变、风向随高度顺转、风向随高度先顺转后逆转，图中的粗实线代表“零”线，细虚线代表负速度区，实线代表正速度区。图中的几种情况在牡丹江的雷达图上是比较常见的，风向随高度顺转而风速随高度先增加后减少，它的零线基本呈S型，在两侧分别有正负速度最大值中心，这样在图中可分析出最大风速所在的高度层，大风轴（注意不一定是急流，要估计速度值后判断）的方向，并可判断出某处的大概实际风向。

4.5 中小尺度系统分析

利用雷达监测中小尺度系统，是雷达相对其他监测手断的优势。多普勒雷达有了速度图，就能监测中小尺度系统，从而更好地发挥雷达的作用。但中小尺度系统分析也是较复杂和困难的，这里简要介绍。利用速度对的配置可分析出8种情况[3]：气旋式旋转、反气旋式旋转、气旋式辐散、反气旋式辐合、气旋式辐散、气旋式辐合、径向辐散、径向辐合（图4）。其中，气旋式旋转是最应值得注意的一类，它在中气旋和超级单体的识别等方面具有重要指示意义。

图4 中尺度多普勒速度示意图

5 分析速度图要注意的几个问题

（1）多普勒雷达探测到的速度是回波的径向速度，并非降水粒子的实际速度。一般不能直接通过径向速度来判断回波的移动。速度的移动要通过外推法来判断。

（2）在多普勒雷达探测径向速度时，当粒子的速度超过雷达探测的最大不模糊速度时，就会出现速度模糊现象，而“逆风区”指在大片的正、负速度区内出现反向的多普勒雷达径向速度时，此反向速度区称之为“逆风区”。形式上，速度模糊一般是从负速度最大变到正速度最大，或从正速度最大变到负速度最大，中间没有“零”线，“逆风区”正、负速度区之间一般有“零”线。速度模糊是雷达机器本身造成的，“逆风区”是雷达对大气的一种真实反应,“逆风区”经常与强降水相联系。

（3）分析强度图时要有空间概念，不要直观的把它看成平面，这点十分重要。

多普勒雷达进行平面扫描时，旋转进行采样，采集到的是圆锥面上的资料。在分析一张速度图时，实际分析的是仰视平面视图上流场的三维空间结构。在分析时应运用雷达测高公式，算出不同距离处的回波对应的不同高度，然后利用高仰角雷达回波速度场资料，分析出暴雨在不同高度上的空间风场结构特征。

[1]王新国.多普勒雷达速度图识别之关键技术[J].吉林气象，2005，1：25-27.

[2]胡明宝，高太长，汤达章.多普勒天气雷达资料的分析与应用[M].北京:解放军出版社,2000：202-212.

[3]张晰莹,金凤岭.新一代天气雷达回波图集[M].北京:气象出版社,2005:10-17.

P412.25

A

1002－252X（2012）01－0030－03

2011－12－6

钟波（1983-），女，黑龙江省牡丹江市人,成都信息工程学院，本科生，工程师.