雷暴与强对流临近天气预报技术进展

卿海群 李蕊

摘 要 雷暴与强对流临近预报关系到人们的日常生产与生活，能够为国家防灾减灾工作提供必需的气象服务。雷暴与强对流临近天气预报技术的创新与发展，对气象服务水平的提升有利。基于此，从天气预报技术发展的实际出发，探讨雷暴与强对流临近天气预报技术进展，分析数值预报模式在雷暴与强对流临近天气预报中的应用。

关键词 雷暴；强对流；临近预报；技术进展

中图分类号：P457 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.23.076

气象服务是国家与社会普遍关注的焦点，气象服务质量对现实生活、农业、种植业等各领域的发展具有直接影响。临近预报是指对短时间内发生明显变化的天气现象的预报，工具包括天氣雷达与卫星云图等[1]。随着科学技术的快速发展，临近天气预报技术不断更新，在借鉴国外先进技术与经验，以及国家大力推动天气预报技术创新的基础上，国内气象台雷暴与强对流临近天气预报技术发展的进展显著。

1 雷暴与强对流临近天气预报技术进展

根据临近天气预报业务的开展，结合TREC、TITAN与Cb-TRAM等多种技术，分析雷暴与强对流临近天气预报技术进展，综述临近天气预报的方法与手段。

1.1 跟踪雷达回波（TREC）

作为临近天气预报主要技术之一，跟踪雷达回波（TREC）属于图像特征识别与追踪技术。TREC的初始算法是利用交叉相关方法跟踪雷达某一个仰角扫描构成的锥面上某一个二维回波型，进而演变成在某一等高面上的二维直角坐标系中进行回波跟踪。TREC主要是基于流型辨识技术，雷暴与强对流临近天气预报技术与TREC的融合成果主要表现在以下两个方面。1）以TREC为基础推出CTREC技术，CTREC技术主要是TREC在直角坐标系中的应用。利用CTREC技术监测与临近预报雷暴与强对流天气，需要在某一等高面上的直角坐标系中插入雷达体扫资料，结合雷暴与强对流临近天气预报的实际需要，将反射率因子场分为若干个包含大量像素的“区域”，并将“区域”尺寸控制在适宜范围内，避免因“区域”太小或太大而导致相关系数的产生量不足或回波移动向量的分辨率太粗[2]。回波移动矢量的确定主要是通过从反射率因子的分布对上一时刻与下一时刻的“区域”做交叉相关，结合雷达体扫资料分析，准确找出做交叉相关的时刻与上一时刻中反射率因子分布形态相关系数最大的区域。雷暴云顶红外辐射亮温与地面降水率之间回归关系的建立是与概率配对法为基础，利用CTREC技术对风暴区域进行流型辨识追踪，结合卫星云图对降水进行反演，确定风暴云的移动向量并实施平滑与滤波。有机结合云顶亮温与地面降水之间的回归关系以及滤波后的风暴云移动向量进行卫星云图上风暴区域的外推，对外推风暴区域的降水进行计算。2）TREC在雷暴与强对流临近天气预报中的应用，在某一仰角扫描构成的二维圆锥面上进行回波的跟踪，结合雷达资料整理出雷暴数据，进而在云图上反映出雷暴与强对流天气临近的相关信息，最终达到雷暴与强对流临近天气预报的目的。对于TREC技术的应用，依靠方形区域的可调尺度方式的追踪，在追踪雷暴与强对流天气时，允许整体雷达回波内部结构发生变化，也能够外推某一等高面上的反射率因子，进而结合临近天气预报的实际需要，计算出外推反射率因子场对应的降水率场。一般情况下，TREC技术主要是作为临近天气预报系统的累积雨量预报与回波外推等部分。

1.2 雷暴识别跟踪分析与临近预报技术（TITAN）

雷暴识别跟踪分析与临近预报（TITAN）是采用直接坐标的对流风暴外推系统，主要是在三维直角坐标系中插入单部或多部雷达的发射率因子，整合处理雷达数据，结合临近天气预报的实际需要，构建雷达三维数字化拼图。利用TITAN识别单体雷暴的效率较高，对雷暴单体水平投影面积的拟合主要是应用一个椭圆，而在TITAN应用过程中，椭圆的长轴与水平轴的夹角是雷暴单体的重要特征，路径与区域大小是雷暴单体临近预报的主要内容，雷暴单体的区域大小用椭圆的面积大小表示。以TITAN为基础演变出的雷暴临近预报系统（TRT），对雷暴与强对流天气的临近预报具有积极作用。利用TRT进行雷暴与强对流临近天气预报，主要是在系统中输入雷达与闪电定位资料，结合相关资料的整理分析，识别跟踪并预报雷暴的位置与强度等，以实现对雷暴与强对流天气的临近预报[3]。

1.3 基于云图的雷暴临近预报系统（Cb-TRAM）

基于云图的雷暴临近预报系统（Cb-TRAM）主要是利用卫星资料数据对雷暴路径进行识别与追踪和预报，在欧洲的使用较为广泛。Cb-TRAM是依靠卫星云图可见光与红外特征而实现对雷暴的识别、追踪与预报，但限制点是无法探测到雷暴内部，即利用Cb-TRAM系统判断雷暴强度的能力较弱。Cb-TRAM系统采用卫星资料能够同时解决与获取输入资料，结合临近天气预报的实际需要，识别与外推雷暴天气。

2 数值预报模式在雷暴与强对流临近天气预报中的应用

2.1 提供最新环境参数

雷暴与强对流临近天气预报是气象服务的重要内容，随着临近预报技术的创新与发展，高分辨率数值预报模式在雷暴与强对流临近天气预报中得到广泛应用。高分辨率数值预报模式的优势是能够为雷暴与强对流天气的临近预报提供快速更新的近风暴环境参数，保证雷暴与强对流临近天气预报的可靠性。高分辨率数值预报模式最具代表性的应用系统是快速更新循环系统（RUC），而RUC系统更名为RR后主要是采用WRF（The Weather Research and Forecasting Model）模式。RUC系统能够为雷暴与强对流临近天气预报提供逐时更新格点化的环境参数，结合临近天气预报的实际需要，提供的雷暴与强对流环境参数包括地面比湿与位温、0～3 km温度直减率、自由对流高度、对流有效位能与抑制能量等，为天气预报相关工作人员了解高时空分辨率的近风暴环境提供有力依据。

对于高分辨率数值预报模式，国内比较有代表性的临近预报系统是更新周期为3 h的快速同化系统，而这一天气预报系统是建立在WRF模式与三维变分技术的基础上，主要是采用区域自动站资料与常规地面观测资料和探空等相关资料。快速同化系统的水平分辨率为3 km，每次分析发出18 h预报，是雷暴与强对流临近天气预报的有力支撑。

2.2 延长天气预报时效

高分辨率数值预报模式在雷暴与强对流临近天气预报中的应用，能够结合雷达回波外推进而延长临近天气预报时效。对于雷暴与强对流天气的临近预报，一般情况下超级单体风暴与强飑线等大多数雷暴的雷达回波外推的时效在1～3 h，临近预报的局限性较大[4]。将高分辨率数值预报结果与雷达回波外推相结合，优化雷暴与强对流临近天气预报模式，能够有效延长雷暴与强对流临近天气预报的有用时效，形成0～6 h中尺度对流系统临近预报。在雷暴与强对流临近天气预报的0～6 h有用时效内，不同时效范围采用不同预报方式，0～1 h与3～6 h分别采用雷达回波外推与数值预报，而1～3 h则是依靠数值预报融合雷达回波外推。

在雷暴与强对流临近天气预报中，高分辨率数值预报模式的应用的关键有以下两个方面。1）数值预报模式对降水系统包括对流性降水系统的预报水平。对于雷暴与强对流临近天气预报，对流性降水系统在锋面气旋与短波槽等天气尺度强迫较强情况下的数值预报结果较为可靠；但对局部雷阵雨的预报能力极弱。2）数值预报融合雷达回波外推的具体方法[5]。利用适宜方法将高分辨率数值预报与雷达回波外推相结合，对提升临近预报结果的可靠性有利。

3 结语

雷暴与强对流临近天气预报是气象服务的关键，而临近预报技术对雷暴与强对流临近天气预报结果的可靠性有着较大影响。综合分析天气预报技术的发展情况，加强TREC、TITAN等技术与高分辨率数值预报模式在雷暴与强对流临近天气预报中的应用，更新雷暴与强对流临近天气预报技术，延长雷暴与强对流临近天气预报的有用时效，从而提升天气预报业务水平。

参考文献：

[1] 罗云凯，吴彤，李丹，等.雷暴与强对流临近天气预报技术探讨[J].农村经济与科技，2017，28（21）：243-244.

[2] 袁子鵬，王瀛，崔胜权，等.一次中纬度飑线的阵风锋发展特征分析[J].气象，2011，37（7）：814-820.

[3] 云娟.雷暴与强对流临近天气预报技术探讨[J].环球人文地理，2017（16）：168.

[4] 张百超，林萍萍.论雷暴与强对流临近天气预报技术[J].科技展望，2014（16）：117.

[5] 陶岚，戴建华，陈雷，等.一次雷暴冷出流中新生强脉冲风暴的分析[J].气象，2009，35（3）：29-35.

（责任编辑：刘昀）