沧州多普勒天气雷达对海风锋的识别

常志坤 吴超 黄毅

摘要：利用气象要素对海风日识别和多普勒天气雷达对海风锋识别的对比分析。认为沧州新一代多普勒SA波段天气雷达对6至8月渤海西岸海风锋的识别率达56%，最大识别距离一般在30至100千米之间，通过个例分析提供雷达识别海风锋基本反射率的基本特征。

关键词：多普勒天气雷达；海风锋；识别

利用多普勒雷达资料分析边界层辐合线的研究方式，国内诸多学者已取得一定进展。刘黎平等[1]给出利用新一代多普勒天气雷达资料识别边界层辐合线的方法。也有学者对雷暴的环境背景条件进行了分析[2]，结果表明，环境相当位温廓线的特征对雷暴形成有一定影响。俞小鼎等[3]研究发现在一次伴有强降雹的下击暴流到达之前，反射率因子核从对流层中层下降，并且伴随着云底以上有速度辐合的多普勒雷达回波特征，对于雷暴大风的临近预报有着重要的指示意义。但是，目前國内应用气象要素资料和多普勒天气雷达资料对边界层辐合线的综合分析[4-7]还不全面。

沧州新一代天气雷达地理位置特殊，它位于海陆风日中海风明显的位置上，能够捕获渤海湾海风锋中尺度天气系统，并且提供高分辨率，括空间的精细产品，能有效提高由渤海湾海风锋造成强对流天气的预警时效。依据海陆风的气象要素基本特征和多普勒雷达产品分别识别海风锋，并进行对比分析。对于沧州新一代天气雷达对本地天气应用具有重要意义。

1、资料与方法

本文使用2015～2016年全年沧州地区气象观测站逐小时气象资料分析海风时空分布特征。其中以黄骅站为近海站代表，渤海新区埕海一号站为海上站代表。基于Azorin～Molina等[8]研究海陆风的定义标准，并参照高佳琦等[9]对海风日筛选方法的分析结果，通过如下标准建立2015、2016年渤海湾西岸海风日数据集，包括海风日个例共计48个。并使用沧州新一代天气雷达监测资料对以上48个海风锋过程逐个分析。

2、沧州新一代天气雷达对海风锋的可识别性评估

2.1、对海风锋的识别率

2015～2016年渤海湾西岸海风日数据集48个个例中，有17个能够清楚的识别出海风锋，总识别率达35.4%。其中，6月、7月和9月识别率达一半及以上，分别达到50%、70%和66.7%。汛期6～9月25次海风日个例中有14个可识别出海风锋，识别率达56%。

2.2、多普勒天气雷达对海风锋最大识别距离

沧州多普勒天气雷达对海风锋的最大识别距离在10.7km～110km之间，平均最大识别距离53.1km。最大识别距离超过100km的有2次，不足30km的有2次。沧州多普勒天气雷达对海风锋的最大识别距离一般在30～100km之间。

2.3、多普勒雷达的各种基本产品海风锋的识别情况

三种多普勒天气雷达基本产品中，海风锋的识别主要在反射率因子产品上特征有最为明显，径向速度产品上可识别率在50%左右，速度谱宽产品可识别率在37%左右。

2.4、造成雷达无法识别海风锋的原因分析

造成多普勒雷达无法识别海风锋的原因很多。根据个例统计和经验分析，主要原因有：（1）天气雷达观测体系原因。根据中国气象局多普勒天气雷达观测规范，汛期施行24小时监测，非汛期施行白天观测（10：00～15：00时），而海风多出现在14：00～18：00时前后，造成非汛期河北大部分时段的海风锋无法被雷达监测。（2）多普勒天气雷达本身的监测能力原因。由于海风锋在多普勒雷达上的回波强度较弱，可能致使地物杂波、天气回波掩盖海风锋回波的情况而无法被识别。同时，由于雷达探测高度随着探测距离的增加而增加，对于高度低，移动距离短海陆风，导致位于雷达最低探测仰角以下的海风锋而无法识别。（3）由于气象要素的原因而无法识别。统计表明阵风锋回波在风速脉动强、相对湿度大时容易被识别，当海风风速不大又相对湿度比较小的季节容易造成无法识别。

3、渤海湾海风锋的雷达回波特征

3.1 2015年7月23日个例分析

图1中显示的是2015年7月23日多普勒雷达监测到的一次完整海风锋过程，北京时间14：30在雷达站东北侧距离雷达站20km出现一条70km长，回波强度10～15dBz的带状回波，15：12回波长度达到120km，15：54带状回波经过沧州上空，16：48带状回波在雷达站西南侧距离长度增至150km，回波强度15～20dBz；17：12回波持续向西南方向推进，海风锋过后，有回波单体生成；17：42海风锋长度发展为近200km，强度维持，继续向西南方向推进，距离雷达站50km，此时为该海风锋回波特征最明显时期；18：12海风锋长度减为150km；18：36海风锋继续向西南移动，强度减弱，长度减小；19：06海风锋基本消失。从形成到消散，基本宽度在5km左右，强度基本不超过25dBz。

3.2海风锋雷达回波特征

根据可识别的17个个例的演变过程分析，多普勒天气雷达可以监测完整的海风锋过程，且其在反射率因子产品图上有以下特征：（1）在低仰角的基本反射率产品上最为常见，抬高仰角，窄带回波则减弱消失。这是由于海风锋是边界层的中尺度天气系统。（2）表现为强度弱、平行于渤海湾、移动缓慢的窄带回波。反射率因子产品强度一般仅维持在15～25dBz，最大强度一般不超过35dBz，长度约为50～200km，宽度通常只有2～5km，高度一般在2km以下。（3）回波移动速度较为缓慢、持续时间较长。一般情况下，触发出雷暴云团或有降雨伴随的海风锋移动速度要快于没有天气发生的海风锋回波，持续时间一般在1～5h，移动速度多在8～25km/h。

4 结论

（1）沧州新一代多普勒天气雷达对海陆风识别率达35.4%，其中汛期6～8月雷达识别率达56%，说明沧州新一代多普勒SA波段天气雷对渤海西岸的海陆风现象识别能力较强。

（2）通过统计分析，可以得出雷达识别海风锋的一些基本特征。对于分析渤海湾海风锋与强对流天气发生、发展的演变关系，及早发布灾害性天气警报具有重要意义。

参考文献：

[1]廖晓农，俞小鼎，王迎春.北京地区一次罕见的雷暴大风过程特征分析[J].高原气象，2008，27（6）：1356-1362.

[2]王彦，吕江津，王庆元，等.一次雷暴大风的中尺度结构特征分析[J].气象，2006，32（2）：32-36.

[3]俞小鼎，郑媛媛，张爱明，等.安徽一次强烈龙卷的多普勒天气雷达分析[J].高原气象，2006，25（5）：915-923.

[4]李国翠，郭卫红，王丽荣，等.阵风锋在短时大风预报中的应用[J].气象，2006，32（8）：36-41.

[5]刘勇，王楠，刘黎平.陕西两次阵风锋的多普勒雷达和自动气象站资料分析[J].高原气象，2007，26（2）：380-388.

[6]王彦，李胜山，王庆元，等.渤海湾海风锋雷达产品特征[J].气象，2006，32（12）：46-50.

[7]卢焕珍，赵玉洁，俞小鼎，等.雷达观测的渤海湾海陆风辐合线与自动站资料的对比分析[J].气象，2008，34（9）：57-63.

[8]AzorinMolinaC，TijmS，ChenD.Developmentofselectionalgorithmsanddatabasesforseabreezestudies[J].TheoreticalandAppliedClimatology，2011，106（3-4）：531-546.

[9]高佳琦，苗峻峰，许启慧.海陆风识别方法研究进展[J].气象科技，2013，41（1）：94-99.