气象雷达产品在强对流天气观测预报中的应用

符洪天

摘 要 简单介绍了气象雷达概况，并从雷电、短时强降雨、冰雹、大风等天气的识别预警和雷达的预警方式等方面具体探讨了新一代天气雷达产品在强对流天气观测预报中的应用，以期不断提升气象雷达产品在天气观测预报业务中的有效利用率，从而为气象预报预警提供十分有价值的指导依据。

关键词 雷达产品；强对流天气；观测预报

中图分类号：P457 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.21.079

三亚市位于热带岛屿海南岛的最南端，地理坐标为北纬18°09′34″～18°37′27″、东经108°56′30″～109°48′28″。三亚市北靠高山，南临大海，地势自北向南逐渐倾斜，形成一个狭长状的多角形。三亚市地处低纬度，属热带海洋性季风气候区，气候复杂多样，强降雨、大风、雷电、冰雹等强对流天气较多，这些灾害性天气给当地群众的生命财产安全以及正常的农业、渔业生产、旅游发展均造成严重的威胁，特别是每年夏季，强对流天气的出现率较高，由此所产生的经济损失也在逐渐攀升，所以广大群众对强对流天气预报预警等气象服务的需求日益突显。

为了满足海南省三亚市经济发展对强对流天气应对服务的迫切需求，海南省于2004年斥巨资投入3台多普勒天气雷达，分别布设在海口、三亚以及西沙三个地方，其中三亚多普勒天气雷达主要放置在鹿回头山顶。多普勒天气雷达的使用解决了三亚原有天气雷达探测距离不足的问题，提升了强对流天气的监测预警能力。2012年，三亚新一代天气雷达系统通过现场验收，该天气雷达系统是海南省防灾减灾体系的重要构成部分，同时也是中国气象局规划布网天气雷达之一[1]。该雷达的建设对于提升海南岛地区，特别是海南岛南部以及海地区热带气旋、局地暴雨以及雷暴等灾害性天气的监测、预报预警和服务能力，对三亚经济建设、海南国际旅游岛服务和重大社会活动提供优质的气象保障。基于此，对气象雷达产品在强对流天气观测预报中的应用进行分析，从而不断提高灾害性天气预警水平。

1 气象雷达概况

气象雷达是主要用于探测中、小尺度天气系统的仪器。常规雷达探测主要是凭借云雨目标物对雷达所发射电磁波的散射回波探测垂直结构、空间位置以及强弱分布等内容。而新一代气象雷达系统的建设是近年来中国非常重要的气象现代化工程，该系统不但可以当作常规天气雷达使用，而且在常规天气雷达功能的基础上，还可以依靠多普勒效应测量降水粒子的径向移动速度，估算降水云的速度、风场的结构特征和垂直气流速度。新一代气象雷达能够有效监测雷暴、冰雹、暴雨、强风等恶劣天气的发生和发展，它还具有很好的定量测量回波强度的能力，并且可以定量估计大范围降水。除了实时提供各种类型的图像信息外，新一代天气雷达还可以提供对各种恶劣天气自动识别和追踪的产品。新一代气象雷达产品主要反射率因子、平均径向速度和光谱宽度、垂直累积液态含水量（VIL）等。

2 新一代气象雷达产品在强对流天气观测预报中的应用

2.1 反射率因子产品

反射率因子产品可以直观地显示降水回波的变化特征、强度以及雨季的移动发展等，并且可以用于研究积云、层状云、混合云系和锋面、飑线等天气特征的明确判别。所以，在强对流天气观测预报中，反射率因子产品被广泛使用。反射率因子产品的特点可以更好地为雷暴、冰雹、强降雨以及大风等强对流天气预报提供有价值的科学指导。

2.1.1 基本反射率

基本反射率通常指的是在雷达体积扫描过程中，对各个扫描仰角显示回波强度（dBZ）的图像产品进行显示，分辨率涵盖1 km、2 km或4 km，距离范围涉及

230 km或460 km，图像等级可以分为8和16两类，随着观测模式的改变，等级值也发生相应地改变。基本反射率产品大都用于估算降雨量、风暴结构、冰雹潜势以及确定边界层位置。该产品对各类雷雨、暴雨、大风、冰雹等强对流天气观测预报的应用非常有利[2]。

2.1.2 回波顶高与组合反射率因子

回波顶高通常指的是当观测到回波强度>18 dBZ的反射率因子时，与其相对应的上空雷达可以探测到最高仰角的回波位置的高度。回波顶越高，则系统强度越强。一般而言，在天气预报中，如果回波顶部高度大于指定的阈值，则表示会出现强对流天气。但由于存在雷达静锥区，雷达周围的回波顶有时估计太低。并且由于缺乏科学有效的垂直外推法，通常很难准确确定风暴的最高回波顶。组合反射率因子是垂直空气柱内的最大反射率因子投影在笛卡尔网格点上的产品，其主要表现出一个体积扫描中最大反射率因子的分布。由于CR產品可以在较短时间内对强中心的回波区域位置作出准确及时的判别，增加了CR产品也可准确定位出强对流回波。

2.1.3 强回波比例

在发生雷暴天气时，对于第一次出现闪电时间的预报能够依据发展中的雷暴单体在0 ℃高度40 dBz以上和回波占25 dBz以上回波的体积百分比。据一些研究成果显示可知，在电荷分离过程中起到重要作用的冰相粒子，会由于其所处的环境而出现不一样的起电极性和效率，例如，它们会受到温度、湿度以及液态水含量等相关条件的影响。国内一些学者认为，第一次放电的时间在液态水含量增加的状况下会有所延迟，而放电的位置会有所降低，雷电频率也会有所减少。

2.2 平均径向速度产品

平均径向速度通常显示整个360°方位体积扫描的径向速度数据，径向速度主要是云雨粒子的运动速度在雷达径向上的分量。径向速度可以导出大气结构和风暴结构，也可以助力高空天气分析图的生成、调整和更新等。径向速度产品是强对流天气观测预报业务的重要参考，对天气条件的分析和天气预报的准确性影响很大。与普通气象雷达相比，新一代气象雷达具有实现风矢量径向分量获取的主要优势，为雷暴、大风等强对流天气的预报预测提供了有效的工具。

2.3 谱宽数据

谱宽数据实际上指的是速度谱宽度数据，即一个对速离散量的度量。它可以提供由风切变，湍流以及速度样本质量形成的平均径向速度变化的观测值。此外，它也可以用来对定边界的位置进行确定，检查径向测量的有效性，并对湍流的大小进行估测，为强对流天气观测预报业务提供参考指导。

2.4 垂直累积液态含水量（VIL）

垂直累积液态含水量（VIL）通常表现在降水云体中，在一些确定的底面积格点区域的垂直柱体内液态水总量分布的图像产品，这是判断强对流天气，防止产生冰雹灾害的一类有效手段。垂直累积液态含水量（VIL）从被提出到现在，大都用来判别强对流天气所产生的暴雨、冰雹等天气现象。早期对冰雹回波的分析判别，往往使用雷达回波参数，凭借单因子、双因子点聚图识别以及多因子组合参数进行识别，并且依据回波的形态特征对冰雹进行判断。近些年来，伴随着垂直累积液态含水量的提出及其在气象观测预报业务中的发展应用，VIL已经慢慢发展成为对流风暴强度做出预测判断的一个十分重要的参考依据，为冰雹灾害的观测预报预警业务提供极为有利的指导依据。

3 结语

新一代天气雷达是目前具有国际先进技术的雷达，可以对天气实时监测，保证雷达系统运行可靠，并有自行标校功能，保证雷达的测量精度。新一代天气雷达具有传统雷达的各类功能，而且它对云层的分辨率更高，具备极好的定量测量回波强度的性能，对雷电、暴雨、大风、冰雹等强对流天气的发生、发展均能够有效监测与预报预警。新一代天气雷达产品不但可以实时给予各类天气图像信息，而且还可以提供对多类灾害性天气的自动识别以及追踪产品，这些产品对于强对流天气观测预报发挥着极其关键的作用。

参考文献：

[1] 蒋志，程明虎，周燕.应用雷达资料的临近预报方法对比试验[J].气象科技，2013，41（3）：516-521.

[2] 任得萍，赵文杰，严玉霞，等.新一代天气雷达产品在临近天气预报中的应用[J].自然科学，2018（3）：256.

（责任编辑：刘昀）