摘 要：本首先介紹了多普勒天氣雷達(dá)的工作原理進(jìn)行介紹，接著從災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)、識(shí)別、預(yù)警等方面詳細(xì)闡述了多普勒天氣雷達(dá)資料在災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用，以期進(jìn)一步提升多普勒天氣雷達(dá)在天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：多普勒天氣雷達(dá)；災(zāi)害性天氣；預(yù)報(bào)；應(yīng)用

鄭州市地處華北平原南部，河南省中部偏北，黃河下游，近年來(lái)，在全球氣候變暖趨勢(shì)下，鄭州市雷電、暴雨洪澇、干旱、冰雹、霜凍、大風(fēng)等各類(lèi)災(zāi)害性天氣常發(fā)，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅，社會(huì)公眾對(duì)災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)等氣象服務(wù)需求愈來(lái)愈高。多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)能夠全天候、全方位、全自動(dòng)地探測(cè)和監(jiān)測(cè)半徑400公里范圍內(nèi)所有天氣變化，作出及時(shí)準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)以及警報(bào)，在災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)以及預(yù)報(bào)方面發(fā)揮著重要作用。從1998年起，國(guó)家撥出專(zhuān)款在全國(guó)重點(diǎn)地區(qū)實(shí)施中國(guó)新一代多普勒天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)網(wǎng)工程。河南省共爭(zhēng)取到6部多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)，鄭州同三門(mén)峽、濮陽(yáng)、商丘、南陽(yáng)、駐馬店五個(gè)地區(qū)共同形成了河南省高精雷達(dá)探測(cè)網(wǎng)，其高時(shí)空分辨率資料對(duì)災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)預(yù)警起到重要指導(dǎo)作用。本文主要對(duì)多普勒天氣雷達(dá)資料在災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析，以期推動(dòng)氣象災(zāi)害的預(yù)警業(yè)務(wù)的發(fā)展進(jìn)步。

一、多普勒天氣雷達(dá)介紹

常規(guī)天氣雷達(dá)的探測(cè)原理是憑借云雨目標(biāo)物對(duì)雷達(dá)所發(fā)射電磁波的散射回波來(lái)測(cè)定其空間位置、強(qiáng)弱分布、垂直結(jié)構(gòu)等。而新一代多普勒天氣雷達(dá)系統(tǒng)建設(shè)是我國(guó)20世紀(jì)末21世紀(jì)初的一項(xiàng)極其重要的氣象現(xiàn)代化工程，其不但可以起到常規(guī)天氣雷達(dá)的作用，還可以憑借物理學(xué)上的多普勒效應(yīng)來(lái)測(cè)定降水粒子的徑向運(yùn)動(dòng)速度，推斷降水云體的移動(dòng)速度、風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征、垂直氣流速度等。多普勒天氣雷達(dá)能夠?qū)Ρ┯?、雷電、冰雹、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣的發(fā)生、發(fā)展進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)；同時(shí)還具有良好的定量測(cè)量回波強(qiáng)度的性能，可以定量估測(cè)大范圍降水；多普勒天氣雷達(dá)除實(shí)時(shí)提供各種圖像信息外，還可提供對(duì)多種災(zāi)害性天氣的自動(dòng)識(shí)別、追蹤產(chǎn)品。多普勒天氣雷達(dá)產(chǎn)品主要包括基本產(chǎn)品和導(dǎo)出產(chǎn)品兩部分?；井a(chǎn)品有三種：反射率因子、平均徑向速度和譜寬。導(dǎo)出產(chǎn)品包括組合反射率因子、速度方位顯示風(fēng)廓線(xiàn)、回波頂、垂直累積液態(tài)含水量（VIL）等。

二、多普勒天氣雷達(dá)資料在災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

1.反射率因子產(chǎn)品。反射率因子產(chǎn)品不但可以直觀地顯示出降水的強(qiáng)度、降水回波的變化特征以及動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，還可以清晰地識(shí)別積云、層云以及積層混合云系以及鋒面、颮線(xiàn)等天氣學(xué)特征。觀測(cè)人員能夠憑借反射率因子產(chǎn)品來(lái)判斷回波的強(qiáng)度，對(duì)雨雪、大風(fēng)、雷電、冰雹等天氣進(jìn)行確定，還能夠結(jié)合反射率因子伴著時(shí)間的變化判斷降水回波的移動(dòng)以及未來(lái)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)等。因此，在災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)中，反射率因子產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。反射率因子產(chǎn)品的特征能夠?yàn)樘鞖忸A(yù)報(bào)提供重要的科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。

（1）基本反射率?；痉瓷渎适抢走_(dá)工作于體積掃描時(shí)，對(duì)每個(gè)掃描仰角的回波強(qiáng)度（dBZ）進(jìn)行顯示的圖像產(chǎn)品。分辨率有1km、2km或4km可選。距離范圍有230km或460km可選。圖像等級(jí)可以劃分為8和16兩種，等級(jí)值隨探測(cè)模式的變化而發(fā)生變化?；痉瓷渎十a(chǎn)品用來(lái)估算降雨和降雪強(qiáng)度、冰雹潛在性、風(fēng)暴結(jié)構(gòu)以及確定邊界層位置。該產(chǎn)品對(duì)各種雷暴、冰雹等災(zāi)害天氣的預(yù)報(bào)應(yīng)用極其有效。

（2）強(qiáng)回波比例。雷暴天氣，對(duì)于預(yù)報(bào)第一次發(fā)生閃電時(shí)間的參考依據(jù)可以是發(fā)展中的雷暴單體在0℃高度40dBz以上和回波占25dBz以上回波的體積百分比。大量研究已經(jīng)證實(shí)，在電荷分離時(shí)起明顯作用的冰相粒子，會(huì)因?yàn)樗诘沫h(huán)境而存在不同的起電極性和效率，比如它會(huì)受到溫度、濕度、液態(tài)水含量等條件的影響。國(guó)內(nèi)有學(xué)者認(rèn)為第一次放電的時(shí)間在液態(tài)水含量增加的條件下會(huì)延遲，并且放電的位置會(huì)有所下降，閃電發(fā)生的頻數(shù)也會(huì)相應(yīng)減少。

（3）回波頂高與組合反射率因子?；夭敻呤侵府?dāng)回波強(qiáng)度超過(guò)18dBZ的反射率因子被探測(cè)到時(shí)，對(duì)應(yīng)其上空雷達(dá)可探測(cè)最高仰角的回波所在的高度，回波頂越高，系統(tǒng)的強(qiáng)度越強(qiáng)。一般在氣象預(yù)報(bào)中，當(dāng)回波頂高高于指定的門(mén)限時(shí)，認(rèn)為強(qiáng)對(duì)流會(huì)發(fā)生。但是由于雷達(dá)靜錐區(qū)的存在，雷達(dá)附近的回波頂會(huì)被估計(jì)過(guò)低，并且由于缺乏科學(xué)的向上的垂直外推方法，因此很難準(zhǔn)確確定風(fēng)暴的最高回波頂。 組合反射率是垂直氣柱內(nèi)的最大反射率因子投影在笛卡爾坐標(biāo)格點(diǎn)上的產(chǎn)品，揭示了一個(gè)體積掃描中的最大反射率因子的分布。利用 CR 產(chǎn)品可快速、準(zhǔn)確有效地確定強(qiáng)中心的回波位置，增加了高度顯示的 CR 產(chǎn)品可以準(zhǔn)確定位強(qiáng)對(duì)流回波。

2.平均徑向速度產(chǎn)品。平均徑向速度所表示的是整個(gè)360°方位體積掃描的徑向速度數(shù)據(jù)，徑向速度就是云雨粒子的運(yùn)動(dòng)速度在雷達(dá)徑向上的分量。徑向速度具備很多直接的應(yīng)用，能夠?qū)С鲲L(fēng)暴結(jié)構(gòu)以及大氣結(jié)構(gòu)，還能夠幫助形成、調(diào)整以及更新高空分析圖等。徑向速度產(chǎn)品是天氣預(yù)報(bào)中的一個(gè)重要參考依據(jù)，其對(duì)氣候條件分析以及天氣預(yù)報(bào)的正確性有極其重要的影響。多普勒天氣雷達(dá)與普通的天氣雷達(dá)相比，其主要優(yōu)勢(shì)就是實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)矢量在徑向上分量的獲取，為短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)以及災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)提供了切實(shí)有用的工具。

3.譜寬數(shù)據(jù)。譜寬數(shù)據(jù)實(shí)際上指的是速度譜寬數(shù)據(jù)，它是一個(gè)對(duì)速度離散量的度量。它能夠提供由于風(fēng)切變、湍流以及速度樣本質(zhì)量造成的平均徑向速度變化的觀測(cè)，還可以用于確定邊界（密度不連續(xù)面）位置、檢查徑向量的有效性以及估計(jì)湍流大小，為天氣預(yù)報(bào)工業(yè)的開(kāi)展提供一定的指導(dǎo)作用。

4.垂直累積液態(tài)含水量（VIL）

垂直累積液態(tài)含水量（VIL）是表現(xiàn)在降水云體中，在某一確定的底面積格點(diǎn)區(qū)域的垂直柱體內(nèi)液態(tài)水總量分布的圖像產(chǎn)品，是確定強(qiáng)對(duì)流天氣避免造成雹災(zāi)的可行性措施之一。最垂直累積液態(tài)含水量（VIL）從被提出至今，其主要用于判別強(qiáng)對(duì)流天氣造成的暴雨、暴雪和冰雹等災(zāi)害性天氣。早期對(duì)冰雹回波的判斷，經(jīng)常運(yùn)用雷達(dá)回波參數(shù)，運(yùn)用單因子、雙因子點(diǎn)聚圖識(shí)別以及多因子組合參數(shù)識(shí)別，并根據(jù)回波的形態(tài)特征對(duì)冰雹進(jìn)行判斷。隨著VIL的提出及其在氣象工作中的發(fā)展應(yīng)用，VIL逐步發(fā)展成為判斷對(duì)流風(fēng)暴強(qiáng)度的一個(gè)極其重要的參考依據(jù)，為冰雹天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警工作具有重要的指導(dǎo)意義。

三、結(jié)語(yǔ)

多普勒天氣雷達(dá)具備著良好的定量測(cè)量回波強(qiáng)度的性能以及圖像分辨率，能夠有效監(jiān)測(cè)預(yù)警暴雨、雷電、冰雹、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣發(fā)生發(fā)展，實(shí)時(shí)提供各種圖像信息，還能夠提供對(duì)多種災(zāi)害性天氣的自動(dòng)識(shí)別、追蹤產(chǎn)品?？梢哉f(shuō)，多普勒雷達(dá)資料在災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)工作中發(fā)揮著極其重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：顏飛（1968-），男，漢族，重慶人，研究生學(xué)歷，助理工程師，從事應(yīng)用氣象工作。