卿海群 李蕊

摘 要 雷暴與強對流臨近預報關(guān)系到人們的日常生產(chǎn)與生活，能夠為國家防災減災工作提供必需的氣象服務。雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，對氣象服務水平的提升有利?；诖耍瑥奶鞖忸A報技術(shù)發(fā)展的實際出發(fā)，探討雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)進展，分析數(shù)值預報模式在雷暴與強對流臨近天氣預報中的應用。

關(guān)鍵詞 雷暴；強對流；臨近預報；技術(shù)進展

中圖分類號：P457 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.23.076

氣象服務是國家與社會普遍關(guān)注的焦點，氣象服務質(zhì)量對現(xiàn)實生活、農(nóng)業(yè)、種植業(yè)等各領(lǐng)域的發(fā)展具有直接影響。臨近預報是指對短時間內(nèi)發(fā)生明顯變化的天氣現(xiàn)象的預報，工具包括天氣雷達與衛(wèi)星云圖等[1]。隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，臨近天氣預報技術(shù)不斷更新，在借鑒國外先進技術(shù)與經(jīng)驗，以及國家大力推動天氣預報技術(shù)創(chuàng)新的基礎上，國內(nèi)氣象臺雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)發(fā)展的進展顯著。

1 雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)進展

根據(jù)臨近天氣預報業(yè)務的開展，結(jié)合TREC、TITAN與Cb-TRAM等多種技術(shù)，分析雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)進展，綜述臨近天氣預報的方法與手段。

1.1 跟蹤雷達回波（TREC）

作為臨近天氣預報主要技術(shù)之一，跟蹤雷達回波（TREC）屬于圖像特征識別與追蹤技術(shù)。TREC的初始算法是利用交叉相關(guān)方法跟蹤雷達某一個仰角掃描構(gòu)成的錐面上某一個二維回波型，進而演變成在某一等高面上的二維直角坐標系中進行回波跟蹤。TREC主要是基于流型辨識技術(shù)，雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)與TREC的融合成果主要表現(xiàn)在以下兩個方面。1）以TREC為基礎推出CTREC技術(shù)，CTREC技術(shù)主要是TREC在直角坐標系中的應用。利用CTREC技術(shù)監(jiān)測與臨近預報雷暴與強對流天氣，需要在某一等高面上的直角坐標系中插入雷達體掃資料，結(jié)合雷暴與強對流臨近天氣預報的實際需要，將反射率因子場分為若干個包含大量像素的“區(qū)域”，并將“區(qū)域”尺寸控制在適宜范圍內(nèi)，避免因“區(qū)域”太小或太大而導致相關(guān)系數(shù)的產(chǎn)生量不足或回波移動向量的分辨率太粗[2]。回波移動矢量的確定主要是通過從反射率因子的分布對上一時刻與下一時刻的“區(qū)域”做交叉相關(guān)，結(jié)合雷達體掃資料分析，準確找出做交叉相關(guān)的時刻與上一時刻中反射率因子分布形態(tài)相關(guān)系數(shù)最大的區(qū)域。雷暴云頂紅外輻射亮溫與地面降水率之間回歸關(guān)系的建立是與概率配對法為基礎，利用CTREC技術(shù)對風暴區(qū)域進行流型辨識追蹤，結(jié)合衛(wèi)星云圖對降水進行反演，確定風暴云的移動向量并實施平滑與濾波。有機結(jié)合云頂亮溫與地面降水之間的回歸關(guān)系以及濾波后的風暴云移動向量進行衛(wèi)星云圖上風暴區(qū)域的外推，對外推風暴區(qū)域的降水進行計算。2）TREC在雷暴與強對流臨近天氣預報中的應用，在某一仰角掃描構(gòu)成的二維圓錐面上進行回波的跟蹤，結(jié)合雷達資料整理出雷暴數(shù)據(jù)，進而在云圖上反映出雷暴與強對流天氣臨近的相關(guān)信息，最終達到雷暴與強對流臨近天氣預報的目的。對于TREC技術(shù)的應用，依靠方形區(qū)域的可調(diào)尺度方式的追蹤，在追蹤雷暴與強對流天氣時，允許整體雷達回波內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，也能夠外推某一等高面上的反射率因子，進而結(jié)合臨近天氣預報的實際需要，計算出外推反射率因子場對應的降水率場。一般情況下，TREC技術(shù)主要是作為臨近天氣預報系統(tǒng)的累積雨量預報與回波外推等部分。

1.2 雷暴識別跟蹤分析與臨近預報技術(shù)（TITAN）

雷暴識別跟蹤分析與臨近預報（TITAN）是采用直接坐標的對流風暴外推系統(tǒng)，主要是在三維直角坐標系中插入單部或多部雷達的發(fā)射率因子，整合處理雷達數(shù)據(jù)，結(jié)合臨近天氣預報的實際需要，構(gòu)建雷達三維數(shù)字化拼圖。利用TITAN識別單體雷暴的效率較高，對雷暴單體水平投影面積的擬合主要是應用一個橢圓，而在TITAN應用過程中，橢圓的長軸與水平軸的夾角是雷暴單體的重要特征，路徑與區(qū)域大小是雷暴單體臨近預報的主要內(nèi)容，雷暴單體的區(qū)域大小用橢圓的面積大小表示。以TITAN為基礎演變出的雷暴臨近預報系統(tǒng)（TRT），對雷暴與強對流天氣的臨近預報具有積極作用。利用TRT進行雷暴與強對流臨近天氣預報，主要是在系統(tǒng)中輸入雷達與閃電定位資料，結(jié)合相關(guān)資料的整理分析，識別跟蹤并預報雷暴的位置與強度等，以實現(xiàn)對雷暴與強對流天氣的臨近預報[3]。

1.3 基于云圖的雷暴臨近預報系統(tǒng)（Cb-TRAM）

基于云圖的雷暴臨近預報系統(tǒng)（Cb-TRAM）主要是利用衛(wèi)星資料數(shù)據(jù)對雷暴路徑進行識別與追蹤和預報，在歐洲的使用較為廣泛。Cb-TRAM是依靠衛(wèi)星云圖可見光與紅外特征而實現(xiàn)對雷暴的識別、追蹤與預報，但限制點是無法探測到雷暴內(nèi)部，即利用Cb-TRAM系統(tǒng)判斷雷暴強度的能力較弱。Cb-TRAM系統(tǒng)采用衛(wèi)星資料能夠同時解決與獲取輸入資料，結(jié)合臨近天氣預報的實際需要，識別與外推雷暴天氣。

2 數(shù)值預報模式在雷暴與強對流臨近天氣預報中的應用

2.1 提供最新環(huán)境參數(shù)

雷暴與強對流臨近天氣預報是氣象服務的重要內(nèi)容，隨著臨近預報技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，高分辨率數(shù)值預報模式在雷暴與強對流臨近天氣預報中得到廣泛應用。高分辨率數(shù)值預報模式的優(yōu)勢是能夠為雷暴與強對流天氣的臨近預報提供快速更新的近風暴環(huán)境參數(shù)，保證雷暴與強對流臨近天氣預報的可靠性。高分辨率數(shù)值預報模式最具代表性的應用系統(tǒng)是快速更新循環(huán)系統(tǒng)（RUC），而RUC系統(tǒng)更名為RR后主要是采用WRF（The Weather Research and Forecasting Model）模式。RUC系統(tǒng)能夠為雷暴與強對流臨近天氣預報提供逐時更新格點化的環(huán)境參數(shù)，結(jié)合臨近天氣預報的實際需要，提供的雷暴與強對流環(huán)境參數(shù)包括地面比濕與位溫、0～3 km溫度直減率、自由對流高度、對流有效位能與抑制能量等，為天氣預報相關(guān)工作人員了解高時空分辨率的近風暴環(huán)境提供有力依據(jù)。

對于高分辨率數(shù)值預報模式，國內(nèi)比較有代表性的臨近預報系統(tǒng)是更新周期為3 h的快速同化系統(tǒng)，而這一天氣預報系統(tǒng)是建立在WRF模式與三維變分技術(shù)的基礎上，主要是采用區(qū)域自動站資料與常規(guī)地面觀測資料和探空等相關(guān)資料?？焖偻到y(tǒng)的水平分辨率為3 km，每次分析發(fā)出18 h預報，是雷暴與強對流臨近天氣預報的有力支撐。

2.2 延長天氣預報時效

高分辨率數(shù)值預報模式在雷暴與強對流臨近天氣預報中的應用，能夠結(jié)合雷達回波外推進而延長臨近天氣預報時效。對于雷暴與強對流天氣的臨近預報，一般情況下超級單體風暴與強颮線等大多數(shù)雷暴的雷達回波外推的時效在1～3 h，臨近預報的局限性較大[4]。將高分辨率數(shù)值預報結(jié)果與雷達回波外推相結(jié)合，優(yōu)化雷暴與強對流臨近天氣預報模式，能夠有效延長雷暴與強對流臨近天氣預報的有用時效，形成0～6 h中尺度對流系統(tǒng)臨近預報。在雷暴與強對流臨近天氣預報的0～6 h有用時效內(nèi)，不同時效范圍采用不同預報方式，0～1 h與3～6 h分別采用雷達回波外推與數(shù)值預報，而1～3 h則是依靠數(shù)值預報融合雷達回波外推。

在雷暴與強對流臨近天氣預報中，高分辨率數(shù)值預報模式的應用的關(guān)鍵有以下兩個方面。1）數(shù)值預報模式對降水系統(tǒng)包括對流性降水系統(tǒng)的預報水平。對于雷暴與強對流臨近天氣預報，對流性降水系統(tǒng)在鋒面氣旋與短波槽等天氣尺度強迫較強情況下的數(shù)值預報結(jié)果較為可靠；但對局部雷陣雨的預報能力極弱。2）數(shù)值預報融合雷達回波外推的具體方法[5]。利用適宜方法將高分辨率數(shù)值預報與雷達回波外推相結(jié)合，對提升臨近預報結(jié)果的可靠性有利。

3 結(jié)語

雷暴與強對流臨近天氣預報是氣象服務的關(guān)鍵，而臨近預報技術(shù)對雷暴與強對流臨近天氣預報結(jié)果的可靠性有著較大影響。綜合分析天氣預報技術(shù)的發(fā)展情況，加強TREC、TITAN等技術(shù)與高分辨率數(shù)值預報模式在雷暴與強對流臨近天氣預報中的應用，更新雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)，延長雷暴與強對流臨近天氣預報的有用時效，從而提升天氣預報業(yè)務水平。

參考文獻：

[1] 羅云凱，吳彤，李丹，等.雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)探討[J].農(nóng)村經(jīng)濟與科技，2017，28（21）：243-244.

[2] 袁子鵬，王瀛，崔勝權(quán)，等.一次中緯度颮線的陣風鋒發(fā)展特征分析[J].氣象，2011，37（7）：814-820.

[3] 云娟.雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)探討[J].環(huán)球人文地理，2017（16）：168.

[4] 張百超，林萍萍.論雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)[J].科技展望，2014（16）：117.

[5] 陶嵐，戴建華，陳雷，等.一次雷暴冷出流中新生強脈沖風暴的分析[J].氣象，2009，35（3）：29-35.

（責任編輯：劉昀）