陳超

（鹽城市大豐區(qū)氣象局，江蘇 鹽城 224100）

鹽城市隸屬于江蘇省，地處中國東部沿海、江蘇省中部，東邊靠近黃海，地理坐標處于32°34′N—34°28′N，119°27′E—120°54′E之間。鹽城市氣候具備過渡性特點，通常將蘇北灌溉總渠作為分水嶺，在分水嶺北邊為南暖溫帶氣候，南邊為北亞熱帶氣候。鹽城市總體受季風氣候的影響比較顯著，夏季在副高的作用下，天氣炎熱且多偏南風，氣候溫暖濕潤，降水量豐富，冬季受歐亞大陸冷氣團影響，盛行偏北風且多寒冷天氣。近年來，在全球變暖加劇的背景下，江蘇省鹽城市經(jīng)常發(fā)生強對流天氣，如冰雹、雷電、短時強降水、大風等天氣頻發(fā)，這些復(fù)雜天氣往往給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來不同程度的危害。尤其是夏天，強對流天氣發(fā)生的概率特別大，由該天氣現(xiàn)象造成的經(jīng)濟損失越來越大。社會大眾對于強對流天氣的預(yù)報服務(wù)需求也在增加。為了滿足鹽城市經(jīng)濟和社會發(fā)展中預(yù)防災(zāi)害性天氣的需要，鹽城市高度重視氣象探測工作的開展，適時啟用新一代氣象雷達。新一代天氣雷達能夠?qū)崟r、準確地獲得高精度的強對流天氣過程和相關(guān)的風場信息，大大提高了雷暴、冰雹、大風等天氣的監(jiān)測能力，在天氣預(yù)報、預(yù)警、人工影響天氣作業(yè)等氣象業(yè)務(wù)中起到特別關(guān)鍵的作用。本文重點探究了新一代天氣雷達在強對流天氣預(yù)報服務(wù)中的應(yīng)用，以期進一步提升強對流天氣預(yù)報預(yù)警服務(wù)水平。

1 強對流天氣現(xiàn)象

強對流天氣是氣象領(lǐng)域中極為復(fù)雜的天氣現(xiàn)象，一般在短時間內(nèi)突然發(fā)生，伴隨著劇烈的運動，對人類生命財產(chǎn)安全有極大的破壞力。冰雹與暴雨是典型的強對流天氣類型。一般強對流天氣水平范圍較小，在200～3 003 km之內(nèi)，因此強對流天氣系統(tǒng)是中小范圍的天氣系統(tǒng)。氣象雷達產(chǎn)品是通過電磁波探測目標的電子設(shè)備，在氣象領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。研究分析天氣雷達的反射波，有利于對天氣的實際情況進行實時監(jiān)測，科學合理預(yù)測天氣發(fā)展的趨勢，可以比較直觀地觀察到天氣變化及發(fā)展趨勢，進而對強對流天氣進行快速識別及預(yù)測。在強對流天氣觀測預(yù)報中應(yīng)用氣象雷達產(chǎn)品，有利于對強對流天氣進行自動識別、跟蹤及預(yù)報，有利于提升強對流天氣預(yù)報的準確性。

2 新一代天氣雷達概述

以往的普通天氣雷達的探測原理是借助于云雨目標對雷達發(fā)射的電磁波的散射回波來分析判斷其空間區(qū)域、垂直結(jié)構(gòu)、強弱分布情況等。從20世紀末到21世紀初，新一代氣象雷達系統(tǒng)成為中國氣象服務(wù)現(xiàn)代化非常重要的建設(shè)項目。新一代天氣雷達的應(yīng)用不但可以發(fā)揮過去普通天氣雷達的作用，同時還能夠憑借物理多普勒效應(yīng)來對降水粒子的徑向移動速度進行有效把控，然后掌握降水云的移動速度、垂直氣流速度以及風場的結(jié)構(gòu)特征。多普勒雷達作為新一代雷達，它可以高質(zhì)量地顯示強降雨、雷電，大風、冰雹等強對流天氣的發(fā)生發(fā)展趨勢，還具備定量評估降水、測量回波強度的性能。多普勒雷達不僅能夠?qū)崟r給予各類天氣圖像信息，而且還能夠為各類災(zāi)害性天氣給予識別以及跟蹤的雷達產(chǎn)品?？偟膩碚f，多普勒雷達產(chǎn)品大致涵蓋兩個部分，即基礎(chǔ)產(chǎn)品與導出產(chǎn)品?；井a(chǎn)品涵蓋三種類型：反射率因子、平均徑向速度和譜寬。導出的產(chǎn)品包括組合的反射率因子、速度、回波頂以及垂直液態(tài)水含量（VIL）等產(chǎn)品[1]。

3 新一代天氣雷達在強對流天氣預(yù)報服務(wù)中的應(yīng)用

3.1 反射率因子產(chǎn)品

新一代天氣雷達反射率因子產(chǎn)品不但能夠?qū)涤甑膹姸?、回波的變化以及動態(tài)趨勢等信息進行直觀體現(xiàn)，同時還能夠?qū)︼R線、層云、積云、鋒面等天氣學特點作出準確的識別。氣象觀測業(yè)務(wù)人員可以通過雷達反射率因子對回波的強度作出判斷，從而來預(yù)報冰雹、雷電、短時強降水、大風等強對流天氣，還可以結(jié)合反射率因子隨時間的變化來判斷降水回波動態(tài)變化情況。所以，在強對流天氣預(yù)報服務(wù)中，雷達反射率因子產(chǎn)品應(yīng)用效果顯著，反射率因子產(chǎn)品的特征能夠較好地為強對流天氣預(yù)報服務(wù)帶來有利的指導依據(jù)。

3.1.1 基本反射率

基本反射率表示的是在雷達體積掃描的時候所展現(xiàn)的各掃描仰角的回波強度（dBz）的圖像產(chǎn)品。分辨率涉及到1 km、2 km或4 km。距離范圍包含230 km或460 km。圖像級別包含2類：8與16，級別值伴隨氣象探測模式的變化而產(chǎn)生變化?；痉瓷渎手饕δ苁菍Ρ摿Α⒂暄姸?、風暴結(jié)構(gòu)、邊界層所處區(qū)域的判斷。基本發(fā)射率對于雷暴、大風、冰雹等強對流天氣的預(yù)報預(yù)測應(yīng)用非常有益。

3.1.2 強回波比例

如果出現(xiàn)雷暴天氣，則第一次雷擊時間的預(yù)測可依據(jù)0℃以上40 dBz高度處正在發(fā)展的雷暴單體與回波占25 dBz以上回波的體積的百分比來判斷。相關(guān)研究已經(jīng)證實，對電荷分離有重大影響的冰相顆粒因為其所在環(huán)境濕度、溫度等條件的不同而具有不同的電極性和效率。

3.1.3 回波頂高與組合反射率因子

回波頂部的高度主要表示是在監(jiān)測到強度超過18 dBz的反射率因子的時候，其上方的雷達能夠獲取到的最高仰角的回波區(qū)域所對應(yīng)的高度。通常情況下，回波頂部愈高，那么系統(tǒng)的強度便愈強。在氣象監(jiān)測預(yù)報服務(wù)工作中，若回波高要超出指定的閾值，那么便意味著即將會面臨雷電、強降水等強對流天氣。然而，因為雷達靜錐區(qū)的存在，有時會低估雷達周圍的回波頂。同時，因為垂直外推方法較少，往往無法對風暴的最高回波頂部進行精準地判斷。組合反射率是將垂直空氣列中的最大反射率因子投影到網(wǎng)格點上的產(chǎn)品，它反映了1個體積掃描中最大反射率因子的具體狀態(tài)。依靠CR產(chǎn)品能夠盡可能地在短期內(nèi)判斷強中心回波的位置，具有高度顯示功能的CR產(chǎn)品也可以準確地確定強對流回波，這非常有利于強對流天氣預(yù)報預(yù)警[2]。

3.2 平均徑向速度

徑向速度是云和雨粒子在雷達徑向上移動速度的組成部分。平均徑向速度反映了360°方位角體掃的徑向速度數(shù)據(jù)[3]。通過這些能夠獲取風暴以及大氣結(jié)構(gòu)，還有利于高空分析圖的形成以及優(yōu)化。可以說，此產(chǎn)品屬于現(xiàn)階段強對流預(yù)報服務(wù)中不可獲取的指導資料之一，它對剖析天氣形勢以提升氣象預(yù)報的準確度作用較大。將新一代天氣雷達與以往的天氣雷達進行比較來說，最大優(yōu)點就是實現(xiàn)了對風矢量在徑向上分量的獲取，這為強對流天氣的預(yù)報提供了有利工具。

3.3 譜寬數(shù)據(jù)

譜寬數(shù)據(jù)表示速度頻譜寬度數(shù)據(jù)，屬于離散速度量的度量。其能夠觀察湍流、風切變以及速度質(zhì)量而引起的平均徑向速度的動態(tài)趨勢。此外，還能夠了解邊界的位置（密度不連續(xù)），判斷湍流的大小以及檢查徑向量的有效性，為強對流天氣預(yù)報服務(wù)提供指導。

3.4 垂直液態(tài)含水量（VIL）

垂直液態(tài)水含量（VIL）是在降水云中某個底部區(qū)域網(wǎng)格點的垂直圓柱體中的總液態(tài)水分布的圖像產(chǎn)品，它是確定冰雹、大風、降水等對流性天氣以及防雹減災(zāi)的重要指導依據(jù)。自從提出垂直累積液態(tài)水含量（VIL）以來，它主要用于區(qū)分強對流天氣引起的惡劣天氣，例如大雨、冰雹等復(fù)雜天氣。在冰雹回波的初期分析中，可以通過雷達回波參數(shù)、多因素、雙因素、單因素等參數(shù)來分析天氣，且結(jié)合回波的形態(tài)特征識別冰雹災(zāi)害。隨著VIL產(chǎn)品在氣象探測中的普及應(yīng)用，VIL產(chǎn)品開始漸漸變成判斷對流風暴強度極其關(guān)鍵指標，它為冰雹預(yù)報服務(wù)帶來有價值的參考依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，新一代氣象雷達相對于普通雷達而言，圖像分辨率更高，且在定量測量回波強度方面性能好，可以較好地對冰雹、強降水、大風、雷暴等強對流天氣的形成以及動態(tài)變化進行監(jiān)測以及預(yù)報服務(wù)。新一代氣象雷達可以實時提供各種圖像信息，還可以提供自動識別和識別的功能，在強對流天氣預(yù)報業(yè)務(wù)中起著非常重要的作用。