于文革

（丹東市氣象臺(tái)，遼寧丹東 118000）

臨近預(yù)報(bào)處于一類先進(jìn)的預(yù)報(bào)方法，在我國(guó)發(fā)展時(shí)間較短，多普勒天氣雷達(dá)布網(wǎng)在不斷實(shí)踐中發(fā)展成熟，其應(yīng)用獲取較佳的成效，氣象臺(tái)工作內(nèi)容較多，主要包含降水、雷暴等臨近預(yù)報(bào)。為推動(dòng)臨近預(yù)報(bào)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展和提升，需對(duì)當(dāng)下臨近預(yù)報(bào)方法、手段進(jìn)行分析，有助于對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新和升級(jí)，獲取較佳的發(fā)展成效。

1.我國(guó)臨近天氣預(yù)報(bào)技術(shù)現(xiàn)狀

據(jù)相關(guān)研究分析，雷暴雨強(qiáng)對(duì)流臨近天氣預(yù)報(bào)分析過(guò)程中，為從本質(zhì)層面掌握相關(guān)天氣形成基本原理和預(yù)報(bào)相關(guān)技術(shù)，基于風(fēng)暴體層面，充分利用雷達(dá)技術(shù)對(duì)其開展分析，主要因其自身應(yīng)用成熟度較高。利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)其氣象模型建立，對(duì)雷暴雨強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行更深次分析。國(guó)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覟檫_(dá)到雷暴雨強(qiáng)對(duì)流等氣候下，獲取精準(zhǔn)性較高的預(yù)報(bào)目標(biāo)，處于以往天氣預(yù)報(bào)技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際狀況利用高新技術(shù)，研究與之相適應(yīng)的算法，當(dāng)下國(guó)外使用頻次較高的算法為TREC算法和COTREC算法，后者對(duì)于國(guó)外使用頻次較高，可獲得優(yōu)良的估測(cè)效果。我國(guó)使用COTREC算法應(yīng)用獲取一定成效，并不斷對(duì)其進(jìn)行完善和更新，積累豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)下國(guó)際使用最新的臨近天氣預(yù)報(bào)技術(shù)為概念模型預(yù)報(bào)技術(shù)。該技術(shù)正式實(shí)施預(yù)報(bào)過(guò)程中，專業(yè)人員充分應(yīng)用雷達(dá)完成大量氣象數(shù)據(jù)的收集和匯總，基于氣象是衛(wèi)星獲取相應(yīng)的圖形展開分析，依托計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建完善的氣象模型，建立完善的NCAR系統(tǒng)，可顯著提升整個(gè)氣象預(yù)報(bào)的全面性和精準(zhǔn)性，符合當(dāng)下天氣預(yù)報(bào)自身多元化需求。

2.雷暴的生成、發(fā)展和消散的臨近預(yù)報(bào)

2.1 雷暴的生成

從廣泛宏觀層面分析雷暴現(xiàn)象，其特指深厚濕對(duì)流現(xiàn)象，狹義層面是指伴有雷電深厚濕對(duì)流，由于大氣內(nèi)深厚濕對(duì)流的的產(chǎn)生與靜力不穩(wěn)定等機(jī)制，伴隨大氣內(nèi)部風(fēng)向風(fēng)速顯著波動(dòng)變化，以及云和降水的全生命周期，對(duì)大氣內(nèi)部深厚濕對(duì)流形成、結(jié)構(gòu)等方面均產(chǎn)生相應(yīng)的干擾。為檢驗(yàn)整層大氣對(duì)流的主趨，主要結(jié)合實(shí)際狀況選取與之相適應(yīng)的方法，嚴(yán)格分析相關(guān)對(duì)流參數(shù)，依照我國(guó)規(guī)定的相關(guān)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行判定，均是將大氣靜力穩(wěn)定度和水汽條件充分融合。對(duì)流實(shí)際有效位能與實(shí)際抑制能量成反比，其位能持續(xù)性增加，與之相匹配的對(duì)流能量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，結(jié)合實(shí)際狀況客觀、全面評(píng)估大氣靜力穩(wěn)定度、水汽條件十分關(guān)鍵，分析探空資料作為常規(guī)性分析方法。并不綜合性考量平流過(guò)程中，可及時(shí)將探空計(jì)算的對(duì)流有效位能簡(jiǎn)單計(jì)算和動(dòng)態(tài)化優(yōu)化，雷暴多產(chǎn)生于午后，可第一時(shí)間結(jié)合預(yù)報(bào)午后最高溫度節(jié)點(diǎn)、露點(diǎn)，設(shè)定初期點(diǎn)二者指標(biāo)均呈上升趨勢(shì)，地面以上探空曲線處于固定，可獲取動(dòng)態(tài)化修正探空。

2.2 雷暴維持、發(fā)展和衰減

雷暴形成后其發(fā)展態(tài)勢(shì)十分關(guān)鍵，判定其是否處于加強(qiáng)或維持狀態(tài)，其與多方面因素密切相關(guān)，如垂直風(fēng)切變相、雷暴出流邊界等，與其實(shí)際發(fā)展成反向，超過(guò)邊層界以上的風(fēng)雷暴出流邊界正式發(fā)展的方向應(yīng)一致，則對(duì)流異地呈現(xiàn)為向上發(fā)展，有助于推動(dòng)雷暴自身實(shí)際狀態(tài)的維持和加強(qiáng)。反之雷暴上升氣流會(huì)產(chǎn)生顯著的傾斜，不利于其加強(qiáng)和維持。雷暴的加強(qiáng)與多個(gè)因素密切相關(guān)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際狀況確定與其加強(qiáng)相關(guān)的因素，精準(zhǔn)性判定其之間的關(guān)聯(lián)性。

雷暴自身實(shí)際出流邊界循序漸進(jìn)遠(yuǎn)離雷暴時(shí)，不同程度中斷雷暴暖濕氣流的供應(yīng)，雷暴進(jìn)一步發(fā)生消散，雷暴正式入駐穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，缺少與之相適應(yīng)的對(duì)流有效位能，其實(shí)際便消散。更為關(guān)鍵的是，結(jié)合實(shí)際狀況判定該區(qū)域內(nèi)屬于穩(wěn)定區(qū)。判定實(shí)際穩(wěn)定區(qū)主要取決于探空曲線，還應(yīng)結(jié)合是否存在積云狀況，若始終以氣象衛(wèi)星高分辨率可見云圖做好精細(xì)化分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)某區(qū)域內(nèi)不存在相應(yīng)的積云，估測(cè)其可能屬于一類缺少水汽的區(qū)域，若天氣為多云、陰天等狀況無(wú)法通過(guò)此類方法進(jìn)行精準(zhǔn)性判定。此外，選取相應(yīng)的方法為進(jìn)一步明確前1h雷達(dá)估測(cè)1h積雨量較高區(qū)域內(nèi)，則基于平流薄弱狀況下，該區(qū)域內(nèi)未來(lái)幾個(gè)小時(shí)內(nèi)可保持穩(wěn)定。

2.3 高架雷暴

并非所有的雷暴發(fā)生為地面周圍上升氣塊引發(fā)，其中便存在部分雷暴位于邊界層以上觸發(fā)，通常將其稱之為高架雷暴，臨近地面周圍具有較為穩(wěn)定的冷空氣，更加速雷暴的生成。地面氣塊無(wú)法穿過(guò)穩(wěn)定層獲取相應(yīng)的浮力，主要是將逆溫層作為核心媒介獲得浮力，從而生成雷暴。高架雷暴正式發(fā)生過(guò)程中，其基本處于900hPa～600hPa中尺度輻合切變線觸發(fā)的，評(píng)定其實(shí)際產(chǎn)生的對(duì)流有效位是否正常狀況下選用最不穩(wěn)定的對(duì)流有效位能，充分依托擾動(dòng)逆溫層頂氣塊絕熱上升而獲得。一般處于正常狀況下，高空觀測(cè)時(shí)間周期處于1d～2d，難以確定。輻合切變線實(shí)際位置，高架雷暴實(shí)際預(yù)報(bào)臨近預(yù)報(bào)難度較大，其處于我國(guó)較為常見，多出現(xiàn)于早春和深秋季節(jié)。雷暴正式生成多處于冷空氣的一側(cè)，常見災(zāi)害天氣為冰雹，亦或?yàn)榇箫L(fēng)天氣。此外，處于凌晨等時(shí)間段內(nèi)也會(huì)不同程度發(fā)生此類高架雷暴，其主要源于高架，伴隨其逐步惡化和發(fā)展可能產(chǎn)生陣風(fēng)鋒，促使新雷暴發(fā)展，轉(zhuǎn)變?yōu)榉歉呒艿男吕妆?，可進(jìn)一步引發(fā)冰雹、龍卷等天氣。

2.4 自動(dòng)外推算法

為從本質(zhì)層面精準(zhǔn)性預(yù)報(bào)估測(cè)雷暴15min、30min和60min后相應(yīng)的部位，自動(dòng)的客觀外推技術(shù)自身成效更佳，使用頻次較高的客觀外推方法為SCIT、TITAN、TREC，前兩種屬于單體追蹤法，后者為區(qū)域追蹤算法，其實(shí)際算法基本原理存在較大差異性，體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）SCIT。風(fēng)暴單體識(shí)別和跟蹤算法，作為新一代雷達(dá)開發(fā)的系列重要算法之一。首先，為保證其后續(xù)算法結(jié)果的精準(zhǔn)性，應(yīng)結(jié)合實(shí)際狀況合理設(shè)定相應(yīng)的順序閥數(shù)值，以此為核心基礎(chǔ)判定所有的三維雷暴單體，提供相應(yīng)的三維雷暴質(zhì)心坐標(biāo)、積液態(tài)水量等，通過(guò)精準(zhǔn)性辨識(shí)雷暴上實(shí)際預(yù)測(cè)部位，將其與同一雷暴具體位置做好比對(duì)，并對(duì)其做好精準(zhǔn)性分析。其次，以雷暴過(guò)去質(zhì)心部位精準(zhǔn)性推算其質(zhì)心處于不同時(shí)間段后具體部位，主要包含15min、30min、45min等。SCIT作為算法中最常規(guī)的方法，其屬于應(yīng)用較為成熟的算法，通過(guò)原有實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，上述風(fēng)暴單體實(shí)際路徑偏差控制于隔離范圍內(nèi)，我國(guó)當(dāng)下天氣雷達(dá)充分汲取國(guó)外先進(jìn)的算法優(yōu)勢(shì)，其也成為當(dāng)下臨近預(yù)報(bào)方法之一。

（2）TITAN。雷暴辨識(shí)動(dòng)態(tài)化跟蹤分析、臨近預(yù)報(bào)主要源于美國(guó)，其在后續(xù)不斷實(shí)踐中優(yōu)化和升級(jí)，其獲取較佳的應(yīng)用成效。該臨近預(yù)測(cè)方法基本應(yīng)用原理為，通過(guò)使用一個(gè)直角坐標(biāo)，以相關(guān)規(guī)范和要求，進(jìn)一步確定實(shí)際對(duì)流單體自身強(qiáng)度、體積，當(dāng)其滿足設(shè)定要求便可判定其為雷暴的對(duì)流單體。此類方法適用于兩部或多部雷達(dá)處于合理范圍內(nèi)處理，最終呈現(xiàn)為雷達(dá)3位數(shù)字化拼圖，其自身辨識(shí)率較高，單體呈現(xiàn)的特征最為重要的是，包含與SCIT相類似的質(zhì)心坐標(biāo)外，還存在相應(yīng)的體積和投影面積，充分利用一個(gè)橢圓將其進(jìn)行投影所獲得的面積，其自身大小便為雷暴區(qū)域內(nèi)實(shí)際大小，其實(shí)際取向也作為該雷暴重要特征，應(yīng)對(duì)其加以重視。

（3）TREC。結(jié)合實(shí)際狀況最大限度應(yīng)用跟蹤雷達(dá)回波，其主要是以辨識(shí)技術(shù)圖像為核心，動(dòng)態(tài)化做好各方面追蹤工作，其實(shí)際基本原理為選用交叉方法實(shí)時(shí)對(duì)雷達(dá)特定仰角進(jìn)行掃描，從而構(gòu)成完整的二維回波型。CTREC基于特定時(shí)間周期內(nèi)，收集匯總相應(yīng)的雷達(dá)數(shù)據(jù)資料，將其合理劃分為若干個(gè)體積相當(dāng)?shù)膮^(qū)域，不同區(qū)域內(nèi)包含是多個(gè)像素，其處于不同時(shí)刻區(qū)域內(nèi)存在交叉因子，以此為核心基礎(chǔ)確定整個(gè)回波實(shí)際移動(dòng)矢量，對(duì)整個(gè)回波做好實(shí)時(shí)跟蹤。REC技術(shù)另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)某登高面上反射率因子外推目標(biāo)，主要以相關(guān)規(guī)范為基準(zhǔn)，合理選用Z-R的關(guān)聯(lián)性，可獲取外推的反射率因子區(qū)域內(nèi)所對(duì)應(yīng)降水率場(chǎng)，結(jié)合實(shí)際狀況持續(xù)性完成時(shí)間周期累積，進(jìn)而獲得特定時(shí)間段內(nèi)未來(lái)30min、60min內(nèi)雨量預(yù)測(cè)，從本質(zhì)層面實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)[1]。

3.強(qiáng)對(duì)流天氣的臨近預(yù)警

3.1 強(qiáng)冰雹

強(qiáng)冰雹產(chǎn)生有利環(huán)境條件，不包含生成雷暴3個(gè)基本要素，其實(shí)際生成基本要求較高，不僅需具備較強(qiáng)，而且應(yīng)保持時(shí)間較長(zhǎng)的上升氣流，建議具備較大的對(duì)流有效位能和較強(qiáng)的0km～6km深層垂直風(fēng)切變。系統(tǒng)型考量冰雹一般融化是處于0℃層以下的融化，大氣中℃層的高度不建議太高，積極關(guān)注整個(gè)微物理?xiàng)l件，尤其是冰雹實(shí)際增長(zhǎng)層-10℃～-30℃涵蓋足夠的過(guò)冷卻水滴。強(qiáng)冰雹天氣雷達(dá)自身具備相應(yīng)的回波特征，伴隨回波中心強(qiáng)度、高度均顯著增大，強(qiáng)冰雹發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，初期估測(cè)的冰雹持有直徑也可能增加。

3.2 雷暴大風(fēng)

雷暴大風(fēng)的臨近估測(cè)十分重要，最大限度發(fā)揮多普雷天氣雷達(dá)自身優(yōu)勢(shì)，將其實(shí)際回波基本特征為基準(zhǔn)，處于較強(qiáng)雷暴下產(chǎn)生重要的機(jī)制為，周圍較干的空氣逐步被卷入，進(jìn)一步導(dǎo)致整個(gè)雷暴發(fā)生下沉，促使短時(shí)間內(nèi)引發(fā)相應(yīng)的向下加速度，此類流程中中層干空氣夾雜進(jìn)入雷暴實(shí)際過(guò)程中處于徑直速度圖上呈現(xiàn)為中層徑向輻合特征。正常狀況下，處于中層垂直方向?qū)嶋H特征處于高度為2km～7km，其構(gòu)成一個(gè)完善的垂直速度差值，一般應(yīng)保證其超過(guò)25m/s，結(jié)合現(xiàn)下實(shí)際狀況便可判定其具備較強(qiáng)的特征?；谟欣妆┐箫L(fēng)實(shí)際環(huán)境下，超級(jí)單體中的中氣旋可有效將環(huán)境內(nèi)干空氣夾卷進(jìn)入雷暴下沉氣流內(nèi)，進(jìn)一步加速雨滴蒸發(fā)降溫形成向下加速度，地面內(nèi)氣旋周圍氣壓下降，與其產(chǎn)生相應(yīng)的氣壓梯度，雷暴內(nèi)部下沉氣流至地面后處于此氣壓梯度作用下風(fēng)速顯著增強(qiáng)，自身輻合特征較為顯著。

3.3 龍卷

龍卷作為一類常見不良天氣，其帶來(lái)的危害較為嚴(yán)重，其內(nèi)部中心最高風(fēng)速可達(dá)140m/s，結(jié)合龍卷造成的危害，可將其劃分為5個(gè)等級(jí)，其處于世界范圍內(nèi)均可發(fā)生。龍卷的臨近預(yù)警主要以多普勒天氣雷達(dá)探測(cè)到的中氣旋，龍卷產(chǎn)生的概率為20%，正式探測(cè)氣旋底部與地面間距離小于1km時(shí)，此類天氣產(chǎn)生的概率為40%，中氣旋底與地面距離約小，龍卷發(fā)生的概率顯著增加，處于環(huán)境低層垂直風(fēng)切變和相對(duì)濕度較大狀況下，探測(cè)到強(qiáng)中氣旋，或探測(cè)中等以上強(qiáng)度的中氣旋，且底部距離地面通常不超過(guò)1km。

3.4 導(dǎo)致暴洪的對(duì)流性暴雨

暴洪作為強(qiáng)對(duì)流系統(tǒng)發(fā)生頻次較高的災(zāi)害，其預(yù)報(bào)精準(zhǔn)性十分關(guān)鍵。其自身預(yù)報(bào)的關(guān)鍵內(nèi)容涵蓋兩大方面，明確每個(gè)子流域內(nèi)部產(chǎn)生的暴洪超過(guò)實(shí)際降水閾值，閾值與整個(gè)流域?qū)嶋H地貌特征合前期降水存在緊密的關(guān)聯(lián)型。正常狀況下地形較為復(fù)雜的區(qū)域內(nèi)較小流域?qū)嶋H暴洪閾值較低，假設(shè)前期產(chǎn)生降水該數(shù)值更低，估測(cè)每個(gè)子流域內(nèi)降水超過(guò)當(dāng)天暴洪閾值實(shí)際可能性。針對(duì)大陸強(qiáng)對(duì)流型降水估計(jì)而言，冰雹的存在仍是其雨強(qiáng)估計(jì)的關(guān)鍵誤差來(lái)源，表1為當(dāng)反射率因子分別為40dBz、45dBz和50dBz時(shí)對(duì)應(yīng)得大陸強(qiáng)對(duì)流降水型和熱帶降水型的雨強(qiáng)。

表1 不同反射率因子對(duì)應(yīng)的大陸強(qiáng)對(duì)流降水型和熱帶降水型的雨強(qiáng)（mm/h）

4.高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)模式的應(yīng)用分析

數(shù)值預(yù)報(bào)模式處于臨近實(shí)際預(yù)報(bào)工作中應(yīng)用，主要體現(xiàn)在2個(gè)方面，不僅可提供全面、精準(zhǔn)的近風(fēng)暴環(huán)境參數(shù)、與雷達(dá)回波外推進(jìn)行融合提供延長(zhǎng)臨近預(yù)報(bào)時(shí)效。具體而言包含以下內(nèi)容：第一，提供短周期內(nèi)更新的環(huán)境參數(shù)。處于該領(lǐng)域最具典型性的是美國(guó)研發(fā)的RUC，該系統(tǒng)主要選取先進(jìn)的三維變分技術(shù)，不斷以1h為基本單位周期做好循環(huán)更新工作，形成相應(yīng)的分析場(chǎng)，以其為核心基礎(chǔ)制作18h的預(yù)報(bào)。預(yù)報(bào)人員可積極選取相應(yīng)的系統(tǒng)，提供相應(yīng)的參數(shù)條件，選取實(shí)際觀測(cè)資料成果對(duì)其做好精準(zhǔn)性分析，并對(duì)18h預(yù)報(bào)做好嚴(yán)格檢驗(yàn)，精細(xì)化評(píng)估系統(tǒng)計(jì)算的各類參數(shù)。第二，與雷達(dá)回波外推結(jié)合延長(zhǎng)預(yù)報(bào)時(shí)效。多數(shù)雷暴雷達(dá)回波實(shí)際應(yīng)用時(shí)效小于1h，為積極解決該問題，需及時(shí)將雷達(dá)回波外推和高分辨數(shù)值進(jìn)行充分融合，形成完善的臨近預(yù)報(bào)。

5.結(jié)語(yǔ)

雷暴和強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行精準(zhǔn)性估測(cè)，有助于人們預(yù)先做好防范工作，以免此類不良?xì)夂虍a(chǎn)生的不良影響。當(dāng)下我國(guó)選用的天氣預(yù)報(bào)技術(shù)精準(zhǔn)性較高，但仍具備提升空間，應(yīng)積極對(duì)其做好升級(jí)和優(yōu)化，提高預(yù)報(bào)檢測(cè)水平，以免災(zāi)害性天氣對(duì)人們產(chǎn)生的生命危險(xiǎn)。