新一代天气雷达强对流天气的临近预报的初探

新一代天气雷达强对流天气的临近预报的初探

Summary：冰雹的早期识别是防雹作业的基础。天气雷达站作为指挥中心，在建立人工影响天气指挥系统时通过天气雷达历史观测资料分析建立识别冰雹云的模型，利用已经建立的识别冰雹的模型，在实时观测中作为识别冰雹必要的手段。随着技术的进步，冰雹识别方法也有了长足的发展。基于雷达回波参数的冰雹识别方法，国内外的研究人员给予了足够的重视，发展很快，也在防雹减灾中发挥了重要的作用。Keys:新一代天气雷达产品特征分析1.引言：新疆兵团第五师地处新疆西北边陲的，古有“西来之异境，世外之灵壤”（清代诗人洪亮吉语）之美誉。位于新疆准噶尔盆地西南部，南、西、北三面环山，地势西部高东部低，西部窄东部宽，整个地形呈喇叭口状，垦区内山地、河流、湖泊、草原、农田、森林、戈壁交错分布。新疆兵团第五师属大陆性干旱半荒漠和荒漠气候，是新疆天气过程的上游，大风、冰雹、干旱、洪水、冷害等灾害性天气发生十分频繁，冰雹是第五师垦区主要的天气灾害之一，其持续时间短，但出现次数较多，来势猛，对农牧业和人民生命财产具有很大的危害。本文利用农五师新一代天气雷达强对流天气过程产品，主要包括：强度、速度垂直积分液态水含量、中尺度气旋等，特别是径向速度回波产品，根据产品图像特征，分别从中尺度天气学原理等进行深入的综合分析，得出多普勒天气雷达的几种重要产品对强对流天气特别是冰雹天气的临近预报具有重要使用价值，这对第五师人影工作使用新一代天气雷达进行冰雹预报和人工影响天气指挥工作而言，是有重要意义的。2第五师新一代天气雷达各相关资料在冰雹识别中的作用2.1第五师新一代天气雷达冰雹天气雷达回波高显RHI特征冰雹一般产生于低槽、冷涡、西北气流等天气类型，高空垂直风切变较大，低空湿度较大，高空湿度较小。层结不稳定度较大。冰雹云回波顶高(13.7DBZ)一般在8—14KM之间。冰雹云RHI回波显示强中心较高，30DBZ顶高一般达8KM左右。这类型回波宽度一般在30KM左右，回波形态独立，结构紧密，强冰雹云RHI回波有前悬回波、穹窿，顶部常有旁瓣回波出现，这些特征在第五师新一代天气雷达上也时有发现，如图1。图1前悬、穹窿（采集于2011年5月22日）2.2第五师新一代天气雷达冰雹天气雷达回波平显PPI特征冰雹天气的对流云回波结构紧密，在平显PPI显示上表现为团状或片状，逗点状，指状回波，有时在移动方向的前侧或后侧出现V型缺口，中心强度一般在45—70DBZ之间。3.径向速度回波产品的分析。多普勒天气雷达的径向速度回波产品反映了降水粒子群相对于雷达的平均径向速度。以下根据2011年7月2日强对流天气过程多普勒径向速度回波特征，同时应用中尺度天气学原理，分析总结造成灾害性天气的特征，以提高雷达产品在短时天气预报中的应用能力。3.1“逆风区”的回波分析：2011年7月2日16:22时，在2.4º仰角雷达的有效探测范围内存在大片的绿色负速度区，仅有小块的正速度，即负速度区中存在有正速“逆风区”，且周围还有更小的“逆风区”新生和发展。这样很多的辐合交错、成群地发生，很多地区形成了风切变，非常有利形成强对流天气。这表明云体内存在强烈的涡旋上升运动，在风向辐合的一侧造成了强烈的上升运动。在2.4º、3.5º、4.1º、7.0º、10.5º、14.8仰角的VPPI上呈现负速度区包围正速度区，说明“逆风区”一直存在。3.2中尺度气旋强度判断中尺度气旋常和强烈上升气流相伴，具有组合蓝金涡旋特征[2],它在新一代天气雷达径向速度图上表现为一对最大正负速度中心组成的小尺度涡旋,能由切变尺度，垂直方向伸展和持续时间3个参数衡量中尺度气旋的强度，其中，切变尺度通常由旋转速度来估计。在17:15～17:59VPPI风暴速度回波图像看，在大片负速区中有1个强中心，中心处风速超过10m/s，正速区中的强中心风速也超过10m/s，正负速度基本呈对称分布，且负速区更远离RDA，即具辐合特征，因此可以判断该处有气旋式辐合存在；因其尺度小，强速度中心距离短，旋转强烈，可能该处有中气旋存在，为超级单体风暴的维持提供了持久的动力支持，这正是冰雹生长的有利条件。另外,我们也将速度图的中尺度气旋位置与实况冰雹出现的位置进行对比分析.发现冰雹基本都落在中尺度气旋位置附近或其移动路径上,且其成熟阶段与降雹时间基本相吻合。3.3垂直风廓线(VWP)分析从风廓线产品(图2)可以看出，在风暴期16:22左右，从低层为东南风到偏东风，400～500米，1800～2200米都有弱的风向切变，说明本区域有较弱的冷平流从高层入侵，迫使下层有抬升运动。18:56左右在地面及低层，风向从东～东北变为西～西南，在低层风向顺转，有暖平流，1200～1800米风向切变出现逆转，表明冷空气入侵逐步加强，使的近地面和中下层有一定的垂直风切变。风的垂直切变还可增强中层干冷空气的吸入，加强风暴中的下沉气流和冷空气的外流，通过强迫抬升使流入的暖湿空气更强烈上升，从而加强对流。图2（16：22和18：56垂直风廓线(VWP)）综上所述，三种不同类型的多普勒径向速度回波产品可以较好地分析判断冰雹、短时大风等灾害性天气。（1）“逆风区”产生的短时大风等灾害性天气出现在逆风区范围内,由于2011年只探测到一次逆风区,实况为短时雷雨大风冰雹,以后随着资料的积累,再进一步加强细致的总结分析。（2）中尺度气旋能够产生冰雹,雷雨及短时大风等灾害性天气.灾害性天气大多出现在中尺度气旋附近或其移动路径上,中尺度气旋强弱与降冰雹的直径大小有关,中尺度气旋越强形成冰雹直径越大,降雹时间与中尺度气旋的成熟阶段基本一致。（3）垂直风廓线(VWP)分析：风的垂直切变还可增强中层干冷空气的吸入，加强风暴中的下沉气流和冷空气的外流，通过强迫抬升使流入的暖湿空气更强烈上升，从而加强对流。6:结论（1）多普勒天气雷达有丰富的产品,它信息量大、种类多、精度高、为预测强对流天气,特别是灾害性天气内部的风场提供可靠的信息,在短时临近预报中,发挥重要作用,但是在应用多普勒天气雷达产品时,一定要注意各种产品的生成原理、产品算法特点,同时要注意分析同一产品不同仰角配置情况,以及各种产品之间的相互关系和探测特点。（2）分析3类径向速度回波产品发现,中尺度气旋能够产生冰雹、雷雨及短时大风等强对流灾害性天气,灾害性天气大多出现在中尺度气旋附近或其移动路径上,中尺度气旋强弱与冰雹直径大小有关,中尺度气旋越强，形成冰雹直径越大,降雹时间与中尺度气旋成熟阶段基本相吻合,逆风区产生的短时大风等灾害性天气出现在逆风区范围内,后部入流急流区域预示有冰雹天气,区域越大，形成冰雹直径也越大。（3）综合分析应用上述各种产品,能够较准确地判断临近强对流天气的性质及落区,也为人工影响天气实时进行增雨防雹作业提供可靠依据。Reference:[1]张沛源,陈荣林,多普勒速度图上的暴雨判据研究[J],应用气象学报,1995,NO,3,373—378[2]新一代天气雷达讲义,中国气象局培训中心,2003年,368—376[3]胡明宝,汤达章等多普勒天气雷达资料分析与应用[M],北京,解放军出版社,2000年,23