《多普勒天气雷达原理与业务应用》知识点大全

PAGEPAGE17引论我国正在建设的新一代天气雷达的布局原则是：在我国沿海和多强降水的地区布设S频段（10CM）雷达；在我国强对流天气发生频繁地区布设C波段（5CM）雷达；>>>>>>>>>>>>>>>.新一代天气雷达的应用领域主要在于对灾害性天气特别是与风害和冰雹相伴随的灾害天气的监测和预警。还可以进行大范围降水的定量监测，获取降水和降水云体的风场结构。对灾害性天气的监测和预警。回波强度分析应用与一般雷达相似；径向速度风场的分析是根据典型风场的径向分量表现出的特殊分布形式对该强对流天气系统的风场进行识别。辐合辐散在径向速度场中表现为最大和最小的速度对，极值中心连线与雷达波束方向一致；小尺度气旋和反气旋在径向速度场中表现为最大和最小速度对，极值中心连线与雷达波束垂直；具有辐合（或辐散）的气旋（或反气旋）表现为最大和最小的速度对连线与雷达波束有一90度范围内的夹角；对线性风中的强风切变可以估算最大风速和切变量。利用Z－R关系定量估算大范围降水。利用VAD技术获得水平风向、风速的垂直廓线。对反射率因子和径向速度同化，改善数值模式的初值场。新一代多普雷天气雷达型号：S频段有：SA、SB和SC型；C频段有CB、CC、CD、CJ，累计共有7种具体型号，本书讨论的是WSR－88D和SA、SB和SC型。CINRAD－SA型雷达的三个主要部分及其通讯联系：RDA：雷达数据采集子系统RPG：雷达产品生成子系统PUP：主用户终端子系统RDA与RPG用宽带通讯线路连接；RPG与PUP用窄带通讯线路连接RDA组成及功能：最终生成两个级别的数据（模拟和数字）。发射机：发射稳定的（10CM或其它）电磁波脉冲；天线：脉冲发送和接收回波，操作员不能直接控制仰角，而只能选择扫描方式、体扫模式和天气模式三个条件来设置：扫描方式有（仰角数／分钟数）：14／5、9／6和5／10；体扫方式（一次用多少仰角）：VCP11、VCP21、VCP31、VCP32。CINRAD－SA用前三种。天气模式：晴空模式（VCP31、VCP32）和降水模式（VCP11、VCP21）；接收机：放大回波。信号处理器：地物杂波过滤；模／数转换：生成反射率因子、平均径向速度和速度谱宽基本数据（而不是产品）；退距离折叠：将“大于最大探测距离之外的强回波显示在最大探测距离内显示”的这种距离折叠现象去除。RPG功能：通过UCP控制RDA、RPG和宽带通讯；接受RDA第二级别基本数据（三个），产生第三级别数据产品。基本产品：基本反射率因子、基本径向速度和基本速度谱宽产品。导出产品：由数字化基数据采用一定算法而得到，包括：三种基数据剖面图；STI、VIL、ET、HI、VAD（VWP）、M、TVS等；PUP的功能有：产品请求，包括RPS、OTR和产品－预警配对。产品管理存储。产品显示。雷达状态监视，包括通讯和系统状态。产品编辑注释。雷达本身的局限性主要有三个：波束中心随着距离的增加而升高；波束宽度随着距离的增加而加宽；存在静锥区（盲区）前两者限制了探测最远距离，后者限制了对近处目标的探测。雷达产生的数据流程。（图1.3描述）多普勒天气雷达原理后向散射截面σb：反映粒子后向散射能力的虚拟面积。瑞利散射和米散射两种散射情况的定义：瑞利散射：目标物粒子的直径D远小于雷达发射的电磁波波长λ，此时的散射叫作～。米散射：目标物粒子的直径D与雷达发射的电磁波波长λ相近，此时的散射叫作～。讨论瑞利散射后向散射截面公式并举例对比S波段和C波段雷达的各自优势。瑞利散射粒子后向散射截面为：，其中，为雷达电磁波长，，m为复折射指数，D为粒子直径。讨论：瑞利散射后向散射截面与粒子直径的6次方成正比，与入射电磁波波长的4次方呈反比。传统雷达分辨率小于新一代多普勒雷达，因为粒子直径太小，后先散射截面很小，探测不到云，而后者则能。对于同样的目标物，C波段的雷达因为发射电磁波长比S波段的小，所以更能够探测到较弱的目标。但是S波段的雷达抗衰减能力强于C波段，所以在多雨的沿海和四川等地布设前者，而在降雨少对流性天气多的地区布设C波段雷达。（详见对公式2.7的讨论）各类大气对雷达波束的折射的含义：标准大气折射：电磁波的传播路径微微向地面弯曲，曲率比小于地面曲率，增大了最大探测距离。临界折射：波束的传播路径曲率等于地面曲率，也即传播路径平行于地面，此时大气对雷达波束的折射为临界折射。超折射（大气波导折射）及其产生的气象条件：当雷达波束的传播路径曲率大于地面曲率时，雷达波束弯向地面而产生虚假回波，因地面的发射有折向大气，随后有折向地面，这样反复下去，这种折射叫作～。出现条件：即是使折射指数随高度迅速降低就可以出现超折射现象。所以当大气层结出现逆温层或湿度随高度迅速减小的情况时。无折射：波束沿着直线传播。实际大气中少见。负折射：雷达波束路径向上弯向大气。导致正常能够看到的目标物消失，同时可能经常出现的地物回波也消失了。出现条件：湿度向上增加，温度向上减小；冷空气移动到暖水面；底层温度直减率大于干绝热直减率等。重要的雷达系统参数波长：RDA中发射机发射的电磁波的波长。是决定雷达性能的最重要参数，由于对于同一目标不同波长的电磁波的散射和衰减特征有很大区别，所以不同雷达具有不同波长。降雨雷达有X波段、S波段（＝10cm）和C波段（＝5cm）等。脉冲宽度和空间长度h：探测脉冲的振荡持续时间，称为脉冲宽度τ，单位是微秒。脉冲长度为脉冲在空间的长度h＝τc（单位：米）；SA雷达的脉冲宽度是：短脉冲（1.57微秒），长脉冲（4.71微秒。对应的脉冲长度分别为500m和1500m。脉冲功率：发射脉冲的峰值功率Pt。SA雷达Pt＝650～800kw。脉冲重复频率及周期：每秒内产生的脉冲个数为重复频率PRF；其倒数即为周期，表示两个相邻的脉冲之间相隔的时间。SA型雷达PRF＝300～1300Hz。天线方向图及波束宽度：在天线的水平和垂直面上辐射能流密度相对分布的曲线图为天线方向图；波束最大能流密度发射方向的区域为主瓣，侧面的为旁瓣，后面的为尾瓣。天线增益：定向天线在最大辐射方向的能流密度与平均能流密度的比值，叫作～。S波段为44Db（约为2.5万）。最小可辨功率Pmin：反映接收机灵敏度的一个参数，能从回波信号从噪声信号中分辨出来的最小功率。S波段为：－107Dbm～－113Dbm。雷达气象方程物理意义及各项的名称。气象目标物的回波功率不仅取决于雷达本身的参数（脉冲功率、天线增益、发射波长、脉冲长度、波束高度和宽度），还取决于目标物距离雷达的直线长度r和单位体积内所有粒子的后向散射截面之和。气象目标的反射率和气象目标的反射率因子的定义和含义气象目标的反射率：目标物单位体积内所有粒子的后向散射截面之和，即单位cm2/m3。因为只与目标物的直径和雷达波长有关，所以对同一雷达可以用反射率衡量气象目标物的回波强度。气象目标的反射率因子Z:气象目标物的单位体积内所有粒子的直径的6次方之和。单位：mm6/m3。因为反射率因子只与目标物有关而与雷达无关，所以不同波长（型号）雷达测得的目标物反射率因子可以互相比较。回波功率Pr与反射率因子Z的分贝表示表达式及区别。回波功率Pr的分贝表示式［各行业通用的表示相对大小的一种方式］：，（就是实际回波功率Pr相对于雷达自身的最小可辨回波功率Pmin的分贝（dB）值，无单位可言。可以通过上式反向求得实际回波功率Pr。反射率因子的Z的分贝表示：，其中Z0＝1mm6/m3dB与dBZ的概念完全不同：前者是回波功率的相对表示；后者是反射率因子的对数表示。dB与dBZ之间的关系式：，其中距离订正：当回波功率Pr和距离r已知的情况下可以计算反射率因子Z，此过程叫作距离订正。最大不模糊距离定义Rmax：雷达发射的某一个脉冲遇到距离雷达Rmax处的目标物后反射回来到达雷达时，下一个脉冲刚好发射出去，此时某个脉冲所走过的时间就是脉冲周期，所走过的路程的一半就是最大不模糊距离Rmax。距离折叠概念：当雷达探测到的目标物位大于最大不模糊距离的整数倍数nRmax距离r时，雷达错误的把目标物距利雷达的距离显示到距离雷达r－nRmax处，产生的效果就好像远距离处的目标被折叠到最大不模糊距离Rmax以内，这种现象叫作雷达的“距离折叠”。脉冲对处理技术：不直接测量多普勒频移来确定目标的径向速度，而是利用相继返回的脉冲对之间的位相变化来测量径向速度，这种技术叫脉冲对处理技术。最大不模糊速度：与相移为л的脉冲对所对应的目标物的径向速度大小称为最大不模糊速度Vmax。表达式为：，其中PRF为脉冲重复频率，为雷达电磁波波长。速度模糊：如果目标物在雷达的连续两个脉冲之间移动的距离较远，脉冲对相移超过了nπ＋φ角度，则雷达将认为相移为φ从而与真正相移位φ的目标物的速度相混淆，叫作多普勒雷达的速度模糊。径向速度Vr的表达式为：，与雷达的脉冲重复频率成正比。速度谱宽数据的含义及出现的气象条件：它是距离库中径向速度的标准差；相对高的速度谱宽出现的气象条件：气团的界面附近如锋面、雷暴出流边界；雷暴；切变区域；湍流；降落速度不同的尺度不同的雨和雪；“多普勒两难”含义及应对策略。由于最大不模糊距离与脉冲重复频率成反比而最大不模糊速度与脉冲重复频率呈正比，所以不存在一个PRF能够使最大不模糊距离达到最大同时使最大不模糊速度也达到最大，这种情况通常称为“多普勒两难”。克服办法：因此多普勒天气雷达使用不同的PRF测量反射率因子和速度，一般用较大的PRF测量速度，用较小的PRF测量反射率因子。也就是使用连续监测模态CS（PRF较小）测量目标位置和强度（dBZ），不需要距离去折叠；使用连续多普勒模态CD（高PRF）测量速度和谱宽数据，需要距离去折叠。SA和SB雷达的反射率因子的分辨率为1km×1°，径向速度和谱宽数据的分辨率为0.25km×多普勒雷达图识别基础多普勒雷达与常规天气雷达的主要区别：多普勒雷达可以测量目标物沿着雷达径向的速度，从而大大加强了天气雷达对各种天气特别是强对流天气系统的识别和预警能力。雷达标高公式：其中为雷达高度距地面高度或海拔高度，为仰角，为等效地球半径。r为雷达距离目标物的距离。PPI显示方式：雷达将以固定的仰角扫描形成的圆锥面图显示出来，这种图叫PPI图。对于新一代天气雷达而言，积状、层状和层积混合三种降水回波的主要特征是：积状云降水：通常是比较密实成团块状结构；反射率因子的空间梯度较大；强中心的反射率因子一般超过35dBZ层状云降水：回波较均匀；反射率因子空间梯度小；最大反射率因子一般大于15dBZ而小于35dBZ。层积混合降水（有时层状云降水）：存在零度层量带。零度层亮带表现形式和形成原因：在PPI上，零度层亮带表现为一定仰角的以雷达为中心的环形较高反射率因子区域，其内外两侧强度则相对较低，其所在高度一般对应的0℃原因：在0℃气层的高度以上，尺度较大的水凝物大多为冰晶和雪花，过冷却水滴尺度较小而对反射率因子贡献不大，雷达反射率因子相对较小当这些粒子经过0℃气层后开始融化时，表面上出现一层水膜，而尺度变化不大，反射率因子会因此而突然增大而当这些融化的粒子继续下降后融化为水滴时尺度又迅速减小；同时大水滴下落末速度增大而使单位体积内粒子数减少，两个因素促使反射率因子迅速减小。因此在零度层附近反射率因子相对它的上面和下面均较大（较亮），从而出现“0℃层亮带”，一般在较高的仰角上（2.4°特定回波型式及意义飑线一般对应反射率因子的回波形式为“弓形回波”，通常对应地面大风的位置。超级单体风暴低层回波最明显的特征是“钩状回波”，一般对应龙卷和冰雹。放射状回波一半是超折射回波；逆温引起的回波一般发生在早晨和夜间；降雨结束后一般会出现湿度随高度迅速减小而出现超折射现象和超折射回波。雷达非降水回波有：地物回波；海浪回波；昆虫或鸟的回波；大气折射指数脉动引起的回波；云的回波等。多普勒天气雷达只能测量降水物质沿着雷达的径向速度。雷达波束与实际方向的夹角越大则径向速度越小；实际风速越小则径向速度也越小。径向速度的大小和方向通常用颜色变化（色标）来表示，暖色表示离开雷达速度，冷色表示朝向雷达速度，并分别称为入流速度和出流速度。零速度：当雷达波束与实际风向垂直或实际风为零时，径向速度为零，称为零速度。“零速度线”的分布型式与实际风的判断。零速度线上实际风向与雷达波束垂直，而不是与零等速度线垂直，结合雷达波束和入流出流方向就可以判断此等速度向上的实际风向。直线形的零等速度线表示雷达探测的各高度层上风向一致；在探测采样较好的情况下，若在某层高度上出现最大入流或出流径向速度，则该速度方向就是实际风向。均匀流场中，某高度层上的最大多普勒径向速度就是该层上的实际风速。一般出现在距等零速度线正负90度的位置。任务：此书上的所有回波图的风场结构判定过程和结果等径向速度线为直线时：若零等速线也为直线，则表示雷达探测到的各层次上风向和风速均相同。（图3.15）“牛眼”结构表示风随高度先增大后减小（图3.16）“S”型和反“S”型径向速度图像分别表示风向随高度顺时针和逆时针旋转。根据零速度线的走向可以判断对应层的冷暖平流情况。汇合和发散流场的速度图象：入流区位于弓形零速度等值线内侧的为发散气流，相反则为汇合气流。各种典型风向风速随高度分布情况下的径向速度（图3.21）锋面过境过程多普勒速度图像的演变特征（图3.22~3.24）γ中尺度系统速度图像特征（图3.27）：分析时，如发现有速度对出现，要首先确定所选择的小区域在雷达有效探测范围内的方位及小区域的方向并近似认为该小区域在同一高度层上。抓住涡旋和散合速度场的特征后，则涡旋和散合流场的组合就可以形成气旋式（或反气旋）的辐散（或辐合）特征速度图像。先判断是否散、合，再判断是否气旋、反气旋式辐合、辐散。雷达数据质量控制多普勒天气雷达基数据的质量主要受三个方面的因素影响，分别是：地物杂波；距离折叠；速度模糊；多普勒雷达对地物杂波抑制和距离去折叠是在RDA中完成的；速度去模糊是在RPG中完成的。地物杂波含义及其影响：由非气象目标物产生的雷达回波被处理而进入基数据中，就产生了地物杂波；由于全部雷达产品和算法都是使用基数据，所以地物杂波基影响基数据有影响导出产品，敏感性最大的是降水导出产品。地物杂波的分类及特征分为普通杂波和超折射杂波；普通杂波特征：主要影响低仰角产品和近距离回波，一般稳定少动。在反射率因子产品上，有高反射率因子、无规则分布和梯度大的特点。在平均径向速度产品上，是在大片接近零速度的区域出现孤立的非零回波点。在谱宽产品上，表现为一些孤立的非零值镶嵌在接近零的谱宽场中。超折射杂波特征：在低仰角产品中普遍，通常在有逆温和正湿等垂直气层中出现。在反射率因子产品上，出现斑点；由低值到高值突然增大；范围大。在平均径向速度产品上，表现为在一片接近零速度的区域独立镶嵌着非零值。地物杂波抑制的优缺点：优点：基数据整体质量得到改善；增加了第一程以远的速度数量；改进了停留在晴空模式的能力；减少了VCP31中的速度推模糊的失败率。局限性：不适当的杂波抑制会给产品带来负面影响，特别是对雨量估计量的影响最大；对高山等强回波目标抑制后可能还有杂波残留。距离去折叠多普勒天气雷达一般用较大的PRF测量速度和谱宽，用较小的PRF测量反射率因子和定位。也就是使用连续监测模态CS（PRF较小）测量目标位置和强度（dBZ），不需要距离去折叠；使用连续多普勒模态CD（高PRF）测量速度和谱宽数据，所以距离折叠主要发生在平均径向速度和谱宽产品中，需要应用距离去折叠算法。距离去折叠优缺点优点：可确定大于最大不模糊速度的目标的速度和谱宽数据，功率比大于阈值的将得到恢复，其它回波标记为紫色。减缓“多普勒两难”。局限性：特殊气象条件比雷达本身更容易引起回波叠加，造成紫色大量出现在第二程以上数据上；功率比不超过TOVER的目标将无法确定速度和谱宽，标记为紫色；不能再使用中改变TOVER(阈值)，只能在RDA处改变，不便于业务应用。雷暴等感兴趣的速度场特定回波区域被紫色复盖的应对技巧。可以手动改变PRF使其降低一档，增大Rmax，紫色会向远处退去，强风暴等速度场会显现出来。速度退模糊的有缺点：优点：速度推模糊算法为基本和导出产品提供尽可能好的基速度数据；没有速度退模糊就不可能识别大于Vmax的速度数据；设计了保留了阵风锋、中气旋、TVS等速度场的算法；缺点：不适当的速度推模糊会掩盖重要的气象特征速度场；受杂波抑制、高谱宽和低信噪比导致算法性能有时会下降；有时会对下游产品算法造成影响，因其虚假中气旋和误发警报等。对流风暴及其雷达回波特征应用多普勒天气雷达的最主要任务是什么？关于对流风暴需要了解哪些内容？通过学习预报员最终应具备何种能力？对对流风暴的探测和预警是多普勒雷达的最主要任务；应了解对流风暴的分类、每类的结构和演变，以及回波特征和视觉特征。预报员还要具备扎实的对流风暴分类、结构和演变的背景知识，在此基础上才能构更好地根据雷达回波的图像推断出对流风暴的三维结构和强烈程度。重要方法：将对流风暴的三维结构与其视觉特征相结合，并进行物理原理的推断才能了解对流风暴的三维结构对流风暴的分类：普通单体风暴；多单体风暴；线风暴（飑线）；超级单体风暴。说明：此分类为传统分类方法；其中1）～3）可以是强或弱风暴；2）～4）之间相互之间不排它；本书采用上述分类方式讲解。普通单体风暴的演变阶段及其标志性特征：塔状积云阶段：云体内以上升气流为主；反射率因子回波向上向下增长但不接地。成熟阶段：回波接地（标志性），降水开始；一般有飑锋（阵风锋），上升和下沉气流均存在；出现水平下风方向伸展的云砧及其回波。消亡阶段：下沉气流为主，暖湿气源被切断；回波强中心下沉接近地面，强度减弱和，且分裂。影响对流风暴的结构和类型的环境因子热力稳定度（主要）；垂直风切变（主要）；水汽垂直分布（主要）；风暴与环境（其它系统）相互作用（次要）；关于对流有效位能（CAPE）衡量热力稳定度的最佳参量；是状态曲线与层结曲线从自由对流高度（LFC）到平衡高度（EL）之间所围面积的代数值（＋或—）：表达式：（正：不稳定能量；负：稳定能量）其并不是唯一影响风暴上升运动的因子，强风切变条件下在小的CAPE情况下也可以发展强风暴。天气尺度运动建立的几种对流不稳定情况高层冷槽或中心系统叠置到到底层暖槽或暖中心上；深厚气层槽前低空气流强度随高度减弱标志暖湿平流随高度减弱；高空冷涡或冷槽后部干冷空气侵入到低空浅薄热低压、偏南气流或暖平流上部；高空干暖盖或干平流而低空湿平流叠置；冷气流越山。决定风暴类型的大致因素有两个：浮力稳定度；垂直风切变；热力不稳定条件下，垂直风切变促进风暴发展的原因：能够使风暴中的上升气流倾斜，导致降水质点脱离上升气流而使降水对上升气流的托曳作用减弱；增强中层冷空气的吸入，加强下沉气流和低空外流，强迫抬升使低空暖湿空气加强。弱、强风垂直切变条件下发展的强风暴类型：弱垂直风切变：上升和下层气流不能长期共存，一般为“脉冲风暴”，强烈天气以短暂的脉冲形式出现。强垂直风切变：上升和下层气流不能长期共存，一般发展为强多单体和超级单体风暴。水汽含量对对流风暴的正负面影响超级单体或多单体要比普通单体更多的底层水汽；底层水汽过大会使风暴早期发展时过早出现降水从而导致上升气流发展受到抑制；边界层辐合线触发对流发展的情况：规则的中尺度系统如锋面、干线、海陆风锋、外流边界、重力波等；边界层辐合线的窄带回波（看不出规范的中尺度系统）；风暴运动方向是平流和传播的合成：速度矢端图含义及各类对流风暴在该图上的表现形式（该书95页中部定义）：………..。速度矢端图是由各个层次上的切变风矢量组成首尾相接组成。风暴速度矢端图表现：多单体风暴和超级单体风暴的切变风矢量在图上通常表现为各层方向一致的风切变；超级单体风暴切变风矢量在低层明显偏大和切变风矢量首尾连线的曲率较大；而多单体则不明显。某层的切变风矢量与该层的水平涡度之间的矢量方向和大小关系该层的水平涡度在切变风矢量的左侧且与其垂直，大小与切变风矢量成正比。相对风暴气流空气质点相对于风暴本身的运动形成的相对运动气流，叫～。Vr＝V（风暴中质点相对于地面的运动）－C（风暴相对地面的平均速度）相对风暴气流对风暴的生成和发展起着重要作用：决定风暴降水的分布；加强了风暴下方的气流辐合，导致更强的上升气流；底层相对风暴气流的大小和方向决定了水平涡度向垂直涡度的转换。相对风暴螺旋度的定义及其风暴发展之间的关系相对风暴螺旋度是相对风暴气流与水平涡度的内积在地面到自由对流高度层（LFC）之间的积分，表达式为：；单位：m2/s2。几何意义：速度矢端图某两个层次中相对风暴风矢量所扫过的面积成正比，是相对风暴风场和沿流线方向涡度的积分效应。这两个层次一般是指地面和LFC。与风暴发展的关系反映了一定层次的环境风场的旋转程度和流入到对流体内涡度的多少，也就是反映沿着风暴低层如流运动方向的旋转强弱，可以估计风暴从上升气流中获得的旋转潜势的大小。脉冲风暴的特点产生在弱的垂直风切变环境风场；回波结构有三个特点：初始回波出现高（6～9km）；强中心值较大（50dBZ）；强中心所在高度高（－10度线附近）。反射率因子反映为上升气流上部的水分累积区；速度图上表现为高层的辐散场和底层的辐合场以及地面下击暴流辐散场。诱发的天气爆发迅速（5～15分钟）。回波顶相对底层反射率因子回波的位置可以指示风暴强度若回波顶与下面各层的回波相对位置较一致，这说明没有弱回波区（WER）；弱回波顶偏向底层回波大梯度一侧，形成弱回波区（WER）则风暴较强；超级单体风暴的分类超级单体风暴和其它风暴的最重要区别是其包含一个深厚持久的中气旋。弱降水超级单体；强降水超级单体；经典超级单体；有界弱回波区（BWER，穹窿）：一般在超级单体风暴中，被中层悬垂回波所包围的弱回波区，它包含云粒子但是没有降水粒子的强上升气流区，回波顶位于它的上面。非超级单体BWER一般不伴随中气旋。经典超级单体的反射率因子的分布特征从低层到高层分别是钩状回波、有界弱回波区（BWER）和悬垂回波。伴随的强天气有各种级别的龙卷、冰雹、下击暴流和暴洪。持续的“BWER”区一般与中气旋相伴随，位于风暴前进方向的右后侧。强降水超级单体风暴的特征在底层具有丰富的水汽、较低的LFC和较弱的对流前逆温层顶盖；一般沿着大气交界面移动（如干线、锋面等）；可能包含着低层钩状回波和V型缺口（FFN），一般对应被降水包裹的中气旋，位于风暴前进方向的前侧。低层反射率因子特征有：宽广的的钩状、逗点状或螺旋状的回波包裹着中气旋；前侧“V”型缺口表明强的入流气流和上升气流；后侧“V”型缺口表明强的下沉气流和破坏性大风。弱降水超级单体风暴（较罕见）的特征出现在低层有较低的湿度、较高的LFC和干线（露点锋）附近；降水一般不能到达地面，且包含大冰雹的可能性大；不存在冷却下沉气流，低反射率因子掩盖了降大冰雹的可能；后侧一般能够探测到中气旋；主要天气现象是大冰雹或龙卷。中气旋的识别判据可以从切变、持续性和垂直范围三个判据有效识别中气旋；核区直径≤10km；垂直范围≥风暴垂直尺度的1/3；以上两个指标持续满足的时间超过两个体扫（15分钟）；识别中气旋最好用相对风暴径向速度图而不是基速度图。风暴的移动速度可以人工设定或由雷达自动计算；飑线的（雷达回波）特征定义：线状的对流单体族，长宽之比为5：1；入流来自于飑线前沿，而不像超级单体风暴来自于右后侧；有低层入流的弱回波区和中高空的悬垂回波；一般排列越整齐的飑线造成灾害性天气的可能性越小，而飑线有断裂则在断裂处伴随强天气。灾害性对流天气的探测与预警龙卷龙卷是剧烈旋转的小尺度涡旋，中心附近的空气外流，而上空空气有强烈辐散，所以中心气压很低，可达到400百帕，水汽迅速凝结，龙卷才由不可见空气涡旋变为可见的漏斗云柱；超级单体龙卷的雷达识别伴随低层中气旋的出现而产生，而对其预警是建立在探测到中层中气旋为基础；龙卷涡旋特征（TVS）：在雷达径向速度图上有时能够识别比中气旋小旋转快的涡旋，表现为像素到像素的风切变，称为龙卷涡旋特征。TVS出现的判据：切变、垂直方向伸展和持续性。100km以外TVS难以分辨，所以其预警还是建立在中气旋基础上。有下降式TVS和非下降式；非超级单体龙卷的识别非超级单体龙卷可以产生在各种对流风暴的环境下，因此预报它们的发生很困难。形成前地面一般会出现微气旋，它比中气旋还要小，产生于在中尺度边界（如海风锋等）。其预报一般考虑大气的CAPE，地形辐合线或中尺度边界的相交。大冰雹对流风暴中强烈的上升气流是产生大冰雹的必要条件；大冰雹常常和超级单体风暴相联系，它形成并降落到中气旋周围的钩状回波附近；相对风暴气流对冰雹的形成影响较大，因为它可以很大程度上决定了冰雹在上升气流中的运动轨迹。判断大冰雹的指标有：回波强度最大值；（有界）弱回波区大小；垂直累积液态水含量（VIL）大值区等，这些都是三维结构，所以必须用体扫资料。特别简单有效地判断有无大冰雹的方法是根据强回波区相对于0℃和－20℃高度的位置：强回波必须扩展到0℃垂直累积液态水含量VIL的值密度超过4克／立方米或其它阈值。风暴顶辐散正负速度差；三体散射长钉（TBSS、火焰回波、雹钉）是大冰雹预警指标。S波段雷达出现时强回波可达70dBZ。速度谱宽信号提供了有关TBSS的附加的有用信息；C波段雷达比S波段雷达更易出现。下击暴流：大片下沉气流区中集中的强下沉气流叫作下击暴流。弱垂直风切变条件下的下击暴流：一般由脉冲风暴引起，主要为微下击暴流；与降雨伴随的微下击暴流是湿下击暴流，相反为干下击暴流。下击暴流的预警是非常困难的，当雷达观测到地面附近的辐散时，几乎已经无法提前发出警报。一般探测到空中气流辐合就要发出警报。中等到强的垂直风切变下的下击暴流—强弓形回波特征：是产生非龙卷风害的典型回波结构。前沿是高反射率因子梯度区；入流一侧存在WER；回波顶位于WER或高反射率因子区上面；