雷達基礎(chǔ)知識與在人影方面的應(yīng)用

.多普勒天氣雷達產(chǎn)品介紹及其在災(zāi)害性天氣與人工增雨方面的應(yīng)用.主要內(nèi)容介紹一、前言二、新一代天氣雷達的特點三、新一代天氣雷達基本原理四、多普勒速度圖的基本識別五、雷達產(chǎn)品在災(zāi)害天氣中的應(yīng)用六、強風(fēng)暴個例七、雷達產(chǎn)品在人工增雨方面的應(yīng)用.一、前言新一代天氣雷達在我省預(yù)報業(yè)務(wù)中得到廣泛應(yīng)用。實踐表明：新一代天氣雷達確實優(yōu)于常規(guī)天氣雷達。它分辨率高、探測距離遠、產(chǎn)品豐富且時空分布密度大；它不但可以探測云雨區(qū)內(nèi)降水量強度的大小而且可以探測降水區(qū)內(nèi)氣流的分布，并從中分析出與冰雹、龍卷等密切相關(guān)的中尺度氣旋、下?lián)舯┝?、陣風(fēng)鋒等強風(fēng)暴特征。從而為強對流天氣的預(yù)警預(yù)報提供了確切依據(jù)。同時也為強對流和暴雨天氣發(fā)生發(fā)展的動力機制分析提供了依據(jù)。除此之外，在人工增雨工作中的應(yīng)用前景也十分廣闊。..

二、新一代天氣雷達的特點和常規(guī)天氣雷達比較，新一代天氣雷達有以下優(yōu)點：

1、新一代雷達分辨率高，探測距離遠。常規(guī)天氣雷達受發(fā)射功率和波長限制，有效探測距離在200公里以內(nèi)，對湖南境內(nèi)東移影響我省的回波很難發(fā)現(xiàn)。而新一代天氣雷達分辨率高，探測距離一般可以達到400公里以上。當(dāng)強對流處于萌芽狀態(tài)時就能發(fā)現(xiàn)。大大提高了強對流天氣的預(yù)警預(yù)報準(zhǔn)確率和有效預(yù)警時間。.2、具有高密度、高時空分布的回波產(chǎn)品常規(guī)天氣雷達不但探測距離近而且品種也比較單一。新一代天氣雷達具有每6分鐘一個體掃的30余種產(chǎn)品可供選擇。其中常用的有基本反射率、基本速度及其由此衍生的組合反射率、風(fēng)廓線、液態(tài)含水量、回波頂高、風(fēng)暴追蹤信息、冰雹指數(shù)等非常直觀的產(chǎn)品。.

3、有廣泛應(yīng)用的徑向速度產(chǎn)品

徑向速度產(chǎn)品的應(yīng)用是新一代天氣雷達最大的優(yōu)勢之處。雖然目前雷達顯示的還不是真實風(fēng)場，但通過徑向風(fēng)場分析還是可以確定氣流的走向、強弱等，根據(jù)與零速度線的配置可以分析冷、暖平流；輻合、輻散；冷鋒；冷、暖切變線和低槽等天氣系統(tǒng)。尤其是一些對人們生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失的中、小尺度天氣現(xiàn)象。如中尺度氣旋、下?lián)舯┝?、陣風(fēng)鋒等。.

4、有利定量和更精細(xì)產(chǎn)品的開發(fā)國家局、省局網(wǎng)站均已公布了新一代天氣雷達產(chǎn)品的基數(shù)據(jù)。根據(jù)6分鐘一體掃的高密度基數(shù)據(jù)資料與相應(yīng)時間的自動雨量站資料進行相關(guān)分析，可以大大提高對人工影響天氣（水庫蓄水、森林滅火）、防洪和暴雨落區(qū)落點的精確預(yù)報的能力。勿容置疑，新一代天氣雷達的應(yīng)用確實為災(zāi)害性天氣的預(yù)警預(yù)報帶來了福音，同時也為強對流天氣的研究提供了依據(jù)。

.三、新一代天氣雷達基本原理

1、探測原理

和常規(guī)雷達類似，新一代天氣雷達也是利用目標(biāo)物對電磁波的散射原理來對云雨、冰晶等進行探測的（圖1）。圖1雷達探測原理.掃描方式告訴雷達在一次體積掃描（volumescan）中使用多少仰角和時間。WSR-88D和CINRADWSR-98D使用三種掃描方式：5分鐘完成14個不同仰角上的掃描（14/5）新一代天氣雷達的掃描方式工作模式A（掃描方式1）工作模式A（掃描方式2）6分鐘完成9個不同仰角上的掃描（9/6）10分鐘完成5個不同仰角上的掃描（5/10）工作模式B（晴空掃描3）.

目標(biāo)物的性質(zhì)、強弱直接影響返回到雷達的回波強弱。而回波的強弱與雷達性能、參數(shù)密切相關(guān)。它們之間的關(guān)系可以用一個方程式表達：

式中：Pr是雷達接收到的回波功率,單位：KW；Pt是雷達的發(fā)射峰值功率,單位：KW；G為天線增益,單位：倍；θ為水平波束寬度，單位：℃；h為發(fā)射脈沖長度,單位：m；Φ為垂直波束寬度,單位：℃；r為目標(biāo)物到雷達天線的距離,單位：km；λ為波長,單位：mm；Ζ為反射因子,單位：mm6.m-3；k2為折射指數(shù)，當(dāng)反射體為液體時,其數(shù)值為0.93，反射體為固體時，其數(shù)值為0.197。.

從上述雷達氣象方程可以看到：雷達參數(shù)是一個常數(shù)。而回波強度與回波離雷達的距離則是變數(shù)。距離越遠接收到的回波功率越弱；反射因子越大接受到的功率也越大。而反射因子Z與雨滴的6次方成正比。雨滴越大，回波反射率越大，即雷達回波強度越強。這也是為什么冰雹等外包水成物的雷達回波特別強的緣故。.

2、多普勒效應(yīng)和常規(guī)脈沖雷達所不同的是：多普勒雷達不但可以探測雷達回波的位置和強度，還可以探測各散射體之間相對于雷達的運動速度、方向等，即相繼發(fā)送的脈沖波之間的初相位是相同的。這就是相干雷達。而多普勒雷達就是典型的相干雷達。多普勒雷達的理論基礎(chǔ)是電磁波的多普勒效應(yīng)。所謂多譜勒效應(yīng)，是指波源相對于觀察者運動時，觀察者接到的信號頻率和波源發(fā)出的頻率是不同的。而且發(fā)射頻率和接收頻率之間的差值，和波源運動的速度有關(guān)。.

這種現(xiàn)象叫多譜勒效應(yīng)。由多譜勒效應(yīng)而引起的頻率變化，叫多譜勒頻移。這種頻率的變化量和相對運動速度的大小之間的關(guān)系，有如一列行駛中鳴笛的火車，月臺上候車的人們可以感覺到鳴笛頻率的變化，當(dāng)火車朝向月臺行使時，頻率變高，當(dāng)火車遠離月臺而去，則頻率變低，而且其頻率變化量與火車行使的速度成正比。用一公式表示它們之間的關(guān)系為：f=2v/λ上式中f:多譜勒頻率；v:運動目標(biāo)的徑向速度；λ:雷達工作波長。.

3、多普勒兩難脈沖多普勒雷達象常規(guī)雷達一樣，發(fā)射一系列在空間上相隔一定距離d的脈沖。這個距離d與脈沖重復(fù)頻率（prf）有如下關(guān)系：d=c/prf其中C:是雷達脈沖能量在大氣中的傳播速度,其值為3*108米秒-1。一個脈沖傳播并且在下一個脈沖發(fā)射前回到雷達的最大距離是脈沖間隔d的一半。這個最大距離定義為：.

rmax=C/（2prf）①從公式可以看到，要得到最大距離范圍內(nèi)的所有散射區(qū)可以用降低prf的方法。但因為：Vmax=+-（prf）λ/4②Vmax是最大多普勒速度測量范圍。如果PRF減小，那么就會產(chǎn)生速度混淆。解①與②式得出：VmaxRmax=+-λ/8③因此，對一個具有一定波長的多普勒雷達來說Vmax與Rmax的積是一個常數(shù)，Rmax增加則Vmax減小，反之亦然。這就是多普勒的兩難。在目前新一代雷達還沒有解決這個難題。.

4、WSR—98D雷達簡介目前南昌使用的是北京敏視達公司生產(chǎn)的WSR—98D雷達。它由五個主要部分構(gòu)成：雷達數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA）、寬/窄帶通訊子系統(tǒng)（WNC）、雷達產(chǎn)品生成子系統(tǒng)（RPG）、主用戶處理器（PUP）和附屬安裝設(shè)備。主要構(gòu)成如圖2。RDA是用戶所使用的雷達數(shù)據(jù)的采集單元。它的主要功能是產(chǎn)生和發(fā)射射頻脈沖、接收目標(biāo)物對這些脈沖的反射能量，并通過數(shù)字化形成基數(shù)據(jù)。.

RPG是整個雷達系統(tǒng)的指令中心。也是雷達產(chǎn)品生成子系統(tǒng)RPG是它由寬帶通訊線路從RDA接受數(shù)字化的基數(shù)據(jù)，對其進行處理并生成各種產(chǎn)品，并將產(chǎn)品通過窄帶通訊線路傳給用戶。RPG還可以通過雷達控制臺（UCP）對RDA進行監(jiān)控（遙控方式）。PUP的主要功能是產(chǎn)品請求、產(chǎn)品數(shù)據(jù)的存儲和管理等。.圖2WSR—98D主要系統(tǒng)構(gòu)成.四、多普勒速度圖的基本識別1、實際風(fēng)與徑向風(fēng)的關(guān)系多普勒雷達測量的是風(fēng)場在雷達徑向上的分量。假定某高度平面上的實際風(fēng)向風(fēng)速均勻，則雷達以某個仰角作360度掃描時，在這個高度相應(yīng)的距離圈上，雷達徑向速度隨方位角的分布是典型正（余）旋曲線。雷達波束與實際風(fēng)向的夾角越大，則徑向速度值越小，實際風(fēng)速越小，徑向速度也越?。▓D3）。

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在雷達上，徑向速度的大小和正負(fù)是通過顏色變化表示的。一般暖色表示正徑向速度，冷色表示負(fù)徑向速度。作為一種約定俗成，離開雷達的徑向速度為正，流向雷達的徑向速度為負(fù)。離開雷達和流向雷達的速度分別被稱為出流和入流速度。.圖3a.圖3b.2、關(guān)于零速度當(dāng)實際風(fēng)速為零時或雷達波束與實際風(fēng)向垂直時，徑向速度為零，稱為零速度。因此，可根據(jù)徑向風(fēng)的分布反推實際風(fēng)。主要依據(jù)是零速度線的分布：

(1)零等速度線的實際風(fēng)與雷達波束垂直。

(2)假定在雷達探測范圍內(nèi)，同一高度層上的實際風(fēng)是均勻的。從PUP顯示屏中心出發(fā)，沿徑向劃一直線到達零等速度線上某一點：過該點劃一矢量垂直此直線。方向從入流徑向速度一側(cè)指向出流徑向速度一側(cè)，此矢量即表示垂足點所在高度層的實際風(fēng)向。（圖4）另外，還可以根據(jù)零速度帶的走向判斷冷暖平流、輻合、輻散以及識別各類中小尺度天氣系統(tǒng)。.圖4環(huán)境風(fēng)場的平面圖.3、大尺度風(fēng)場連續(xù)流型的識別

①風(fēng)向不變風(fēng)速隨高度變化的各種圖象變化（見圖5-8）.圖5風(fēng)速風(fēng)向均不隨高度變化的

多普勒速度圖象和垂直風(fēng)廓線

.圖6風(fēng)速從地面20海里/h

增至圖象邊緣高度的40海里/h.圖7風(fēng)速在圖象中間達到最大值（40海里/h）

.圖8圖象中間風(fēng)速最大

地面及圖象邊緣風(fēng)速為零.②非均勻水平風(fēng)場的圖象變化（見圖9-11）.圖9風(fēng)速在所有高度上相同

風(fēng)向水平輻散的流場（左圖）.圖10同前水平流場在各高度輻合.圖11向上由西向東傾斜的多普勒速度圖象.③風(fēng)速不變風(fēng)向隨高度變化的

各種圖象變化（見12-14）.圖12風(fēng)向逆轉(zhuǎn)風(fēng)速不變的

多普勒速度圖象和垂直風(fēng)廓線.圖13風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)風(fēng)速不變的

多普勒速度圖象和垂直風(fēng)廓線

.圖14風(fēng)向隨高度先順轉(zhuǎn)后逆轉(zhuǎn).④風(fēng)速風(fēng)向都隨高度變化的

各種圖象變化（見圖15）

.圖15風(fēng)速隨高度增加（地面為0）風(fēng)向隨高度順轉(zhuǎn)的多普勒速度圖象和垂直風(fēng)廓線，圖象東部和西部邊緣的顏色突變代表了己被混淆的更大的速度值。.⑤風(fēng)場中垂直不連續(xù)的

圖象變化（見圖16）.圖16風(fēng)向突變的多普勒速度圖象和垂直風(fēng)廓線，

上下風(fēng)向相差90°，之間存在一連續(xù)區(qū)的兩對牛眼顏色突變表示有更大的速度值。.⑥風(fēng)場中水平面不連續(xù)的圖象變化（見圖17-19）.圖17鋒面對應(yīng)的多普勒速度圖象鋒前低層有一西南風(fēng)極大值，鋒后有一西北風(fēng)極大值。.圖18鋒面對應(yīng)的多普勒速度圖象

鋒面已移過測站.圖19鋒面已到測站東南

鋒前風(fēng)隨高度順轉(zhuǎn)，風(fēng)速隨高度增加，

而鋒后風(fēng)向隨高度逆轉(zhuǎn)，風(fēng)速隨高度增加..

4、中γ尺度（2-20km）流場特

征識別（見圖20-28）

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圖20小區(qū)域方位示意圖

.圖21純氣旋.圖22純反氣旋

.圖23輻合.圖24輻散.圖25輻合氣旋.圖26輻散氣旋.圖27反氣旋輻合.圖28輻散反氣旋.

5、基本產(chǎn)品介紹

CINRADWSR-98D產(chǎn)品可以分為兩大類：（1）基本產(chǎn)品根據(jù)從RDA接收到的數(shù)字化基數(shù)據(jù)，RPG可以生成操作員指定仰角上的基反射率因子、基徑向速度和基譜寬產(chǎn)品。.（2）導(dǎo)出產(chǎn)品即由數(shù)字化的基數(shù)據(jù)經(jīng)過使用特定的算法而得到的。如原則上說，除了基反射率因子、基徑向速度和基譜寬產(chǎn)品外的產(chǎn)品都是導(dǎo)出產(chǎn)品。其它類型的導(dǎo)出產(chǎn)品包括三種基本數(shù)據(jù)的垂直剖面，垂直累積液態(tài)含水量VIL、冰雹指數(shù)、強天氣發(fā)生概率、回波頂高、中氣旋、龍卷特征和降水量等共33個。（數(shù)據(jù)流如圖29）.圖29雷達數(shù)據(jù)流示意圖.

每個產(chǎn)品都由產(chǎn)品名、產(chǎn)品標(biāo)識符和產(chǎn)品標(biāo)識號組成。（表1）由表1CINRADWSR-98D部分產(chǎn)品的產(chǎn)品號、產(chǎn)品標(biāo)識符、產(chǎn)品標(biāo)識號可知：

①CINRADWSR-98D產(chǎn)品特性在眾多的產(chǎn)品中，由于受約定限制，每次申請的產(chǎn)品不能多于20個（目前多達30個）。特殊情況下，可以臨時申請某些產(chǎn)品。如回波剖面等。目前常用的產(chǎn)品有不同仰角的基本反射率和基本速度、風(fēng)暴相對平均徑向速度、風(fēng)廓線、垂直積分液態(tài)水、回波頂、組合反射率、反射率因子垂直剖面、風(fēng)暴追蹤速度、冰雹指數(shù)等。下面主要對這些常用產(chǎn)品進行介紹。.表1CINRADWSR-98D部分產(chǎn)品的

雷達產(chǎn)品名、產(chǎn)品標(biāo)識符、產(chǎn)品標(biāo)識號.

a基本反射率（R）這是雷達進行體積掃描時，對每個掃描仰角的回波強度（DBZ）顯示產(chǎn)品。分辨率有1、2、4km可選。距離范圍有230或460可選。圖象等級分8和16兩種，等級值隨探測模式（降水和晴空）而變?；痉瓷渎十a(chǎn)品用來估算降水強度、冰雹潛在性、風(fēng)暴結(jié)構(gòu)等。該產(chǎn)品是使用頻率最高的產(chǎn)品，對強對流天氣的判斷和預(yù)警十分有用。（圖30）.圖30基本反射率.

b基本平均徑向速度（V）平均徑向速度是度量脈沖體積內(nèi)空氣和降水粒子的功率加權(quán)的徑向分量。在體掃時平均徑向速度顯示等級可選8或16，分辨率可選0.25、0.5和1km。距離范圍可選60、115和230km。該產(chǎn)品用于估算風(fēng)速、風(fēng)向和熱對流，識別風(fēng)切變和邊界層，確定輻合、輻散、渦流、切變、下?lián)舯┝骱蛷娞鞖馓卣鳎ㄒ妶D31）。.圖31基本平均徑向速度

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c風(fēng)暴相對平均徑向速度是一個16等級的速度圖象產(chǎn)品。是從雷達速度測值中減去風(fēng)暴運動的徑向分量生成的。這樣得到的速度結(jié)構(gòu)如同從正在移動的風(fēng)暴，而不是從地面上所看見的那種結(jié)構(gòu)。這種處理方法通過去除風(fēng)暴運動引起的非對稱性，向操作員更好地展示渦旋或可能存在與被測速度場的中尺度氣旋。（見圖32）。.圖32風(fēng)暴相對速度.

d組合反射率因子（CR）（見圖33）組合反射率因子為一笛卡爾投影圖象產(chǎn)品。顯示每個坐標(biāo)格點上方對應(yīng)氣柱內(nèi)任何地方被發(fā)現(xiàn)的最大的發(fā)射率因子。圖象等級有16種,分辨率有1*1和4*4km兩種。顯示組合反射率時，同時也顯示一個組合屬性表。組合屬性表摘要地給出每個由風(fēng)暴算法產(chǎn)生的每個被識別的風(fēng)暴的主要特征。.

例如所標(biāo)識風(fēng)暴的最大反射率因子高度、最大徑向速度值、風(fēng)暴軌跡預(yù)報和龍卷的真、假判別以及冰雹的有或無等。作為一種顯示最大反射率和有關(guān)風(fēng)暴征兆的方法，只用組合反射率這一個產(chǎn)品就行了，無需對每個仰角的基本反射率產(chǎn)品或算法的輸出數(shù)據(jù)進行篩選。它用在強對流風(fēng)暴預(yù)報中相當(dāng)有效。常和其它一些最重要的產(chǎn)品（如風(fēng)暴跟蹤信息、中尺度氣旋等）疊加使用。.圖33組合反射率產(chǎn)品.

e風(fēng)暴追蹤信息（STI）（見圖34）該產(chǎn)品提供風(fēng)暴過去、現(xiàn)在和未來位置以及整個雷達反射率覆蓋域（半徑460公里內(nèi)）風(fēng)暴運動信息的十分可靠的產(chǎn)品。并且有三種形式：單一圖形、圖形疊加和字母數(shù)字表。與圖形產(chǎn)品同時顯示的一個風(fēng)暴屬性表為每個風(fēng)暴以字母數(shù)字方式提供有關(guān)的特征量，如風(fēng)暴識別號、質(zhì)心、方位和距離、移速和移向、跟蹤誤差、風(fēng)暴最大反射率和高度等。.

根據(jù)風(fēng)暴系列算法追蹤風(fēng)暴的時間長短。圖形產(chǎn)品還提供過去15分鐘風(fēng)暴的位置、當(dāng)前風(fēng)暴質(zhì)心的位置和未來一小時內(nèi)每15分鐘風(fēng)暴所在的位置以及一條連接這些位置的線段（移動軌跡）。STI算法不斷地計算對風(fēng)暴追蹤的誤差，并自動調(diào)整預(yù)報的位置。.圖34風(fēng)暴追蹤信息.

f冰雹指數(shù)（HI）（見圖35）它是通過有關(guān)算法產(chǎn)生的圖象產(chǎn)品。應(yīng)用它可以識別產(chǎn)生或可能產(chǎn)生大冰雹的對流風(fēng)暴。冰雹指數(shù)算法通過檢查被風(fēng)暴系列算法所識別的風(fēng)暴的若干反射率結(jié)構(gòu)特征，提取是否會導(dǎo)致冰雹發(fā)生的指標(biāo)。它也可用字目數(shù)字和圖形疊加形式產(chǎn)生。.圖35冰雹指數(shù)

.g反射率因子垂直剖面（RCS）（見圖36）反射率因子垂直剖面類似RHI產(chǎn)品。所不同的是這種垂直剖面徑向上的兩個端點由用戶任意指定。只要兩點見距離不超過230km。因此，它可以從對一個風(fēng)暴的相對透視產(chǎn)生。實際的垂直剖面是從體掃描資料獲得。應(yīng)用它能有效地確定降水回波垂直結(jié)構(gòu)（水分累積區(qū)的垂直分布、弱回波區(qū)的位置等）。根據(jù)這些可以判斷強天氣的種類。圖36a反射率因子垂直剖面。.圖36a反射率因子垂直剖面.圖36b反射率因子垂直剖面.

h速度垂直剖面（VCS）（見圖37）速度垂直剖面除了顯示的是平均徑向速度垂直剖面外，形式上基本和RCS相同。VCS和RCS往往配對使用，主要用于分析風(fēng)暴頂輻散。.圖37速度垂直剖面.

i回波頂（ET）（見圖38）這是一個16等級的笛卡爾圖象產(chǎn)品。顯示平均海平面以上回波反射率等于18dBz對應(yīng)的高度。分辨率為4*4km；高度間隔為1.53km；高度范圍從1.53km到21.34km。用它分析對流風(fēng)暴。最高的回波頂高對應(yīng)最強烈的風(fēng)暴。.圖38回波頂高.j垂直積分液態(tài)水（VIL）（見圖39）這是由體積反射率數(shù)據(jù)生成的16個等級的笛卡爾圖象產(chǎn)品。分辨率為4*4km。VIL算法首先假設(shè)每個坐標(biāo)網(wǎng)格上方的垂直氣柱里所有反射率均由液態(tài)水所致，然后對氣柱內(nèi)各個采樣體積的液態(tài)水含量求和，獲得垂直累積液態(tài)水總量。覆蓋范圍是230km。垂直累積液態(tài)水含量的多寡與冰雹的大小、多少正相關(guān)。.圖39垂直積分液態(tài)水.

k風(fēng)廓線（VWP）（見圖40）它是平均水平風(fēng)隨高度變化的圖形顯示產(chǎn)品。VWP產(chǎn)品是類似風(fēng)廓線記錄儀錄取的風(fēng)場信息，但它是在降水和密集云層這種風(fēng)廓線儀作用受到限制的氣象環(huán)境下取得的。它被廣泛地用于識別各個高度上的風(fēng)急流、冷、暖平流結(jié)構(gòu)、垂直風(fēng)切變、鋒面及其在垂直方向上的深度和風(fēng)暴相對速度等。.圖40垂直風(fēng)廓線

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五、雷達產(chǎn)品在災(zāi)害天氣中的應(yīng)用近幾年通過對WSR—98D產(chǎn)品的應(yīng)用，認(rèn)識到多普勒天氣雷達確實比常規(guī)天氣雷達獲取的降水信息更多。除了能表征降水強度和云中液態(tài)水含量的回波強度外，還能得到降水質(zhì)點相對于雷達的平均徑向速度和速度譜寬，在對強風(fēng)暴的監(jiān)測和臨近預(yù)報中表現(xiàn)了極大的優(yōu)越性。.

從單部多普勒天氣雷達提供的徑向風(fēng)場分布中能有效地確定龍卷、下?lián)舯┝?、中尺度氣旋、反氣旋、陣風(fēng)鋒等強烈天氣現(xiàn)象；根據(jù)垂直風(fēng)廓線可以分析冷暖平流。還可以根據(jù)徑向風(fēng)場風(fēng)向風(fēng)速的變化和零速度線的分布分析冷鋒、冷暖切變、低槽等大尺度系統(tǒng)。下面整理了部分典型強對流資料介紹給各位。.

（1）冷鋒或冷切變地面冷鋒是造成降水和強對流天氣的主要影響系統(tǒng)。但由于受資料的限制，常規(guī)天氣圖上沒有連續(xù)的形勢資料。而多普勒雷達的問世彌補了這一缺憾。圖41是2003年5月16日福建龍巖一次典型冷鋒暴雨過程。由圖43可見在低層(測站到約47km處)有一零速度線(灰色)呈西北-東南走向,(對應(yīng)高度為0-4km高度)，零速度線的左側(cè)為趨向雷達的西南風(fēng)，右側(cè)為遠離雷達的風(fēng)；在0-4km的高度（可查表）西南風(fēng)達15m/s。

.圖41冷鋒或冷切變在310度方位、47km處零速度線出現(xiàn)折角,由西北-東南走向轉(zhuǎn)為西南-東北走向。零速度線的左側(cè)5m/s趨向雷達的西北風(fēng)，右側(cè)為遠離雷達的風(fēng)。經(jīng)分析：零速度線的折角處為冷鋒所在地（850hPa為冷式切變）。但由于鋒面較弱，西南-東北走向零速度線不是很明顯。.

（2）暖切變（見圖42）暖切變速度分布大體具有對稱性，東北方為遠里區(qū)，西南方為趨近區(qū)；本例為西南風(fēng)與東南風(fēng)的切變。圖中圓圈處可見零速度線有明顯折角。.

（3）槽前暖區(qū)暴雨（見圖43）這是南昌雷達探測到的2001年11月1日一次冬季槽前暖區(qū)暴雨過程。在150km范圍內(nèi)（0-4km高度）零度線呈‘S’型分布。風(fēng)向由低層的偏北風(fēng)逐漸順轉(zhuǎn)為西南風(fēng)。即自下而上的暖平流環(huán)流。對應(yīng)強度場為混合降水區(qū)。

.圖43槽前暖區(qū)暴雨回波.（4）強風(fēng)暴回波特征強風(fēng)暴的出現(xiàn)經(jīng)常與冰雹、暴雨、下?lián)舯┝鳎踔笼埦硐喟槌霈F(xiàn)。雷達強度大多超過45dBz，個別強度達到70dBz以上。（如2003年4月12日強風(fēng)暴過程）。而且強單體大多有特殊的回波結(jié)構(gòu)，如弓狀回波帶、三體散射回波等；對應(yīng)徑向風(fēng)場有中尺度氣旋。.（5）中尺度氣旋特征(圖45)

中尺度氣旋的出現(xiàn)與冰雹、雷雨大風(fēng)甚至龍卷密切相關(guān)。凡滿足下列判據(jù)的小尺度渦旋即為中氣旋：

a核區(qū)直徑（最大入流速度和最大出流速度間的距離）小于等于5nm(10km)。

b轉(zhuǎn)動速度（即最大入流速度和最大出流速度絕對值之和的1/2（/Vrmax/+/Vrmin/）超過圖中相應(yīng)的數(shù)值。.

圖45的三條實線劃分成的四個區(qū)由上至下，分別表示強中氣旋、中等強度中氣旋、弱中氣旋和弱切變。由圖45可見，對于同等強度的中氣旋，多普勒雷達探測的最大（最?。较蛩俣入S探測距離增加而減小，這是因為雷達取樣體積隨測距增加，從而因為平滑作用而導(dǎo)致最大值（最小值）減少（增加）的緣故。以強中氣旋為例（圖45），距雷達10km處的強中氣旋，其轉(zhuǎn)動速度平均值必須大于等于22.5m/s。而在130km處，只要其轉(zhuǎn)動速度大于等于19m/s時就能被判別為強中氣旋。

c垂直延伸厚度大于等于3km。

d上面兩類指標(biāo)都滿足的持續(xù)時間至少為兩個體積掃。.圖45中氣旋的強度劃分.45a中氣旋實例1.圖45b中氣旋實例2.圖45c中氣旋實例3.

圖45d中氣旋實例4.

（6）三體散射長釘特征(圖46-48)

一個可用于業(yè)務(wù)的大雹特征。三體散射現(xiàn)象為沿電磁波發(fā)射方向出現(xiàn)釘狀強回波。

Zrnic（1987）和Wilson和Reum（1986，1988）研究了一個雷達回波假象，Zrnic稱其為“三體散射特征（threebodyscattersignature）”，Wilson和Reum稱其為“火焰回波（flareecho）”或“雹釘（hailspike）”。Zrnic指出該現(xiàn)象包含大的水凝結(jié)物如大的濕冰雹對雷達波的非瑞利散射（米散射）所引起的。從垂直剖面圖看，火焰回波似乎是對這一特征的更合適的命名；但從PPI圖來看，長釘似乎是更合適的術(shù)語。.

這里我們將稱這一雷達假象為三體散射長釘（three-bodyscatterspike）或簡稱為TBSS。根據(jù)Zrnic的推理，這個過程由下列步驟組成：

a向前的雷達波束的一部分被大的降水粒子（如濕冰雹）散射到地面。

b地面將散射波反射回空中的由降水粒子構(gòu)成的強散射區(qū)域。

c由地面反射到空中的由降水粒子構(gòu)成的強散射區(qū)域的雷達波又被散射回雷達。其過程如下圖49所示。.圖46a三體散射1.圖46b三體散射2.

圖47三體散射原理

.圖48產(chǎn)生龍卷的超級單體.

（7）下?lián)舯┝鳎ㄒ妶D49）對大量觀測事實研究表明，下?lián)舯┝靼闯叨瓤煞譃閮煞N：

a微下?lián)舯┝魉捷椛⒊叨刃∮?km，持續(xù)時間2-10分鐘；由于微下?lián)舯┝鞯某叨刃?，低層可出現(xiàn)相當(dāng)大的水平切變，因而這類下?lián)舯┝鲗︼w行安全危害極大。

b宏下?lián)舯┝魉捷椛⒊叨却笥诘扔?km，持續(xù)時間5-20分鐘，簡稱下?lián)舯┝??？稍诘孛嬉瘕埦盹L(fēng)狀的破壞。.圖49下?lián)舯┝?（8）陣風(fēng)鋒

（圖50）.（9）弓狀颮線（圖51）.摘自：許愛華等分析2013年03月19日江西省

強對流天氣過程六、強風(fēng)暴個例（1）.19日18時～20日08時，我省先后有23個縣市出現(xiàn)了冰雹，其中吉安縣等5個縣市的冰雹直徑超過10mm，氣象測站記錄的最大冰雹直徑達25mm，出現(xiàn)在興國縣。3月20日02～03時，吉安縣安塘鄉(xiāng)、敖城鎮(zhèn)、登龍鄉(xiāng)出現(xiàn)冰雹，最大直徑65mm。氣象站和鄉(xiāng)鎮(zhèn)冰雹報告1.強對流實況、災(zāi)情情況.19日8時至20日8時，全省85個縣市（93%）出現(xiàn)雷暴，累計落雷次數(shù)多達13226次。.

在冰雹發(fā)生的過程中，測站未觀測到8級以上的雷雨大風(fēng)，但鄉(xiāng)鎮(zhèn)點上還是出現(xiàn)8級大風(fēng)，共有101個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)八級以上雷雨大風(fēng)（沒有經(jīng)過質(zhì)量控制），最大風(fēng)速達31.9m/s，20日07時出現(xiàn)在寧都縣蓮湖鄉(xiāng)。.19.08-20.08自動站雨量另外，此次以冰雹為主過程，是歷史上3月冰雹站次第2位多的強對流過程，雷雨大風(fēng)較少暴雨站數(shù)更少，短時降水強度明顯弱于強降水過程。國家站僅出現(xiàn)1站30毫米/小時的短時強降水，區(qū)域站也僅出現(xiàn)17站30毫米/小時的短時強降水，相當(dāng)于區(qū)域站總站數(shù)的1%。降水等級國家站（占總站數(shù)比例）區(qū)域站（占總站數(shù)比例）大雨48站（52%）582站（17%）暴雨4站（4%）117站（7%）.冰雹影響的縣市，大部分地區(qū)出現(xiàn)不同程度的災(zāi)情，房頂和戶外停放的車輛被損、部分房屋倒塌，雞舍、豬舍、蔬菜大棚、秧苗、煙葉等受災(zāi)嚴(yán)重。特別是吉安市，全區(qū)出現(xiàn)大范圍冰雹。據(jù)報道，吉安市吉安縣冰雹平均直徑達6厘米，該縣5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)3.2萬人受災(zāi)，緊急轉(zhuǎn)移安置1.2萬人，直接經(jīng)濟損失3350萬元人民幣。.19日白天的片絮狀混合型回波，給江西省帶來一般性雷雨天氣。

19日傍晚至20日凌晨有組織發(fā)展和傳播的多單體和超級單體風(fēng)暴，表現(xiàn)為斷線型颮線型式，給江西省帶來大范圍冰雹天和局部大風(fēng)天氣。

風(fēng)暴的結(jié)構(gòu)型式、組織和傳播2.對流風(fēng)暴的結(jié)構(gòu)特征.2013年3月19～20日江西大范圍冰雹天氣雷達回波強度圖面積為20-30km2左右、強度在60dbz以上的強回波，形成于超級單體和對流復(fù)合體中，多數(shù)嵌在對流流云帶上，少數(shù)是獨立.TBSS特征—大冰雹持續(xù)一個多小時19日23時開始出現(xiàn)TBSS特征23:3101:3502:1704:10.VIL值異常大—冰雹

在19日19:39～20日06:09期間，VIL最大值持續(xù)近11個小時基本大于60kg/m2（江西春季出現(xiàn)冰雹的有利條件），60個體掃時次（總共107個體掃）的最大VIL在70～80kg/m2。.上饒雹云的垂直結(jié)構(gòu)強風(fēng)垂直切變下，強回波的懸垂結(jié)構(gòu).速度場中氣旋MARC

大尺度風(fēng)場中鑲嵌多個中氣旋等小尺度輻合系統(tǒng).摘自：金米娜等分析2014年03月28日江西省

強對流天氣過程六、強風(fēng)暴個例（2）.2014年3月28日白天和晚上，江西強對流過程先后經(jīng)歷了兩個階段：28日白天，多個團狀多單體風(fēng)暴自西南向東北影響江西中東部，有0.4%（7個）的區(qū)域自動站出現(xiàn)8級雷雨大風(fēng)，有0.4%（7個）的區(qū)域自動站出現(xiàn)30mm/h的短時強降水。28日夜間，由湖南生成的多單體風(fēng)暴組織排列成線狀并形成颮線移入江西，自西向東影響江西中北部，有1%（22個）的區(qū)域自動站出現(xiàn)雷雨大風(fēng)，有0.7%（13個）的區(qū)域自動站出現(xiàn)30mm/h的短時強降水。1、天氣實況.降水等級國家站（占總站數(shù)比例）區(qū)域站（占總站數(shù)比例）大雨37站（40%）566站（33%）暴雨7站（8%）159站（9%）大暴雨2（2%）15（1%）28日08時-29日08時降水落區(qū)實況28日08時-29日08時累積雨量最大的萬年縣梓埠鎮(zhèn)（141.5mm）逐小時雨強隨時間變化降水特點：白天的團狀雷暴和夜間的颮線分別形成南北兩條暴雨帶，但暴雨范圍相對較小，對流強度相對較弱。南部瞬時雨強最大，出現(xiàn)在颮線影響之前，但強降水持續(xù)時間不長；北部颮線影響期間，累積雨量最大的區(qū)域，雨強較弱（10-20mm/h為主）并相對均勻。.28日白天28日夜間雷雨大風(fēng)特點：白天的團狀雷暴和夜間的颮線都導(dǎo)致了8級以上雷雨大風(fēng)，其中夜間的颮線大風(fēng)更多，強度更強，但大風(fēng)范圍小于歷史上的其他颮線過程。因此，結(jié)合對流實況來看，此次颮線過程相對較弱。區(qū)域自動站8級以上雷雨大風(fēng)分布（m/s）.28日全天累計發(fā)布雷電預(yù)警3次，19時30分發(fā)布了大風(fēng)藍色預(yù)警；28日下午14時，依據(jù)云圖、中尺度模式、中分析發(fā)現(xiàn)在湖南和江西晚上可能出現(xiàn)颮線系統(tǒng)，形成7-9級大風(fēng)、冰雹、短時強降水；下午發(fā)布了新聞通稿，并通知全省進入加強值班狀態(tài)。.2.1.1颮線的演變過程28日白天江西境內(nèi)的對流單體表現(xiàn)為低質(zhì)心回波，45dBz以上的回波高度在7km以下，且強度不強，說明對流運動不強，對流天氣較弱。28日下午16時左右，線狀多單體風(fēng)暴首先在湖南中部生成，之后東移并加強發(fā)展成颮線；21時左右，颮線進入江西，21~23時颮線在贛西北“弓形”結(jié)構(gòu)仍然明顯，但最強回波強度較湖南境內(nèi)有所減弱；29日00時以后颮線在東移的過程中，結(jié)構(gòu)逐漸松散，強度進一步減弱，于29日3:42移出江西。28日夜間，颮線進入江西后，回波強度最大達67dBz，對流強于白天，但颮線在江西境內(nèi)無明顯陣風(fēng)鋒伴隨。2、雷達回波特征.颮線進入江西后，其上的部分對流單體回波頂高伸至12km，45dBz強回波高度伸至7km（接近-20℃層高度），但總體來說強回波伸展高度不是太高，颮線上的對流風(fēng)暴為低質(zhì)心對流。2.1.1颮線的演變過程.以颮線發(fā)展旺盛階段為例，從0:18的徑向速度零線走向來看，宜春東部以北地區(qū)的零速度線弓形彎曲特點較明顯（圖a、b），表明徑向風(fēng)向呈輻散特征，宜春東部以南地區(qū)則存在著明顯風(fēng)向輻合。負(fù)徑向速度值明顯大于正徑向速度值，正負(fù)速度輻合（圖a、b）與負(fù)速度間的輻合（圖c）均很明顯，這些風(fēng)速輻合特征有助于對流風(fēng)暴的發(fā)展和增強，從而有利于形成地面大風(fēng)天氣?！澳骘L(fēng)區(qū)”的形成（圖d）則有助于產(chǎn)生短歷時強降水。另外，整個強回波影響過程中，颮線前部附近無明顯中氣旋伴隨，因此中氣旋特征不明顯，地面亦沒有明顯的冰雹或致災(zāi)性強風(fēng)出現(xiàn)記錄。P1P2風(fēng)速輻合大風(fēng)速區(qū)(30m/s)(a)(c)(b)速度模糊“逆風(fēng)區(qū)”(d)輻散特征2.1.1颮線的演變過程.七、多普勒天氣雷達回波產(chǎn)品在人工增雨方面的應(yīng)用.有利人工增雨的天氣形勢我省干旱災(zāi)害大多數(shù)發(fā)生在每年的伏、秋期間，春旱、冬旱少有發(fā)生。尤其是2003年我省發(fā)生了嚴(yán)重的干旱，因此，選擇有利的人工增雨的時機就十分重要，有利人工作業(yè)的條件的天氣形勢有低槽、東風(fēng)波、臺風(fēng)、臺風(fēng)外圍、臺風(fēng)倒槽、低壓、低壓輻合，切變線。要進行人工增雨作業(yè)，就是要盡可能抓住有利的天氣條件，實施人工增雨作業(yè)，爭取降下更多的雨。.有利人工增雨的雷達回波和區(qū)域

有利于人工增雨的雷達回波有：對流云的降水回波、混合性降水回波，達到一定厚度的層狀云。而回波強度一般選擇30—40dbz以上，頂高一般在8km或以上，而人工增雨的作業(yè)時間選擇在夏秋季的午后14時以后比較好。而對于邊緣的山區(qū)的一些臺站，受地形的抬升作用，每年夏季的午后到傍晚，常常會生成數(shù)量不等的對流單體及積雨云群體，這給干旱的夏季帶來了機遇，為人工增雨作業(yè)提供了良好的云系條件。所以對邊緣的山區(qū)的一些臺站，只要有旱情發(fā)生，隨時可開展人工增雨作業(yè)和水庫人工增雨作業(yè)。以緩解干旱災(zāi)害和增加水庫發(fā)電量,產(chǎn)生更大的經(jīng)濟和社會效益..人工增雨作業(yè)部位對積狀云作業(yè)時,選擇積雨云前部上升氣流最強區(qū)作業(yè),夜間應(yīng)選擇閃電明顯處作業(yè)。對于層狀云作業(yè)時，應(yīng)選擇相對厚處即云較黑區(qū)域作業(yè)。在實際的人工增雨作業(yè)時，高炮或火箭的對空射擊扇面，要以作業(yè)實際云寬的1/2—1/3為宜，不要選擇作業(yè)云的邊緣進行射擊作業(yè)。作業(yè)高度的選擇，要以炮彈或火箭實際能夠（催化劑）到達作業(yè)云的中上部（如到達0度層或0度層以上高度）最為適宜