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天气雷达图怎么用?
2018-12-06 12:25:52
入汛以来,多地遭遇暴雨、大暴雨,尤其短时强降水在短时间内就可能造成灾害,雷电、冰雹以及滑坡、泥石流等次生灾害也备受关注。在关注天气预报的同时,天气雷达图吸引了不少公众的注意力,而他们很关心的问题就是——天气雷达图能用吗、好用吗、怎么用?
  ——天气雷达图何以能致用?
  天气雷达是探测降水系统的主要手段,是对强对流天气(冰雹、大风、龙卷和短时强降水)进行监测和预警的主要工具之一。
  而且随着技术的发展,过去传统的天气雷达只能测量回波强度,即仅能提供反射率因子产品。新一代多普勒天气雷达在此基础上还能提供径向速度产品和表征速度脉动程度的速度谱宽产品。
  目前美国的新一代多普勒天气雷达已全部升级为能从两个方向监测降水粒子(水凝物粒子)的能够分辨冰雹和雨滴的双偏振多普勒天气雷达,我国也正在进行双偏振多普勒天气雷达的业务升级试点。另外还有正在研发和已投入外场实验的从多个方向探测降水粒子的相控阵雷达。
  我国从上世纪90年代末开始布设多普勒天气雷达,原计划布设158部,后来根据需要增加至216部,截至2015年底已布设181部。在我国中东部大部分地区,强降水和台风发生频率相对较高,布设的是S波段雷达,S波段雷达探测范围较大,能“看见”雷达周围460公里范围内的降水系统。西部地区降水强度相对中东部弱,布设的是C波段雷达,因为C波段雷达更有利于探测较弱的降水。
  ——天气雷达图好用吗?
  这要从雷达的起源说起。
  雷达在第二次世界大战前主要运用在军事领域,用于监测敌方军事目标物,在使用过程中发现雷达能够监测到雷暴云等降水系统。
  二战后,雷达技术被引入到气象领域,用于监测云雨降水、监测强对流天气。雷暴云由小的水成物粒子如水滴、雪花、冰雹等组成,雷达能“看到”雷暴云等降水系统,是因为水成物粒子能够将雷达发射的电磁波能量散射回雷达。水成物粒子散射能力主要取决于其大小和相态(如同样大小的液态水滴散射能力比固态雪粒子强),雷达图上用反射率因子强度(雷达图上用dBZ表示)表征粒子的散射能力。大粒子,如大的水滴和大冰雹的散射能力强,因此产生强降水和大冰雹的对流风暴反射率因子强度强,常常可以达到50dBZ以上。
  降水粒子一般会随风而动,粒子远离或朝向雷达的运动会影响散射回雷达的电磁波频率。通过雷达接受的电磁波频率变化,可以探测多普勒径向速度,雷达仅能“看见”粒子朝向和离开雷达的运动,“看不见”垂直于雷达径向的速度,因此多普勒径向速度只是实际风的一部分,这使得径向速度图判识比较难,一般人难以在短时间内学会判识多普勒径向速度图。基于多普勒径向速度图可以分析强风暴的结构和雷达上空环境风的分布,这需要建立在一些假定的基础上,并且需要有风暴结构模型和风暴动力学基础。径向速度图上暖色调表示朝向雷达的速度,冷色调表示离开雷达的速度。
  ——天气雷达图怎么用?
  对预报员来说,雷达图能提供降水系统的反射率因子强度,从而初步推断可能产生的降水相态及降水强度,如雨还是雪、大雨还是冰雹、毛毛雨还是大雨等。
  通过多普勒径向速度产品,可以判断强风暴的结构,如超级单体的中气旋结构(mesocycloneM),与龙卷相伴的龙卷涡旋特征(TVS),还能在某些假定的基础上判断雷达上空的风随高度的变化,能提供6分钟一次的雷达上空的风的分布信息。除了反射率因子、多普勒径向速度图等雷达探测的基本产品外,通过在统计分析和机理研究基础上设计的算法,雷达资料处理软件还能提供丰富的雷达产品,如是否会有冰雹产生的冰雹指数,与龙卷有关的龙卷涡旋特征,了解过去一小时左右风暴移动方向和速度的风暴追踪信息等,为预报员快速识别致灾强风暴及其可能产生的灾害性天气提供参考。
  冰雹的散射能力强,因此直径2厘米以上的大冰雹反射率因子一般来说回波强度在55dBZ以上。比如2005年6月15日早晨在徐州,直径10厘米以上的大冰雹反射率因子强度超过65dBZ。
  产生强龙卷(EF2级以上)的风暴云一般具有强烈的旋转,多普勒径向速度图上常可见10公里以下的强烈旋转,速度图上表现为在雷达径向两侧左右排列的速度对。比如从盐城EF4级龙卷发生时的径向速度图及其判读,强烈的旋转在反射率因子图上有时也能看见,表现为钩状回波。
  大范围雷暴大风或者称为对流性大风常常由飑线造成,飑线一般指多个风暴呈线性排列的尺度较大的对流系统。
  不过,以上只是雷达图识别的简单举例。在实际业务中,雷达图识别强风暴需要基于风暴结构和风暴动力学相关知识,而且雷达图识别是雷暴与强对流天气临近预报的一个方面,业务临近预报需要借助基于雷达、卫星、地面加密观测、数值模式产品等多种资料综合判断,雷暴与强对流天气的临近预报是非常复杂的。
  而对于一般公众而言,通过反射率因子产品图,能够大致判断当前自己所在的位置附近有没有降水系统,能够了解一些降水系统的现状。由于雷暴与强对流天气尺度相对小,发展速度快,前一刻还是晴空万里,下一刻就有可能风雨交加,周围有降水系统的信息能够提醒公众去关注气象预报,从而为出行等做出更安全的安排。
  公众能够看到降水系统,但该降水系统将会产生何种灾害性强对流天气,未来将会影响哪些区域等临近预报的问题,公众一般无法判断,即使是预报员也是需要经过长时间的培训和工作积累才能预报,而且不能保证每次都正确,因为雷暴与强对流天气发生发展影响因素多,生消演变快,现有的观测手段还无法探测一些对临近预报非常重要的信息。另外,我们对雷暴与强对流天气发生发展物理过程的理解也还需要不断加深。(作者为中国气象局气象干部培训学院教授)
    文章来源:中国气象报  保尔汗江提供
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