雷暴与强对流临近天气预报技术探讨

聂占军 王鹏 张增

摘 要：随着社会经济的持续发展及气象科技的不断进步，使气象服务的需求大大增加，于是天气预报技术也被赋予更加丰富的内涵。天气预报已经不仅仅是对当天的气象信息的获取，同时要求获得更多的气候信息。提高气象技术不仅是提高气象预报准确性，同时也要求信息种类的丰富。本文对雷暴及强对流天气进行了详细介绍，探讨雷暴与强对流临近天气预报技术进展及应用。

关键词：雷暴；强对流；天气预报；技术进展

一、雷暴与强对流天气的概述

（一）所谓雷暴，从广义上而言是指范围较为深厚的云层对流现象。但准确而言是指伴有雷电现象产生的深厚云层强对流现象。其产生原因主要是由于云层在垂直方向上结构不够稳定，易产生变化。除此之外，大气中产生的水蒸气和气象抬升效应也会加剧雷暴产生的可能性。大气层内风向、风速在垂直条件下的改变都会使得云层的稳定性发生变化，使得雷暴产生的几率大大增加。

（二）所谓强对流天气，主要是指直径20 ～ 50mm 的冰雹、17 ～ 33mm/s 的雷暴大风天气以及可能导致洪水等灾难发生的暴雨等天气。对于直径差超过50mm 的冰雹、超过三级以上的龙卷、33mm/s 以上的大风称为极端强对流天气。不论是强对流天气还是极端强对流天气，都会对人们的正常生产生活造成影响。因此，必须采取一定的技术手段在这些天气到来之前采取相应的预防措施。

二、雷暴与强对流临近天气预报技术进展

（一）跟踪雷达回波（TREC）

跟踪雷达回波（TREC）属于图像特征识别与追踪技术，雷暴与强对流临近天气预报技术与TREC的融合成果主要表现在以下两个方面。（1）以TREC为基础推出CTREC技术，CTREC技术主要是TREC在直角坐标系中的应用。利用CTREC技术监测与临近预报雷暴与强对流天气，需要在某一等高面上的直角坐标系中插入雷达体扫资料，结合雷暴与强对流临近天气预报的实际需要，将反射率因子场分为若干个包含大量像素的“区域”，并将“区域”尺寸控制在适宜范围内，避免因“区域”太小或太大而导致相关系数的产生量不足或回波移动向量的分辨率太粗。回波移动矢量的确定主要是通过从反射率因子的分布对上一时刻与下一时刻的“区域”做交叉相关，结合雷达体扫资料分析，准确找出做交叉相关的时刻与上一时刻中反射率因子分布形态相关系数最大的区域。雷暴云顶红外辐射亮温与地面降水率之间回归关系的建立是与概率配对法为基础，利用CTREC技术对风暴区域进行流型辨识追踪，结合卫星云图对降水进行反演，确定风暴云的移动向量并实施平滑与滤波。有机结合云顶亮温与地面降水之间的回归关系以及滤波后的风暴云移动向量进行卫星云图上风暴区域的外推，对外推风暴区域的降水进行计算。（2）TREC在雷暴与强对流临近天气预报中的应用，在某一仰角扫描构成的二维圆锥面上进行回波的跟踪，结合雷达资料整理出雷暴数据，进而在云图上反映出雷暴与强对流天气临近的相关信息，最终达到雷暴与强对流临近天气预报的目的。对于TREC技术的应用，依靠方形区域的可调尺度方式的追踪，在追踪雷暴与强对流天气时，允许整体雷达回波内部结构发生变化，也能够外推某一等高面上的反射率因子，进而结合临近天气预报的实际需要，计算出外推反射率因子场对应的降水率场。一般情况下，TREC技术主要是作为临近天气预报系统的累积雨量预报与回波外推等部分。

（二）雷暴识别跟踪分析与临近预报技术（TITAN）

雷暴识别跟踪分析与临近预报（TITAN）是采用直接坐标的对流风暴外推系统，主要是在三维直角坐标系中插入单部或多部雷达的发射率因子，整合处理雷达数据，结合临近天气预报的实际需要，构建雷达三维数字化拼图。利用TITAN识别单体雷暴的效率较高，对雷暴单体水平投影面積的拟合主要是应用一个椭圆，而在TITAN应用过程中，椭圆的长轴与水平轴的夹角是雷暴单体的重要特征，路径与区域大小是雷暴单体临近预报的主要内容，雷暴单体的区域大小用椭圆的面积大小表示。以TITAN为基础演变出的雷暴临近预报系统（TRT），对雷暴与强对流天气的临近预报具有积极作用。利用TRT进行雷暴与强对流临近天气预报，主要是在系统中输入雷达与闪电定位资料，结合相关资料的整理分析，识别跟踪并预报雷暴的位置与强度等，以实现对雷暴与强对流天气的临近预报[3]。

（三）基于云图的雷暴临近预报系统（Cb-TRAM）

基于云图的雷暴临近预报系统（Cb-TRAM）主要是利用卫星资料数据对雷暴路径进行识别与追踪和预报，在欧洲的使用较为广泛。Cb-TRAM是依靠卫星云图可见光与红外特征而实现对雷暴的识别、追踪与预报，但限制点是无法探测到雷暴内部，即利用Cb-TRAM系统判断雷暴强度的能力较弱。Cb-TRAM系统采用卫星资料能够同时解决与获取输入资料，结合临近天气预报的实际需要，识别与外推雷暴天气。

（四）高分辨率数值预报模式应用系统

高分辨率数值预报模式最具代表性的应用系统是快速更新循环系统（RUC），而RUC系统更名为RR后主要是采用WRF（The Weather Research and Forecasting Model）模式。RUC系统能够为雷暴与强对流临近天气预报提供逐时更新格点化的环境参数，结合临近天气预报的实际需要，提供的雷暴与强对流环境参数包括地面比湿与位温、0～3 km温度直减率、自由对流高度、对流有效位能与抑制能量等，为天气预报相关工作人员了解高时空分辨率的近风暴环境提供有力依据。对于高分辨率数值预报模式，国内比较有代表性的临近预报系统是更新周期为3 h的快速同化系统，而这一天气预报系统是建立在WRF模式与三维变分技术的基础上，主要是采用区域自动站资料与常规地面观测资料和探空等相关资料。快速同化系统的水平分辨率为3 km，每次分析发出18 h预报，是雷暴与强对流临近天气预报的有力支撑。

在雷暴与强对流临近天气预报中，高分辨率数值预报模式的应用的关键有以下两个方面。1）数值预报模式对降水系统包括对流性降水系统的预报水平。对于雷暴与强对流临近天气预报，对流性降水系统在锋面气旋与短波槽等天气尺度强迫较强情况下的数值预报结果较为可靠；但对局部雷阵雨的预报能力极弱。2）数值预报融合雷达回波外推的具体方法[5]。利用适宜方法将高分辨率数值预报与雷达回波外推相结合，对提升临近预报结果的可靠性有利。

三、结语

雷暴与强对流临近天气预报是气象服务的关键，而临近预报技术对雷暴与强对流临近天气预报结果的可靠性有着较大影响。综合分析天气预报技术的发展情况，加强TREC、TITAN等技术与高分辨率数值预报模式在雷暴与强对流临近天气预报中的应用，更新雷暴与强对流临近天气预报技术，延长雷暴与强对流临近天气预报的有用时效，从而提升天气预报业务水平。

参考文献：

[1]罗云凯，吴彤，李丹，等.雷暴与强对流临近天气预报技术探讨[J].农村经济与科技，2017，28（21）：243-244.