多普勒雷达回波在地面观测中应用

李现锋

摘  要：随着科学技术的进步和发展，气象技术现代化也在不断更新，多普勒雷达技术在气象方面的应用，使短时天气预报准确率得到明显提高。多普勒雷达生产的产品很多，需要我们不断地开发和应用。笔者利用多年观测积累的经验和《江苏气象信息共享平台》提供的雷达回波图资料，分析雷达回波图与相关云的对应关系，为实现云的自动化观测和提高人工观测云的准确度提供参考依据。

关键词：多普勒雷达  气象观测  应用

中图分类号：P412.25                文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（b）-0007-03

地面气象观测是气象工作的基础。地面气象观测是气象观测的重要组成部分，它是对地球表面一定范围内的气象状况及其变化过程进行系统的、连续的观察和测定，为天气预报、气象信息、气候分析、科学研究和气象服务提供重要的依据。由于科学技术的发展，我们所使用的设备越来越先进，在国际上许多发达国家的地面观测工作已实现全部自动化，在发展中国家地面观测工作仅实现半自动化，部分观测工作还靠人工观测，我们国家就是其中之一。为了提高人工观测项目的准确率，为了使得观测员能够提前预知云天变化，提前做好观测和发报准备，做到准确无误判断云天情况，提高测报工作质量。笔者根据多年观测工作经验和所掌握的气象学知识，利用江苏共享平台资料多谱勒雷达回波和相关天气图，分析它们与地面观测中云天配合记录之间的关系，现对该项工作进行探讨。该项课题完成后，这对提高人工观测项目准确率起到重要作用，避免“看家”云的产生，避免人为“云天”现象的产生，对准确判断云天配合起到重要作用，对获取准确地面气象资料起到重要作用。将为预报服务提供准确资料，为提高预报准确率起到一定作用，为使用云天资料的部门提供可靠准确数据。

（1）使用资料为该站2006—2007年14时个例云状和对应多普勒雷达回波图60个，其中有相关性差的8个被舍去。

（2）云和相应的天气现象成因分析。

人工观测云和天气现象中，人为主观因素占很大一部分，在单站观测记录中常会出现看家云和看家天气现象的观测记录出现，这种观测记录是必影响地面资料的真实性和使用性。要想避免这种现象的发生，使观测记录能够真实地反应天气实况，观测员必须完全弄懂云天形成原理，不断积累和总结观测经验，不断提高观测业务水平。从云的成因来看，形成云必备3个条件：一是空气中有冲足的水汽;二是空气中有足够的凝结核;三是有能够使该空气上升达到凝结的足够能量。有了能够形成云的条件，能够形成层状云、波状云、积状云？属于10属云中那一属？这就需要我们从气象学的角度来分析。第一，层状云。层状云包括卷层云、高层云、雨层云和层云。这类云一般范围较大且厚度比较均匀，云中气流比较稳定，上升下沉气流较小，大气层结较稳定，是由于大范围规则的上升运动形成的云。卷层云是由冰晶组成的，云中含水量较少，一般不产生降水;高层云和雨层云范围大且厚度大，云中含水量充足再加上上升运动所携带的水分大多变成了降水落到地面，所以降水持续时间长且变化小，只会产生普通降水;层云厚度较薄且云中含水量较少，所以一般只产生少量降水。第二，波状云。波状云包括卷积云、高积云和层积云。这类云大气层结较稳定，云中的上升速度可达每秒几十厘米，云内有一定量的对流现象产生，是由于大气中存在着空气密度和气流速度不同的界面而引起的波动形成的云。这种云一般厚度薄，只能产生少量普通降水。第三，积状云。积状云主要是淡积云、浓积云和积雨云，这类云的大气层结很不稳定，云内对流强烈，特别是积雨云其云内上升速度常可达到20～30m/s下沉速度常可达到10～15m/s，且云内乱流也十分强烈。这类云是由于空气受到局部热力、锋面或山地动力的强力抬生逐渐发展而成的，积雨云云中带电。淡积云含水量少一般不产生降水，而浓积云和积雨云由于发展旺盛，云体水平范围和垂直伸展尺度相近，水平范围小，经过某一地方时间短，降水起止突然，从而形成阵性降水，另一方面是积状云中水滴的大小分布不均匀，在加上不同部位和不同时间升降气流多变，从而形成阵性降水。

根据云和降水微物理学原理，云粒子增长为降水粒子主要是通过碰并曾长，碰并增长的主要动力原因是云内的气流对流。云内对流速度大，云内托距力就大，形成的降水粒子就大，反之，形成的降水粒子就小，在雷达回波中就对应着不同的dBZ。层状云中云内的气流对流速度小dBZ的变化范围就小，波状云中云内的气流对流速度中常dBZ的变化范围就在中常范围内，积状云中云内的气流对流速度大dBZ的变化范围就大。因而，我们就不难从雷达回波图中找出与云属的对应关系。

（3）根据不同云状的历史记录以及对应的徐州站点雷达回波图分析它们之间对应关系。

根据雷达工作原理，只有含水量较高的、能够产生降水的云才能够在雷达中产生回波，符合上述条件的云有以下几种：蔽光层积云、蔽光高积云、蔽光高层云、雨层云、积雨云，其中雨层云出现机会较少，故未在表1中列出，它的雷达回波图和蔽光高层云的相似，这时要结合当时云的状况和伴见的天气现象综合判断是什么云，具体见表1。

（4）经该站2006—2007年14时个例云状与雷达回波对应关系分析，总结结果具体见表2。表2中结论适用有雷达回波图站台观测时参考。

（5）根据表2中内容举几幅雷达回波事例如下。

①Sc云2006年5月1日14时，图1为对应的雷达回波变化范围一般10～20dBZ，属于低层一般稳定的波状云Sc云（零散的小片的波形图）。

②Ac云2006年4月4日14时。图2为对应的雷达回波变化范围大10～30dBZ，属于中层较稳定的波状云Ac云（散片的零散的波形图）。

③As云2006年11月25日14时。图3为对应的雷达回波变化范围小15～25dBZ，属于稳定的层状云As（连续的波形图）。

④Cb云2007年8月2日14时。图4为雷达回波变化范围很大25～60dBZ，属于对流云Cb云（大片的片状的）。

（6）充分利用和开发新科技产品，将其应用到实际工作中去，提高新设备的利用率，提高工作效率。根据以上分析，我们根据多普勒雷达回波资料进行分析，再结合值班员的观测知识，从而加准确地判别云类，为气象业务提供更加准确的云天资料。

参考文献

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[3] 许小永，郑国光，刘黎平.多普勒雷达资料4DVAR同化反演的模拟研究[J].气象学报，2004（4）：410-422.