气象雷达产品在强对流天气观测预报中的应用

吴宏伟

摘 要：介绍了雷电、短时强降雨、冰雹、大風等强对流天气对农业生产的危害，论述了气象雷达的概况，利用雷达基数数据对强对流天气进行识别、跟踪及预报，以不断提升气象雷达产品在强对流天气观测预报中的应用效果，为气象预报提供更有价值的指导依据。

关键词：气象雷达产品;强对流天气;天气预报;探讨

文章编号：1004-7026（2020）18-0146-02         中国图书分类号：P412.25        文献标志码：A

强对流天气是气象领域中极为复杂的天气现象，一般在短时间内突然发生，伴随着剧烈的运动，对人类生命财产安全有极大的破坏力。冰雹与暴雨是典型的强对流天气类型。一般强对流天气水平范围较小，在200～300 km之内，因此强对流天气系统是中小范围的天气系统。气象雷达产品是通过电磁波探测目标的电子设备，在气象领域发挥着至关重要的作用。研究分析天气雷达的反射波，有利于对天气的实际情况进行实时监测，科学合理预测天气发展的趋势，可以比较直观地观察到天气变化及发展趋势，进而对强对流天气进行快速识别及预测。在强对流天气观测预报中应用气象雷达产品，有利于对强对流天气进行自动识别、跟踪及预报，有利于提升强对流天气预报的准确性。

1  强对流天气对农业生产的危害

1.1  冰雹气象灾害对农业生产的危害

突发的冰雹灾害会造成经济林果、农作物、蔬菜等问题，主要防御措施如下。①针对受损的农作物，及时剪除断裂或残果多的枝条，集中处理修剪下来的枝条及雹灾造成的落叶。②针对受灾的蔬菜，受损严重且无经济价值的应及时拔除改种，受损较轻的应进行扶苗、补苗，及时清除残枝败叶并集中移出种植园地进行深埋等处理，防止病菌蔓延。③要加强田间水肥管理。冰雹袭击后，农作物机械创伤多，抗病能力下降，极易遭受病害侵袭。加强田间水肥管理，采取及时追施速效肥料、喷施叶面肥、中耕松土等措施，提高农作物抗病能力，同时做好病虫害防治工作，尽量降低冰雹造成的经济损失。

1.2  暴雨气象灾害对农业生产的危害

在特大暴雨中，洪涝灾害会导致农作物受灾，一些农作物因严重积水和冲毁导致绝收，主要防御措施如下。及时开展灾情摸底调查，进行苗情、疫情、病情和田间管理等情况的监测、收集、核实、上报，并实行包干负责制，班子成员每人负责抗灾救灾和恢复生产工作。各级农业部门严格实行24 h值班制，紧急情况发生时随时出动救灾。加强灾情收集与统计汇总工作，及时上报新的受灾情况。

1.3  大风灾害对农作物产生的影响

大风天气是农业致命性的灾害，可以导致农作物倒伏。玉米、小麦等秸秆作物，一旦遇到大风天气，80%会倒伏。特别是在作物灌浆时期，如果遇到大风灾害天气会造成农作物果实不饱满，进而导致农作物减产。大风天气增大了火灾发生的风险，导致地表迅速风化，不利于生态环境的保持[1]。

2  气象雷达产品的相关概述

气象雷达产品在小尺度天气系统的探测中应用较多。一般的雷达探测仪是借助云雨目标物对雷达发射电磁波的散射回波进行探测，可以探测其垂直结构、强弱分布及空间位置等。近年来，新一代天气雷达系统的不断建设和完善，成为我国十分重要的气象现代化工程。新一代天气雷达系统可以当作常规天气雷达应用，也可以基于常规天气雷达，根据多普勒效应测量降水粒的径向移动速度，对降水速度、风场结构特征及垂直气流速度进行合理估算。新一代气象雷达可以对冰雹、暴雨、雷暴及强风等强对流天气现象进行实时监测，具有定量测量回波强度的能力，能定量估计大范围的降水。新一代气象雷达不仅可以实时提供各类图像信息，还能够对各类恶劣天气进行自动识别，并对这些恶劣天气现象进行追踪。新一代气象雷达产品可以反射率因子、平均径向速度及光谱宽度等。

3  气象雷达在强对流天气观测预报中的应用现状

我国科学家应用气象雷达对强对流天气进行观测及分析，已积累了一定经验，将气象雷达应用于强对流天气观测的技术水平也在不断提升。随着社会生产的不断进步和科学技术的快速发展，尤其是计算机技术的迅速发展，我国应用气象雷达观测强对流天气的技术也有了一定发展。各类性能较好的气象雷达在强对流天气观测中的应用越来越多，对强对流天气观测及预报发挥着至关重要的作用。20世纪80年代，新一代多普勒天气雷达的出现及发展，让气象雷达更加专业，针对性不断增强。新一代多普勒天气雷达对强对流天气的有效识别及精准预报，一定程度上使其在气象领域的应用越来越广泛，应用效益不断提升。新一代天气雷达能够明确探测目标的尺度大小、形状及空间位置等，还能收到回波信号的频率、振幅及相位等信息，有利于准确探测目标的各项物理特征。这些特征让新一代天气雷达对强对流天气有更好的识别能力，对强对流天气起到了非常好的识别预示作用，在具体应用过程中充分验证了这一作用，气象雷达产品成为气象领域研究十分关键的工具之一。

4  气象雷达产品在强对流天气观测预报中的研究应用

4.1  反射率因子产品

反射因子产品能够较为直观地反映降水回波的变化特征、雨季及强度的移动发展等。利用反射因子可以研究积云、层状云、锋面及混合云系等天气特征，能够准确识别这些特征。反射因子产品对强对流天气的观测预报应用最为广泛，由于其自身具备的特点，能为冰雹、强降雨及雷暴等强对流天气提供更科学的指导。

4.1.1  基本反射率分析

基本反射率主要是在雷达体积的扫描过程中，对各个扫描仰角所显示的回波强度图像产品的反映及显示，一般分辨率在1 km、2 km或4 km时，距离范围涉及到230 km或460 km，其图像等级能够划分为8和16两种类型。随着观测模式的不断发展变化，等级值也会发生一定变化。基本反射率产品绝大多数都是估算降雨量、冰雹潜势及风暴结构的，可以明确边界的位置。基本反射率有利于对各种暴雨、冰雹、大风等强对流天气观测预报，提高了强对流天气观测预报的准确性[2]。

4.1.2  回波顶高及组合反射率因子分析

回波顶高主要是指在观测到回波强度大于18 dBZ的反射率因子时，和其所对应的上空雷达能够探测到最高仰角的回波位置，一般回波顶越高，系统强度越大。在天气预报过程中，若回波顶高度远大于规定的阈值，则表示会有强对流天气现象出现。因为存在雷达静锥区域，所以气象雷达产品周边区域的回波会比预估的低。由于没有科学合理的垂直外推法，一般不能准确有效地确定风暴的最高回波顶。

组合反射率因子产品CR产品。由于垂直空气柱内最大反射率因子会投影在笛卡尔网格点上，并表现出一个扫描最大反射率因子。CR产品能够在较短的时间内对比较强的回波区域位置作出有效的判断，一定程度上会增大CR产品对强对流回波定位的精准性。

4.1.3  强回波比例的研究

雷暴天气预报主要是对首次出现闪电时间的预报，可以按照发展中的雷暴单体在0 ℃高度40 dBz之上与回波占25 dBz之上的回波的体积百分比判断。据有关研究表明，电荷分离过程中能够起作用的冰相粒子，其所处环境会出现不同的电极性效益。温度、液态水含量及湿度等，都会对其有一定影响。我国专家学者研究发现，首次放电时间会随着液态水含量增加而有一定延迟，而且其放电位置会有所降低，雷电的频率也会随之减少。

4.2  氣象雷达产品平均径向速度产品分析

平均径向速度一般会显示360°立方体范围内扫描到的径向速度的数据信息。一般径向速度由云雨粒子的运动速度在气象雷达产品向上的分量所决定。径向速度能够导出风暴结构及大气结构，也能推进高空天气分析图的生成、调节和及时更新等。径向速度是气象雷达产品对强对流天气观测预报的重要参考数据信息，对强对流天气观测预报的精准性有很大影响。气象雷达能够实现风矢量径向分量，并具有一定优势，进而为强对流天气观测预报精准性的提升提供工具[3]。

4.3  气象雷达的谱宽数据分析

气象雷达产品的谱宽数据信息主要是指速度宽谱数据信息对速度离散量的度量工作，可以是风切变所提供。其湍流和速度样本质量会构成平均径向速度变化的观测值[4-7]。

与此同时，气象雷达产品的谱宽数据能够对定边界的位置进行准确确定，可以检测径向测量的准确性，进而对湍流大小进行科学合理的估测，为强对流天气的观测预报提供参考依据。

5  结束语

新一代气象雷达产品是我国现阶段较为先进的强对流天气观测预报雷达。其在强对流天气观测预报中的应用，有利于提升强对流天气雷达系统的可靠性，还具有自行标校功能，有利于提升强对流天气观测预报的准确性。

参考文献：

[1]常越，陈德生，郭在华.多普勒天气雷达与雷电预警关系研究[J].气象与环境科学，2010（1）：36-39.

[2]任得萍，赵文杰，严玉霞，等.新一代天气雷达产品在临近天气预报中的应用[J].自然科学，2018（3）：256.

[3]蒋志，程明虎，周燕.应用雷达资料的临近预报方法对比试验[J].气象科技，2013（3）：516-521.

[4]郭雪霞，孙俊.气象服务在农业生产的应用探究[J].农业与技术，2019，39（21）：155-156.

[5]石勇，王洪华，武凤友.农业气象精准服务在农业生产中的作用[J].吉林农业，2019（17）：112.

[6]李俊鹏.气象信息服务在农业生产中的应用研究[J].农家参谋，2017（23）：82.

[7]陈国弟，易小斌.影响东兴的主要气象灾害及防御对策[J].气象研究与应用，2016年（z1）：112-113.