雷達基礎知識與在人影方面的應用課件

1、雷達基礎知識與在人影方面的應用,1,多普勒天氣雷達產品介紹 及其在災害性天氣 與人工增雨方面的應用,雷達基礎知識與在人影方面的應用,2,主要內容介紹 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、雷達產品在災害天氣中的應用 六、強風暴個例 七、雷達產品在人工增雨方面的應用,雷達基礎知識與在人影方面的應用,3,一、前言 新一代天氣雷達在我省預報業(yè)務中得到廣泛應用。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、產品豐富且時空分布密度大；它不但可以探測云雨區(qū)內降水量強度的大小而且可以探測降水區(qū)內氣流的分布，并從中分析出與冰雹、

2、龍卷等密切相關的中尺度氣旋、下?lián)舯┝?、陣風鋒等強風暴特征。從而為強對流天氣的預警預報提供了確切依據(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用前景也十分廣闊。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,4,雷達基礎知識與在人影方面的應用,5,二、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，對湖南境內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。當強對流處于萌芽狀態(tài)時就能發(fā)現(xiàn)。大大提高了

3、強對流天氣的預警預報準確率和有效預警時間。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,6,2、具有高密度、高時空分布的回波產品 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、風廓線、液態(tài)含水量、回波頂高、風暴追蹤信息、冰雹指數(shù)等非常直觀的產品。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,7,3、有廣泛應用的徑向速度產品 徑向速度產品的應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場，但通過徑向風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

4、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造成嚴重損失的中、小尺度天氣現(xiàn)象。如中尺度氣旋、下?lián)舯┝?、陣風鋒等。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,8,4、有利定量和更精細產品的開發(fā) 國家局、省局網站均已公布了新一代天氣雷達產品的基數(shù)據(jù)。根據(jù)6分鐘一體掃的高密度基數(shù)據(jù)資料與相應時間的自動雨量站資料進行相關分析，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)落點的精確預報的能力。 勿容置疑，新一代天氣雷達的應用確實為災害性天氣的預警預報帶來了福音，同時也為強對流天氣的研究提供了依據(jù)。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,9,三、新一代天氣雷達基本原理 1、探測原理

5、 和常規(guī)雷達類似，新一代天氣雷達也是利用目標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,雷達基礎知識與在人影方面的應用,10,掃描方式告訴雷達在一次體積掃描（volume scan）中使用多少仰角和時間。WSR-88D 和 CINRAD WSR-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）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,11,目標物的性質、強

6、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。它們之間的關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；為水平波束寬度，單位：；h為發(fā)射脈沖長度,單位：m；為垂直波束寬度,單位：；r為目標物到雷達天線的距離,單位：km；為波長,單位：mm；為反射因子,單位：mm6.m-3；k2為折射指數(shù)，當反射體為液體時,其數(shù)值為0.93，反射體為固體時，其數(shù)值為0.197。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,12,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)。

7、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。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,13,2、多普勒效應 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是電磁波的多普勒效應。所謂多譜勒效應，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)

8、射頻率和接收頻率之間的差值，和波源運動的速度有關。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,14,這種現(xiàn)象叫多譜勒效應。由多譜勒效應而引起的頻率變化，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，當火車朝向月臺行使時，頻率變高，當火車遠離月臺而去，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系為： f =2v/ 上式中f:多譜勒頻率；v:運動目標的徑向速度；:雷達工作波長。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,15,3、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

9、d的脈沖。這個距離d與脈沖重復頻率（prf）有如下關系： 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：,雷達基礎知識與在人影方面的應用,16,rmax=C/（2prf） 從公式可以看到，要得到最大距離范圍內的所有散射區(qū)可以用降低prf的方法。但因為： Vmax=+-（prf）/4 Vmax是最大多普勒速度測量范圍。如果PRF減小，那么就會產生速度混淆。解與式得出： VmaxRmax=+-/8 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

10、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。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,17,4、WSR98D雷達簡介 目前南昌使用的是北京敏視達公司生產的WSR98D雷達。它由五個主要部分構成：雷達數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（RDA）、寬/窄帶通訊子系統(tǒng)（WNC）、雷達產品生成子系統(tǒng)（RPG）、主用戶處理器（PUP）和附屬安裝設備。主要構成如圖2。RDA是用戶所使用的雷達數(shù)據(jù)的采集單元。它的主要功能是產生和發(fā)射射頻脈沖、接收目標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)。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,18,RPG是整個雷達系統(tǒng)的指令中心。也是雷達產品

11、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品，并將產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的主要功能是產品請求、產品數(shù)據(jù)的存儲和管理等。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,19,圖2 WSR98D主要系統(tǒng)構成,雷達基礎知識與在人影方面的應用,20,四、多普勒速度圖的基本識別 1、實際風與徑向風的關系 多普勒雷達測量的是風場在雷達徑向上的分量。 假定某高度平面上的實際風向風速均勻，則雷達以某個仰角作360度掃描時，在這個高度相應的距離圈上，雷達徑向速度隨方位角的分布是典型正（余）旋曲線。雷達

12、波束與實際風向的夾角越大，則徑向速度值越小，實際風速越小，徑向速度也越?。▓D3）。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,21,在雷達上，徑向速度的大小和正負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。離開雷達和流向雷達的速度分別被稱為出流和入流速度。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,22,圖3a,雷達基礎知識與在人影方面的應用,23,圖3b,雷達基礎知識與在人影方面的應用,24,2、關于零速度 當實際風速為零時或雷達波束與實際風向垂直時，徑向速度為零，稱為零速度。因此，可根據(jù)徑向風的分布反推實際風。主要依據(jù)是零

13、速度線的分布： (1)零等速度線的實際風與雷達波束垂直。 (2)假定在雷達探測范圍內，同一高度層上的實際風是均勻的。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指向出流徑向速度一側，此矢量即表示垂足點所在高度層的實際風向。（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)。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,25,圖4 環(huán)境風場的平面圖,雷達基礎知識與在人影方面的應用,26,3、大尺度風場連續(xù)流型的識別 風向不變風速隨高度變化的各種圖象變化（見圖5-8）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,2

14、7,圖5 風速風向均不隨高度變化的多普勒速度圖象和垂直風廓線,雷達基礎知識與在人影方面的應用,28,圖6 風速從地面20海里/h 增至圖象邊緣高度的40海里/h,雷達基礎知識與在人影方面的應用,29,圖7 風速在圖象中間達到最大值（40海里/h）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,30,圖8 圖象中間風速最大 地面及圖象邊緣風速為零,雷達基礎知識與在人影方面的應用,31,非均勻水平風場的圖象變化（見圖9-11）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,32,圖9 風速在所有高度上相同 風向水平輻散的流場（左圖）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,33,圖10 同前水平流場在各高度輻合,雷達基礎知識與在人影

15、方面的應用,34,圖11 向上由西向東傾斜的多普勒速度圖象,雷達基礎知識與在人影方面的應用,35,風速不變風向隨高度變化的各種圖象變化（見12-14）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,36,圖12 風向逆轉風速不變的 多普勒速度圖象和垂直風廓線,雷達基礎知識與在人影方面的應用,37,圖13 風向隨高度順轉風速不變的 多普勒速度圖象和垂直風廓線,雷達基礎知識與在人影方面的應用,38,圖14 風向隨高度先順轉后逆轉,雷達基礎知識與在人影方面的應用,39,風速風向都隨高度變化的各種圖象變化（見圖15）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,40,圖15 風速隨高度增加（地面為0）風向隨高度順 轉的多普勒速

16、度圖象和垂直風廓線，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。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,41,風場中垂直不連續(xù)的圖象變化（見圖16）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,42,圖16風向突變的多普勒速度圖象和垂直風廓線，上下風向相差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。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,43,風場中水平面不連續(xù)的圖象變化（見圖17-19）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,44,圖17鋒面對應的多普勒速度圖象鋒前低層有一西南風極大值，鋒后有一西北風極大值。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,45,圖18 鋒面對應的多普勒速度圖象鋒面已移過測

17、站,雷達基礎知識與在人影方面的應用,46,圖19 鋒面已到測站東南 鋒前風隨高度順轉，風速隨高度增加， 而鋒后風向隨高度逆轉，風速隨高度增加.,雷達基礎知識與在人影方面的應用,47,4、中尺度（2-20km）流場特 征識別（見圖20-28）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,48,圖20 小區(qū)域方位示意圖,雷達基礎知識與在人影方面的應用,49,圖21 純氣旋,雷達基礎知識與在人影方面的應用,50,圖22 純反氣旋,雷達基礎知識與在人影方面的應用,51,圖23 輻合,雷達基礎知識與在人影方面的應用,52,圖24 輻散,雷達基礎知識與在人影方面的應用,53,圖25 輻合氣旋,雷達基礎知識與在人影方面

18、的應用,54,圖26 輻散氣旋,雷達基礎知識與在人影方面的應用,55,圖27 反氣旋輻合,雷達基礎知識與在人影方面的應用,56,圖28 輻散反氣旋,雷達基礎知識與在人影方面的應用,57,5、基本產品介紹 CINRAD WSR-98D產品可以分為兩大類： （1）基本產品 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品。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,58,（2） 導出產品 即由數(shù)字化的基數(shù)據(jù)經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品外的產品都是導出產品。其它類型的導出產品包括三種基本數(shù)據(jù)的垂直剖面，

19、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）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,59,圖29 雷達數(shù)據(jù)流示意圖,雷達基礎知識與在人影方面的應用,60,每個產品都由產品名、產品標識符和產品標識號組成。（表1） 由表1CINRAD WSR-98D 部分產品的產品號、產品標識符、產品標識號可知： CINRAD WSR-98D 產品特性 在眾多的產品中，由于受約定限制，每次申請的產品不能多于20個（目前多達30個）。特殊情況下，可以臨時申請某些產品。如回波剖面等。目前常用的產品有不同仰角的基本反射率和基本速度、風暴相對平均徑向速度、

20、風廓線、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、風暴追蹤速度、冰雹指數(shù)等。下面主要對這些常用產品進行介紹。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,61,表1 CINRAD WSR-98D部分產品的 雷達產品名、產品標識符、產品標識號,雷達基礎知識與在人影方面的應用,62,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。基本反射率產品用來估算降水強度、冰雹潛在性、風暴結構等。該產品是使用頻率最高的產品，對強對流天氣的判斷和預警十

21、分有用。（圖30）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,63,圖30 基本反射率,雷達基礎知識與在人影方面的應用,64,b 基本平均徑向速度（V） 平均徑向速度是度量脈沖體積內空氣和降水粒子的功率加權的徑向分量。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。該產品用于估算風速、風向和熱對流，識別風切變和邊界層，確定輻合、輻散、渦流、切變、下?lián)舯┝骱蛷娞鞖馓卣鳎ㄒ妶D31）。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,65,圖31 基本平均徑向速度,雷達基礎知識與在人影方面的應用,66,c 風暴相對平均徑向速度 是一個16等級的速度圖象產品。

22、是從雷達速度測值中減去風暴運動的徑向分量生成的。這樣得到的速度結構如同從正在移動的風暴，而不是從地面上所看見的那種結構。這種處理方法通過去除風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）。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,67,圖32 風暴相對速度,雷達基礎知識與在人影方面的應用,68,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品。 顯示每個坐標格點上方對應氣柱內任何地方被發(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

23、風暴算法產生的每個被識別的風暴的主要特征。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,69,例如所標識風暴的最大反射率因子高度、最大徑向速度值、風暴軌跡預報和龍卷的真、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風暴征兆的方法，只用組合反射率這一個產品就行了，無需對每個仰角的基本反射率產品或算法的輸出數(shù)據(jù)進行篩選。它用在強對流風暴預報中相當有效。常和其它一些最重要的產品（如風暴跟蹤信息、中尺度氣旋等）疊加使用。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,70,圖33 組合反射率產品,雷達基礎知識與在人影方面的應用,71,e 風暴追蹤信息（STI）（見圖34） 該產品提供風暴過去、現(xiàn)在和未來位置以及整個雷

24、達反射率覆蓋域（半徑460公里內）風暴運動信息的十分可靠的產品。并且有三種形式：單一圖形、圖形疊加和字母數(shù)字表。與圖形產品同時顯示的一個風暴屬性表為每個風暴以字母數(shù)字方式提供有關的特征量，如風暴識別號、質心、方位和距離、移速和移向、跟蹤誤差、風暴最大反射率和高度等。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,72,根據(jù)風暴系列算法追蹤風暴的時間長短。圖形產品還提供過去15分鐘風暴的位置、當前風暴質心的位置和未來一小時內每15分鐘風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暴追蹤的誤差，并自動調整預報的位置。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,73,圖34 風暴追蹤信息,

25、雷達基礎知識與在人影方面的應用,74,f 冰雹指數(shù)（HI）（見圖35） 它是通過有關算法產生的圖象產品。應用它可以識別產生或可能產生大冰雹的對流風暴。冰雹指數(shù)算法通過檢查被風暴系列算法所識別的風暴的若干反射率結構特征，提取是否會導致冰雹發(fā)生的指標。它也可用字目數(shù)字和圖形疊加形式產生。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,75,圖35 冰雹指數(shù),雷達基礎知識與在人影方面的應用,76,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，它可以從對一個風暴的相對透視產生。實際的垂直剖面

26、是從體掃描資料獲得。應用它能有效地確定降水回波垂直結構（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。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,77,圖36a反射率因子垂直剖面,雷達基礎知識與在人影方面的應用,78,圖36b反射率因子垂直剖面,雷達基礎知識與在人影方面的應用,79,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，主要用于分析風暴頂輻散。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,80,圖37 速度垂直剖面,雷達基礎知識與在人影方面的應用,81,i 回波

27、頂（ET）（見圖38） 這是一個16等級的笛卡爾圖象產品。顯示平均海平面以上回波反射率等于18dBz對應的高度。分辨率為4*4km；高度間隔為1.53km；高度范圍從1.53km到21.34km。用它分析對流風暴。最高的回波頂高對應最強烈的風暴。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,82,圖38 回波頂高,雷達基礎知識與在人影方面的應用,83,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品。分辨率為4*4km。VIL算法首先假設每個坐標網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

28、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。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,84,圖39 垂直積分液態(tài)水,雷達基礎知識與在人影方面的應用,85,k 風廓線（VWP）（見圖40） 它是平均水平風隨高度變化的圖形顯示產品。VWP產品是類似風廓線記錄儀錄取的風場信息，但它是在降水和密集云層這種風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急流、冷、暖平流結構、垂直風切變、鋒面及其在垂直方向上的深度和風暴相對速度等。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,86,圖40 垂直風廓線,雷達基礎知識與在人影方面的應用,87,五、雷達產品在災害天氣中的應用 近幾年

29、通過對WSR98D產品的應用，認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，還能得到降水質點相對于雷達的平均徑向速度和速度譜寬，在對強風暴的監(jiān)測和臨近預報中表現(xiàn)了極大的優(yōu)越性。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,88,從單部多普勒天氣雷達提供的徑向風場分布中能有效地確定龍卷、下?lián)舯┝?、中尺度氣旋、反氣旋、陣風鋒等強烈天氣現(xiàn)象；根據(jù)垂直風廓線可以分析冷暖平流。還可以根據(jù)徑向風場風向風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。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,89,（1）冷鋒或冷切

30、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,(對應高度為0-4km高度)，零速度線的左側為趨向雷達的西南風，右側為遠離雷達的風；在0-4km的高度（可查表）西南風達15m/s。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,90,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-東南走向轉為西南-東北走向。零速度線的左側5m/s趨向雷達的西北風，右側為遠離雷

31、達的風。經分析：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。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,91,（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)；本例為西南風與東南風的切變。圖中圓圈處可見零速度線有明顯折角。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,92,（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（0-4km高度）零度線呈S型分布。風向由低層的偏北風逐漸順轉為西南風。即自下而上的暖平流環(huán)流。對應強度場為混合降水區(qū)。,雷達基礎知

32、識與在人影方面的應用,93,圖43 槽前暖區(qū)暴雨回波,雷達基礎知識與在人影方面的應用,94,（4）強風暴回波特征 強風暴的出現(xiàn)經常與冰雹、暴雨、下?lián)舯┝?，甚至龍卷相伴出現(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日強風暴過程）。而且強單體大多有特殊的回波結構，如弓狀回波帶、三體散射回波等；對應徑向風場有中尺度氣旋。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,95,（5）中尺度氣旋特征(圖45) 中尺度氣旋的出現(xiàn)與冰雹、雷雨大風甚至龍卷密切相關。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

33、 轉動速度（即最大入流速度和最大出流速度絕對值之和的1/2（/Vrmax/+/Vrmin/）超過圖中相應的數(shù)值。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,96,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（最小）徑向速度隨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，其轉動速度平均值必須大于等于22.5m/s。而在130km處，只要其轉動速度大于等于19m/s時就能被判別為強中氣旋

34、。 c 垂直延伸厚度大于等于3km。 d 上面兩類指標都滿足的持續(xù)時間至少為兩個體積掃。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,97,圖45 中氣旋的強度劃分,雷達基礎知識與在人影方面的應用,98,45a 中氣旋實例1,雷達基礎知識與在人影方面的應用,99,圖45b中氣旋實例2,雷達基礎知識與在人影方面的應用,100,圖45c中氣旋實例3,雷達基礎知識與在人影方面的應用,101,圖45d中氣旋實例4,雷達基礎知識與在人影方面的應用,102,（6）三體散射長釘特征(圖46-48) 一個可用于業(yè)務的大雹特征。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

35、（1986，1988）研究了一個雷達回波假象，Zrnic稱其為“三體散射特征（three body scatter signature）”，Wilson和 Reum稱其為“火焰回波（flare echo）”或“雹釘（hail spike）”。Zrnic指出該現(xiàn)象包含大的水凝結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語。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,103,這里我們將稱這一雷達假象為三體散射長釘（three-body scatter spike）或簡稱為TBSS。 根據(jù)Zrnic的推理

36、，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成的強散射區(qū)域。 c 由地面反射到空中的由降水粒子構成的強散射區(qū)域的雷達波又被散射回雷達。其過程如下圖49所示。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,104,圖46a三體散射1,雷達基礎知識與在人影方面的應用,105,圖46b 三體散射2,雷達基礎知識與在人影方面的應用,106,圖47 三體散射原理,雷達基礎知識與在人影方面的應用,107,圖48 產生龍卷的超級單體,雷達基礎知識與在人影方面的應用,108,（7）下?lián)舯┝鳎ㄒ妶D49） 對大量觀測事實研究表明，下?lián)舯┝?/p>

37、按尺度可分為兩種： a 微下?lián)舯┝?水平輻散尺度小于4km，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┝?水平輻散尺度大于等于4km，持續(xù)時間5-20分鐘，簡稱下?lián)舯┝鳌？稍诘孛嬉瘕埦盹L狀的破壞。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,109,圖49 下?lián)舯┝?雷達基礎知識與在人影方面的應用,110,（8）陣風鋒（圖50）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,111,（9）弓狀颮線（圖51）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,112,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、強風暴個例 （1）,雷

38、達基礎知識與在人影方面的應用,113,19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10 mm，氣象測站記錄的最大冰雹直徑達25 mm，出現(xiàn)在興國縣。 3月20日0203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65 mm。,氣象站和鄉(xiāng)鎮(zhèn) 冰雹報告,1.強對流實況、災情情況,雷達基礎知識與在人影方面的應用,114,19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。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,115,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，但鄉(xiāng)鎮(zhèn)點上還是出現(xiàn)8級大風，共有101個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出

39、現(xiàn)八級以上雷雨大風（沒有經過質量控制），最大風速達31.9m/s， 20日07時出現(xiàn)在寧都縣蓮湖鄉(xiāng)。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,116,19.08-20.08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，相當于區(qū)域站總站數(shù)的1%。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,117,冰雹影響的縣市，大部分地區(qū)出現(xiàn)不同程度的災情，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、煙葉等受災嚴重。 特別是

40、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，緊急轉移安置1.2萬人，直接經濟損失3350萬元人民幣。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,118,19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天氣。,風暴的結構型式、組織和傳播,2. 對流風暴的結構特征,雷達基礎知識與在人影方面的應用,119,2013年3月1920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

41、級單體和對流復合體中，多數(shù)嵌在對流流云帶上，少數(shù)是獨立,雷達基礎知識與在人影方面的應用,120,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,23:31,01:35,02:17,04:10,雷達基礎知識與在人影方面的應用,121,VIL值異常大冰雹,在19日19:3920日06:09 期間，VIL最大值持續(xù)近11個小時基本大于60 kg/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7080 kg/m2。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,122,上饒雹云的垂直結構,強風垂直切變下，強回波的懸垂結構,雷達基礎知識與在人影方面的應用,

42、123,速度場,中氣旋,MARC,大尺度風場中鑲嵌多個中氣旋等小尺度輻合系統(tǒng),雷達基礎知識與在人影方面的應用,124,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、強風暴個例（2）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,125,2014年3月28日白天和晚上，江西強對流過程先后經歷了兩個階段： 28日白天，多個團狀多單體風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，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

43、出現(xiàn)雷雨大風，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,雷達基礎知識與在人影方面的應用,126,28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。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,127,28日白天,28日夜間,雷雨大風特點：白天的團狀

44、雷暴和夜間的颮線都導致了8級以上雷雨大風，其中夜間的颮線大風更多，強度更強，但大風范圍小于歷史上的其他颮線過程。因此，結合對流實況來看，此次颮線過程相對較弱。,區(qū)域自動站8級以上雷雨大風分布（m/s）,雷達基礎知識與在人影方面的應用,128,28日全天累計發(fā)布雷電預警3次，19時30分發(fā)布了大風藍色預警； 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、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)。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,129,2.1.1 颮線的演變過程,28日白天江西境內的對流單體表現(xiàn)為低質心回波，45dB

45、z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，2123時颮線在贛西北“弓形”結構仍然明顯，但最強回波強度較湖南境內有所減弱；29日00時以后颮線在東移的過程中，結構逐漸松散，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，但颮線在江西境內無明顯陣風鋒伴隨。,2、 雷達回波特征,雷達基礎知識與在人影方面的應用,130,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

46、7km（接近-20層高度），但總體來說強回波伸展高度不是太高，颮線上的對流風暴為低質心對流。,2.1.1 颮線的演變過程,雷達基礎知識與在人影方面的應用,131,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），表明徑向風向呈輻散特征，宜春東部以南地區(qū)則存在著明顯風向輻合。負徑向速度值明顯大于正徑向速度值，正負速度輻合（圖a、b）與負速度間的輻合（圖c）均很明顯，這些風速輻合特征有助于對流風暴的發(fā)展和增強，從而有利于形成地面大風天氣?！澳骘L區(qū)”的形成（圖d）則有助于產生短歷時強降水。 另外，整個強回波影響過程中，颮線前部附近無明

47、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性強風出現(xiàn)記錄。,輻散特征,2.1.1 颮線的演變過程,雷達基礎知識與在人影方面的應用,132,七、多普勒天氣雷達回波產品 在人工增雨方面的應用,雷達基礎知識與在人影方面的應用,133,有利人工增雨的天氣形勢,我省干旱災害大多數(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、東風波、臺風、臺風外圍、臺風倒槽、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。,雷

48、達基礎知識與在人影方面的應用,134,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3040dbz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)。以緩解干旱災害和增加水庫發(fā)電量,產生更大的經濟和社會效益.,雷達基礎知識與在人影方面的應用,135,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),夜間應選擇閃電明顯處作業(yè)。對于層狀云作業(yè)時，應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1/21/3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。,雷達基礎知識與在人影方面的應用,136,由于雷達有精確的地圖信息，可以將市（縣）區(qū)域及名稱、河流、機場、經緯度等地理信息加載到產品上，使我們對回波區(qū)的位置和周圍環(huán)境一目了然，